粘土密封帷幕+真空预压地基处理施工工法一、前言真空预压施工技术相对于其它地基处理方式有造价低，场地适应性强、适用面广，环保施工等诸多优点，对缓解我国沿海地区用地紧缺、实现资源整合利用有着重要作用。在青岛地区房屋建筑领域，该技术应用较少，但是随着城市化的进程加快，在新兴城区的市政交通领域中开始大面积应用。我公司施工的规划东 31#线道路软基处理工程采取了真空预压工艺，通过在场区四周打设粘土帷幕桩的方式解决了存在粉土、砂土等透水透气层时的密封难题，保证了膜下真空度满足设计要求。二、工法特点本工法是在软粘土中设置竖向塑料排水带，上铺砂层，加固区周边打设粘土密封帷幕，顶部再覆盖薄膜封闭，抽气使膜内排水带、砂层等处于部分真空状态，排除软土中的水分，使软土预先固结以减少地基后期沉降的一种地基处理方法。三、适用范围该工艺适用于非固结或欠固结软弱土地基的表面加固，适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基，一般加固深度可达 10m，随着技术及材料设备的不断发展，目前可处理深度已达 20m 以上。我国沿海不少地区，第四纪海相沉积层厚度大，土的粒径细，天然含水率较高，孔隙率较大。上述地质经过真空预压，可使其承载力成倍提高。当存在粉土、砂土等透水透气层时，加固区周边应采取粘土密封帷幕确保膜下真空压力满足设计要求。四、工艺原理该工法在存在粉土、砂土等透水透气层时，加固区周边应采取粘土密封帷幕，利用整张的塑料密封膜在土体表面形成密封罩，罩内的塑料排水板、滤水管、砂垫层连通成为一个密闭系统，在真空泵的作用下，在密封罩下的土体内形成真空负压。由此，一方面将土体内原有的孔隙水压力降低；另一方面，在罩外大气压力作用下以及罩内上部土体失去饱和水对土体浮力后增加了对下部土体的作用力，使下部土体的有效应力增大，从而达到固结的目的。 （见图 1） 。粘 土 帷 幕密 封 压 膜 沟软 基 处 理 底 标 高塑料排水板长度L泵流射压 力 表 塑 料 排 水 板软 土 地 基 滤 管工 作 垫 层滤 水 层密 封 膜覆 水 层逆 止 阀五、施工工艺流程及操作要点1 施工工艺流程图 1 真空预压地基处理示意图工艺设备安装阶段前期准备阶段工作垫层 铺滤水层试抽气 检查修补 抽气观察 停泵观察 验收 清理拆除筑挡水埝铺密封膜 管道水泵安装挖压膜沟正式抽气施工监测真空预压阶段粘土帷幕插排水板图 2 施工工艺流程图2 施工操作要点2.1 施工准备阶段对于表面软弱的地基，必须先做工作垫层，以使加固工作得以进行。2.1.1 工作垫层工作垫层由铺荆笆（或土工格栅等）和填风化砂两道工序组成，做法为：先铺荆笆，选用当年柔韧的荆笆，在软土表面按顺序满铺 24 层，荆笆的块与块之间搭接 200mm，并用 1416#铅丝按 500mm 间距绑扎牢，层与层之间要错缝。然后填风化砂，厚度不小于 400mm。填土只能由小型机械（如翻斗车等）采取端进法进行，严禁用大型机械作业，亦禁止在加固区内堆放土，以防止被加固土受到扰动而影响下道工序施工和造成回填材料浪费。2.1.2 铺滤水层滤水层的材料通常用中粗砂，其作用是在土体上表面形成水平排水通道。砂料含泥量不大于 5%，渗透系数不宜小于 510-3cm/s。滤水层厚度一般不小于 400mm，作业要求表面平整，厚度均匀，厚度误差不大于20mm，如原来地势高低起伏太大时，在铺风化砂和铺滤水层时设法调整。铺滤水层也宜用小型机械作业进行。2.2 工艺设备安装阶段工艺设备安装包括插塑料排水板，打设粘土帷幕、安装滤水管网、真空泵、真空表，挖压膜沟，铺密封膜及填筑挡水埝等工序。2.2.1 插塑料排水板2.2.1.l 排水板SPB 型塑料排水板，是专门用于土体排水的专用材料，用于竖向排水的有 A、B、C、D 四种型号，其排水能力依次增大。常用塑料排水板由槽形塑料芯带和透水性很好的加厚无纺布组成。常见断面见图 3，其中型板使用较多，其排水效果更好。2.2.1.2 插板机插板机是将塑料排水板按设计要求的深度插入地基土内的施工机械。按动力性能分为振动插板机和液压插板机，常用振动插板机。按行走方式分为步履式、履带式和轨道式，步履式场地适应性强，比较常用。按同时插板数量分为单板式和双板式。2.2.1.3 插板机的工作原理插板机是利用沿竖直轨道上下运动的震动锤将穿有塑料排水板的钢套管插入地下，当套管向上拔起时，位于钢管下端的桩靴把排水板留滞在地下，在土体内形成竖向排水通道。桩靴是保证塑料板埋置深度的关键。对于不同的土体，可以采用不同的桩靴。图 4A 所示的角钢桩靴用于穿透土层中有砾石或硬层的地基，图 4B 所示的钢筋桩靴在穿透较软土壤时使用。角钢桩靴使用时需用缝合钉按图 4A 所示方法缝合，以防排水板从桩图 3 常用排水板示意图AB1图 4 常用桩靴示意图靴上拔脱，角钢桩靴的长度应比桩管直径大 20mm，以便让淤泥挂住桩靴把水板留在桩孔内。钢筋桩靴一般不用缝合，因为当排水板露出桩尖时，由于淤泥迅速回涌便将排水板弯折部分挤贴在一起，加之钢筋两端露在排水板外头，足可以将排水板锚固住。2.2.1.4 插板的操作要点（1）插板前应根据设计要求和地块形状，进行布点平面设计，接近加固区周边的排水板应离开铺膜沟中心线 12001500mm，排水板间距一般为 0.71.3m。插板机转向比较困难，因而行走方向应沿地块长方向安排。（2）排水板的平面位置和埋置深度应严格控制，水平间距允许误差不大于100mm，埋置深度允许误差不大于500mm。为了防止埋置深度不够，除了要根据土质条件选择合适的桩靴外，操作时应让桩管插够深度后缓缓向上拔管，待确认排水板下端锚固好后再加快拔管速度。（3）计算单根排水板长度时，除计算设计插桩深度到滤水层上表面的长度外，还应考虑桩尖锚固时折起长度 200mm 和滤水层上表面加长200mm。因为桩孔中土体在回涌时，会把排水板向下拉，故要求桩孔应及时回填，回填时还需把排水板向上拉一下，以保证排水板上端在滤水层内的埋置长度。（4）排水板出厂时每盘长度 200m，由于一般不允许有接头，必然有大量零头不能使用，估价时必须按实际计算。（5）大面积施工时，应考虑插板机退出的停机位置及道路。2.2.2 粘土帷幕2.2.2.1 工程概述当存在粉土、砂土等透水透气层时，为了保证软基加固的处理效果，在软基加固两侧外边线处设置粘土帷幕。粘土帷幕桩一般采用四搅二喷工艺。粘土帷幕桩桩应穿过透水层，保证进入不透水层 1m 以上。粘土帷幕厚度一般不小于 1.2m，多采用双排 700mm 粘土搅拌桩，帷幕形成后渗透系数应小于 110-5cm/s。粘土浆液要根据实际地质情况，原地层渗透性能配制，各工程甚至各施工区段都会有所不同。本工程中采取粘土浆液配比为：1（水）:1.2（优质粘土） 。2.2.2.2 施工工艺流程场地平整、测量定位搅拌机定位搅拌下沉喷浆提升重复搅拌下沉、喷浆提升搅拌机关闭并清洗进行下一粘土桩施工。2.2.2.3 钻机就位及调直组装架立搅拌桩机。检查主机各部的连接、试调情况及浆罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，方可进行操作。安装钻机时，将钻机对准桩位，调平桩机机身以保证桩的垂直度。2.2.2.4 钻进桩机调正后，启动主电机钻进。钻深由深度尺盘确定。当深度尺盘达到预定数量后，停止钻机，钻头反转，但不提升，等待送料。为保证桩身搅拌均匀，下沉速度不宜大于 1m/min。2.2.2.5 送料打开送料阀门，喷送素粘土浆液。注浆压力为 0.3Mpa0.8 Mpa，以浆液输送能力控制。2.2.2.6 钻头提升确认浆液已到桩底后提升搅拌钻头，在桩底停滞约 3min，即可保证加固浆液到达桩底，提升到设计标高时停止喷浆，停止喷浆深度应结合搅拌提升的速度确定。在尚未喷浆的情况下不可进行钻机提升工作，提升速度不宜大于 2m/min。2.2.2.7 停止提升搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动 3min，以保证桩头的均匀密实。2.2.2.8 重复搅拌将搅拌钻头边旋转边向下钻至设计桩底深度，然后再提升出地面进行第二次搅拌。2.2.2.9 停机将搅拌钻头提升到地面以上，停止主电机，填写施工记录。准备进行下一根桩的施工。2.2.3 铺管网和设备安装。2.2.3.l 滤水管滤水管一般采用 60mm70mm 聚氯乙烯硬塑料管制作，在管壁上按每 60mm 钻一圈 10mm 小孔，每圈为 6 个孔。然后在管表面包裹两层土工布，并用 16#铅丝按每 100mm 一道绑扎牢，管接头可用配套的塑管接头，也可用胶管接头。安装和绑扎时都应注意把绑扎铅丝一顺向下，以防朝上时扎破上面的密封膜。滤水管应埋在滤水层的中间，上下厚度要均匀。滤水管网的常用布置见图 5。滤水管的横向间距一般为 67m，纵向间距一般为 3040m，外侧管距膜沟中心线距离不大于 4m。2.2.3.2 真空泵真空泵图 5 滤管及真空泵布置示意图滤管射流式真空泵是由射流器、离心式清水泵、循环水箱等组成，真空泵是真空预压的关键设备，其性能好坏直接影响加固效果。一般要求真空泵单机功率不低于 7.5KW，在进气孔封闭的情况下形成的真空压力不小于 96KPa。真空泵宜均匀布置在加固区四周，必要时也可布置在加固区中部，每台设备的控制面积宜为 9001100m 2。2.2.3.3 预压分区划分和工艺系统设计（1）预压分区是指在一张完整的密封膜复盖下的加固地块为一个单元。一般情况下，加固单元的面积一般为 2000040000m 2，不宜小于2000m2，过大会增加施工难度，过小则对工程成本不利。此外还应根据地形和地势条件灵活掌握。（2）工艺设计包括管网平面布置、泵及电器线路布置、真空度探头位置确定、沉降观测点布置以及设计有特殊要求的其它设施的布置和配备。2.2.4 密封膜2.2.4.1 密封膜是采用厚度为 0.120.16mm 的聚乙烯或聚氯乙烯薄膜按整块加工尺寸经热缝合而成。加工尺寸每边比设计尺寸至少长出 4m，另要考虑地形地质情况及温差变化影响。2.2.4.2 铺膜密封膜铺二层，铺膜前应先将压膜沟挖好。铺膜应选择无风的好天气，铺膜工作要在白天一次完成，铺膜要集中人力，一块 20000m2的地块，铺膜的人数不少于 50 人，并要准备足够数量的氯丁胶和 2 台高频热合机及部分备用的整卷密封膜。施工人员必须穿无钉软底鞋，在统一组织指挥下进行铺膜作业。铺膜沿着长边的一侧开始，当第一张膜铺开后应组织所有人员一字摆开认真检查密封膜有无开焊、破孔，并及时修补。第一层膜修补后才能铺第二层。相邻两层膜的合缝必须错开 500mm 以上，严禁焊缝重叠。修补孔洞可用小块薄膜，要求用湿布将破孔周围和小薄膜擦洗干净，再分别涂刷氯丁胶，待胶干燥（以手指摸着不粘为好）后将小块膜粘帖在破孔处，以两层膜间没有气泡即可。大片撕裂处要用热合机缝合。铺膜后应立即填压膜沟，以防遇大风将膜掀坏。2.2.4.3 压膜沟与挡水埝为了保证压膜沟的密封质量，压膜前如沟内无积水时需先往沟里灌200300mm 深的水，压膜时先把膜浸入水底，再在膜上压一层粘土，当泥浸透后要求由人工将粘泥踩成泥浆，然后再在沟里填粘土，并分层轻轻夯实。膜沟填实后再做挡水埝，埝高 600800mm，同一地块的埝顶要在同一平面上，高差不大于 100mm，为防止冲刷和便于行走，埝顶要求压两层草袋装土。2.2.4.4 局部密封抽气管需穿过密封膜，膜和滤管的接口处需采取特殊的密封措施，其目的既要把接口处压密实，又要防止抽气时滤管将膜拉裂。2.3 预压2.3.l 试抽气抽气开始时，要把所有的抽气泵都开动，并认真观察真空度的变化，正常情况下，开泵后 24h，泵口处的真空度就能达到 20kPa，此阶段要多安排一些人在地块内和膜沟附近认真巡查.寻找漏气部位，发现一批停泵修理一批，反复寻找，反复修理，直至无漏气点为止。巡查时要特别注意压膜沟有无漏气，如有漏气一定要及时停泵修理，否则会造成膜沟决口