基于实际工程案例对高真空降水强夯法的应用研究

摘要：为研究高真空降水强夯法技术在路基工程中的应用研究，通过理论研究与实践相结合的研究方法，对该技术的加固地基机理进行研究，并通过实际的工程案例对其施工方案、机械及施工过程进行分析，研究结果表明：高真空降水强夯加固地基能满足路基基地承载力要求，而且施工工期短，该技术能有效的处理软土地基。

关键词：高真空降水;强夯法;施工工法;加固机理;

作者简介：廖方(1981—),男，江西九江人，本科，工程师，研究方向：公路与桥梁;

高真空降水强夯技术是将强夯与机械降水结合起来的一种新的联合加固技术，具有强夯技术的优点又有机械降水技术的优点。在沿海地区的路基工程中其地质条件一般较差，较多为淤泥、淤泥质土、粉土、饱和散沙土等性质不均匀，土的强度差，因此在对其进行路基施工时不可避免地需对其进行地基处理，高真空降水强夯法又称作高真空击密法，是一种高真空强降水与低能量强夯方案相结合的地基处理方法，对于该方法的研究有王松臣[1]通过实际的工程对该技术进行现场试验，对该技术在再生砂和双软土地基加固中的应用进行了研究，研究结果表明，该技术适用于饱和软粘土的地基加固。雷学文[2]通过实际工程对大面积的软弱路基工程进行研究，结果表明该技术能有效的起到加固地基作用。

当前对于该技术的研究还存在些不足，工程应该也较多是出于试验阶段，在现有的研究基础上，通过理论研究与实践相结合的研究方法，对该技术的加固地基机理进行研究，并通过实际的工程案例对其施工方案、机械及施工过程进行分析。

高真空降水强夯技术是将强夯与机械降水结合起来的一种新的联合加固技术，因此在分析其加固地基的机理时，应结合高真空降水加固地基的作用机理及强夯加固地基的机理。

(1)高真空降水技术，是通过在土体表明施加预压大气作为预压应力，通过降水措施后，将土体空隙水排出，使内部产生真空，带排水后水位的不同产生水力梯度，在水力梯度和真空度双重作用下将土壤中的空隙水排到预定的位置，然后将其集水抽走，土体在孔隙水抽走后内部空间在预压应力的作用下产生压缩固结；但该方法存在受真空度的影响、荷载有限、降水技术较高、施工机械设备要求高及投资高等特点，该方法试用于淤泥等地基土质。

(2)强夯法加固技术，是采用重锤夯击路基的技术，该技术一般采用夯锤重为10～40t,将重锤提升到10～40m的高度，然后让其自由下落对地基土施加向下的大冲击力，从而降低土的压缩性，提高地基土的强度，改善沙土的抗液化能力，该方法施工简单，工期短，但对于饱和粘土，其加固效果不佳。

高真空降水强夯技术，通过利用真空降水法产生负压，使孔隙水压力快速消散，对土体进行主动降水；同时利用强夯法的动态整合的理论和振动压实原理，通过锤击，破坏土体结构，快速排出大量孔隙自由水，减少土层内部的孔隙，加速软土的固结沉降，有效加固地基。这两种方法互补结合，不仅可以缩短工期，避免橡胶土壤，还能节约施工的成本。

本工程位于某国道K341+800～K345+000路段，全长3200km,路基各土层的分布如下：粉土呈黄褐色，潮湿，中密，厚度为1.5～4.0m,初始应力为120kPa;粉质粘土呈褐灰色，软塑-流塑，厚度为0.5～3.5m,初始应力为120kPa;淤泥粉质粘土呈褐灰色-黄褐色，流塑，厚度为4.5～8.0m,初始应力为80kPa;粉质粘土呈浅灰色-深灰色，软塑-流塑，厚度为1～6m,初始应力为140kPa;并且地基表层土为弱盐渍土。

本次试验区该路段的一个标准段，施工的面积为7105.7m2,采用高真空降水强夯技术对该路段的路基进行加固处理。

施工过程中现场的人员、工作内容分配及施工机械的配置如表1、表2、表3所示。

表1施工过程人员及工作内容安排表导出到EXCEL

职务

人数

工作内容

施工负责人

1

全面负责整个试验段施工的劳动力组织、材料供应、机械设备安排及现场安全、环保等全面工作

技术负责人

1

全面负责整个试验段施工的技术标准及工艺控制等

安全员

1

负责整个试验段施工的安全工作

技术员

2

负责整个试验段施工的技术工作

质检员

1

负责整个试验段施工的质检工作

测量员

2

负责整个试验段施工的测量工作

试验员

1

负责整个试验段施工的试验工作

资料员

1

负责整个试验段施工的材料收集与整理工作

操作工

20

负责整个试验段施工

机械修理工

2

负责整个试验段施工所需设备的修理工作

表2施工过程机械设备配备表导出到EXCEL

设备功能

设备名称

规格

数量

单位

真空泵

SKF-15型

40

套

平衡桶

自制

40

只

柴油机

1115

40

台

降水施工机械配备

总管

直径63mm

4000

m

支管

直径32mm

2000

m

弹簧管

直径63mm

300

m

直径32mm

800

m

本工程根据上述人员及施工机械配备进行高真空降水强夯技术的施工，在还未开始进行降水前对地下水位进行初始监测，该初始水位位于地面以下约2m标高，通过降水设备进行降水后的各检测点水位达到地面以下3.6m左右。

表3施工过程机械设备配备表导出到EXCEL

设备功能

设备名称

规格

数量

单位

履带机

QUY50A

1

台

夯锤

自制(锤底面积
约为5.0m2)

1

个

自动脱钩器

自制

1

个

强夯施工机械配备

推土机

SD160

1

台

挖掘机

DZZA-7

1

台

电焊机

300F

1

台

水准仪

BSA320

2

台

在进行强夯时，出来施工机械设备必须要满足性能要求外，在施工场区要做封闭的管理，并且设置警戒标志，配备专职的专业负责人统一指挥。同时需要控制如下事项。

①必须对强夯作业区进行整平，以保证机械设备能顺利进场并保证正常作业的要求，对场区内存在软弱的土层进行清除换填，保证强夯机能保持稳定不倾斜。

②在强夯作业之前必须先对机械设备进行检查，对起重机、轮滑组及脱钩器等设备进行重点的检查，在实施作业之前，进行机械设备的试吊、试运行，确保机械设备能正常运行工作，并且在正式进行强夯作业时应进行试夯。

③在夯锤进行夯击作业时，应清理夯击周围现场，并且现场人员撤出夯击范围。同时由于夯击作业噪声较大，为保证附近居民的正常生活，强夯作业产生的噪声应满足相关规定要求；并且由于夯击作业会产生较大的振动，为保证施工的安全，必须采取一定的隔震及减振的措施，例如设置防震沟等。

④待强夯作业完成后，应将夯锤落到地面，并有专人进行看管，尤其是在夯机要进行移动时，需有专业人统一指挥。

⑤强夯作业的安全距离，应保证既有建筑物与强夯作业保持50m以上的安全距离，50m以内不得采用强夯。

⑥由于强夯的过程会产生大量的粉尘，为减少对附近居民和现在作业人员的影响，在施工的过程中应采取洒水等措施进行处理。

对于高真空降水时，为保证施工质量及施工安全，在进行施工时应注意以下事项。

①设置安全边界，即在需要进行加固的区域外围设置一圈安全的防护边界，对加固土体进行保护，并且防止非作业人员的围观与靠近；对于加固区外附近有需要保护的建筑物，采用覆盖的方法进行覆盖。

②详细地质勘探，对需要加固的范围场地进行详细的地质勘探，充分了解地下的土体分布情况及地下水位等情况，勘探孔可以布置为20m×20m,如果遇到较为复杂的地质环境，可以加密布置勘察孔，并且在进行降水的过程应对地下水位进行实时监测。

③在布置排水井时，排水管应保持垂直，最大允许偏差不超过5°,并且在布置横向排水管和纵向排水管时，应避免出现偏差，保证水流通畅。

④在设置集水井和排水沟时，加强区范围内设置需要的集水井和排水沟，以便在进行强夯降水时，强夯区内的水能汇集到集水井内，随后能通过排水沟排出，不形成积水。

⑤在进行强夯降水施工时，需安排专职人员进行检查，保证现场的施工安全及施工质量。

⑥由于加强区进行强夯与降水后，加固区土体将会发生一定的固结而后产生沉降，因此在整个强夯降水过程中，对加强区的沉降量需进行实时监测，防止出现过大的沉降及产生过大的水平位移，若出现较大的沉降及水平位移，应采取一定的措施进行防范。

此外在进行强夯施工前，应对全体的施工作业人员进行安全施工教育培训，对机械设置操作人员进行专业培训，按规定要求进行机械设备的操作。

对本工程采用高真空降水强夯法施工的强夯区进行监测，具体的结构如表4所示。

表4各监测点的水位记录表导出到EXCEL

监测
天数

监测点(水位居地面深度/m)

A

B

C

D

E

F

1

2.45

2.32

2.51

2.53

2.48

2.45

2

2.71

2.65

2.62

2.73

2.67

2.60

3

3.02

3.12

3.15

3.26

3.34

3.00

4

3.32

3.42

3.26

3.37

3.36

3.25

5

3.40

3.51

3.50

3.40

3.48

3.46

7

3.55

3.56

3.58

3.53

3.57

3.55

8

3.60

3.62

3.64

3.61

3.60

3.60

9

3.61

3.62

3.64

3.61

3.61

3.62

从表4中可以发现，当降水到达第8d时，降水均到达3.60m,并且在进行第9d的监测发现水位变化不大，说明本次的降水已达到要求。

对强夯过程根据强夯点进行施工，一共进行3遍的强夯施工，其中在第1遍强夯时进行3次的夯击，夯击的能量为1000kN/m,对每1次的夯击沉降量进行测量，第1击的沉降量为15～25cm,第2击沉降量为10～20cm,第3次的沉降量为7～15cm,统计3次的沉降量为32～60cm;第2遍强夯时进行三次的夯击，夯击的能量为1500kN/m,对每1次的夯击沉降量进行测量，第1击的沉降量为25～35cm,第2击沉降量为20～35cm,第3次的沉降量为10～0cm,统计3次的沉降量为55～80cm;第3遍强夯时进行3次的夯击，夯击的能量为2000kN/m,对每1次的夯击沉降量进行测量，第1击的沉降量为35～60cm,第2击沉降量为18～30cm,第3次的沉降量为10～25cm,统计3次的沉降量为63～115cm。在夯击时夯坑的周围未发现明显的隆起，通过统计采用10m×10m的方格网测量试验区的标高，在强夯前地面的平均层高为4.60m,3遍强夯后地面平均层高为4.25m,本工程处理后的平均沉降量为35cm,符合要求。

通过理论研究与实践相结合的研究方法，并结合实际的工程案例对其施工方案、机械及施工过程进行分析，研究结果表明：高真空降水强夯加固地基能满足路基基底承载力要求，而且施工工期短，该技术能有效的处理软土地基。

[1]王松臣.高真空击密法地基处理方法的应用研究[D].西安建筑科技大学，2009.

[2]雷学文.动力排水固结法加固软基加固技术与加固机理研究[D].武汉：中国科学院，2000.

[3]龚晓南.软土地基固结有限元分析[D].浙江：浙江大学，1981.

[4]李大忠.强夯法处理地基后承载力的计算[J].岩土工程，2006,10(25):22-27.

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[6]龚晓南.地基处理技术发展与展望[M].中国水利水电出版社，2004.

[7]沈珠江，陆舜英.软土地基真空降水预压的固结变形分析[J].岩土工程学报，1986,8(3):7-15.

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[9]陈环.真空预压加固软土地基的机理研究[J].港口工程，1986,4(4):35-44.

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