《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》是中交第一航務工程局有限公司完成的工程建設類施工工法；主要完成人分別是楊京方、劉愛民、梁萌、喻志發和諸葛愛軍。該工法適用範圍主要是水運工程、石油、化工、建築、公用事業和機場等工程領域，堆載材料缺乏或堆載材料價格較高，且電力供應充足的地區；新吹填的超軟土地基；碼頭岸坡或者臨近危險邊坡的區域等。
《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》主要特點是：真空預壓加固區範圍內，由於真空度分布是均勻的，所以真空預壓法的加固效果比同等條件下堆載預壓法要好；加固過程中土體除產生豎向壓縮外，還伴隨側向收縮，不會造成土體側向擠出，特別適於超軟土地基加固；真空預壓法在施工時荷載無須分級施加，可以一次性快速施加到80千帕以上而不會引起地基的失穩破壞，與堆載預壓相比載入較快，可明顯縮短工期；同時在卸載時只要停止抽氣就可以了，因而施工起來簡單、容易；該工法不需要大量堆載材料，可避免堆載材料運入、運出的施工通道建設和對周邊道路造成的運輸緊張，減少施工干擾；施工中無噪聲，無振動，不污染環境；施工機具和設備簡單，便於操作；施工方便，作業效率高，加固費用低，適於大規模地基加固，易於推廣套用；該工法還適於狹窄地段、邊坡附近的地基加固。
2011年9月30日，《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：真空預壓加固軟土地基技術施工工法
- 工法編號：YJGF01-94
- 類別：工程建設類
- 完成單位：中交第一航務工程局有限公司
- 主要完成人：楊京方、劉愛民、梁萌、喻志發、諸葛愛軍
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,工藝流程,操作要點,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
真空預壓法適用於加固淤泥、淤泥質土和其他能夠排水固結而且能形成負壓邊界條件的軟黏土。該方法在20世紀50年代初就已由瑞典的傑爾曼（W.K.JELLMAN）提出，但直至20世紀70年代末期一直末能得到廣泛套用。1980年，中交第一航務工程局有限公司（原交通部第一航務工程局）在天津新港開展現場試驗研究，解決了實用密封薄膜、抽真空裝置及關鍵施工工藝，使該法達到實用階段，並於1982年末成功地套用於天津新港軟基加固工程中。
經過工程實踐，真空預壓法已在水運工程、石油、化工、建築、公用事業和機場等工程中得到廣泛套用。在港口建設行業，真空預壓法使用最為廣泛。以天津港為例，真空預壓已成為該地區首選的地基處理方法，加固軟土地基面積加固面積已超過100千平方米，取得了社會效益和經濟效益。中交第一航務工程局有限公司在多項工程實踐基礎上，總結經驗完成了《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》。
工法特點
《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》在實際工程運用中顯示如下特點：
1、真空預壓加固區範圍內，由於真空度分布是均勻的，所以真空預壓法的加固效果比同等條件下堆載預壓法要好。
2、加固過程中土體除產生豎向壓縮外，還伴隨側向收縮，不會造成土體側向擠出，特別適於超軟土地基加固。
3、真空預壓法在施工時荷載無須分級施加，可以一次性快速施加到80k帕以上而不會引起地基的失穩破壞，與堆載預壓相比載入較快，可明顯縮短工期。同時在卸載時只要停止抽氣就可以了，因而施工起來簡單、容易。
4、不需要大量堆載材料，可避免堆載材料運入、運出的施工通道建設和對周邊道路造成的運輸緊張，減少施工干擾；施工中無噪聲，無振動，不污染環境。
5、施工機具和設備簡單，便於操作；施工方便，作業效率高，加固費用低，適於大規模地基加固，易於推廣套用。
6、適於狹窄地段、邊坡附近的地基加固。
操作原理
適用範圍
《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》在水運工程、石油、化工、建築、公用事業和機場等工程中都得到套用，其適用範圍如下：
1、堆載材料缺乏或堆載材料價格較高，且電力供應充足的地區。
2、新吹填的超軟土地基。
3、碼頭岸坡或者臨近危險邊坡的區域。
工藝原理
《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》實施中，在真空作用下土體的固結過程，是在總應力不變的情況下，孔隙水壓力降低、有效應力增長的過程。真空預壓法如下圖所示：
真空預壓法施工工藝示意圖
首先，需要在加固的地基上鋪設中粗砂水平排水墊層和打設塑膠排水板垂直排水通道。在砂墊層上鋪設塑膠密封膜並使其四周埋設於不透氣層頂面以下50厘米，使之與大氣隔離。然後採用抽真空裝置（射流泵）降低被加固地基內的孔隙水壓力，使其有效應力增加，從而使土體得到加固。
由於塑膠密封膜使被加固土體得到密封並與大氣壓隔離，當採用抽真空設備抽真空時，砂墊層和垂直排水通道內的孔隙水壓力迅速降低，與土體中的孔隙水壓力形成壓力差，在該壓力差的作用下，土體中的孔隙水壓力逐漸降低。根據太沙基有效應力原理，當總應力不變時，孔隙水壓力的降低值全部轉化為有效應力增加值。如下圖所示，孔隙水壓力從圖中原孔隙水壓力線變為抽真空後降低的孔隙水壓力線，其孔隙水壓力的降低量全都轉化為有效應力的增加值。
真空預壓法加固原理示意圖
所以，地基土體在新增加的有效應力作用下，促使土體排水固結，從而達到加固地基的目的。因抽真空設備理論上最大只能降低一個大氣壓（絕對壓力零點），所以真空預壓工程上的等效預壓荷載理論極限值為Pa=100千帕，當前的工藝水平一般能達到80~90千帕。
工藝流程
《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》的施工流程見下圖：
真空預壓施工流程圖
操作要點
施工單位採用《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》的操作要點為：
一、場地整平
施工前對預加固場地先進行場地整平，並對原地面進行方格網測量，準確確定場地標高。
二、鋪設砂墊層
砂墊層採用透水性好的中粗砂，可採用機械施工或人力鋪設，在一些地基強度極低的地基上進行砂墊層的鋪設施工，應採用人工作業，並採取相應的施工措施。如鋪設荊芭或土工織物，提高原地基的承載力。
砂料進場前，須根據規範要求抽取砂樣送至具備質量檢測資格的檢測單位檢驗。只有經檢驗合格的砂料才允許使用。
三、打設塑膠排水板
塑膠排水板可採用常用的門架式打板機進行打設，見下圖。
塑膠排水板打設
四、抽真空前準備
1、布設濾管
加固區全部塑膠排水板打設完成後，根據設計要求布設濾管，先將濾管擺設好並連線好，接頭處用鐵絲綁紮牢固，然後在濾管旁邊開挖濾管溝，夠深20~25厘米，然後一邊挖溝一邊埋管入溝，入溝深度約20厘米，並用中粗砂填平。管間連線套用骨架膠管套接，套接長度不小於10厘米，並用鉛絲綁紮以確保牢固，為防止鉛絲接頭刺破密封膜，在鋪設過程中鉛絲接頭應朝下埋入砂層。同時，在埋設濾管時要確保濾管上濾膜不被破損。見下圖：
濾管鋪設
2、場地整平、清理
將場地中的雜物、碎石等清理乾淨，以免刺破密封膜。
3、開挖壓膜溝
壓膜溝可根據需要，選擇機械挖溝或人工挖溝。壓膜溝的深度必須超過加固區邊線的透水土層，深度不小於50厘米。參見下左圖。
當加固區四周有透水透氣土層時，應該在加固區四周打設粘土密封牆，黏土密封牆厚度不宜小於1.2米，拌合後牆體的黏粒含量應大於15%，滲透係數應小於1×10厘米/秒。
4、密封膜的鋪設
密封膜一般為2～3層，鋪膜前應認真清理平整排水墊層，揀除貝殼及帶尖角的石子，填平打設塑膠排水板時留下的孔洞，每層密封膜鋪好後應認真檢查及時補洞，待其符合要求後再鋪下一層。密封膜的鋪設應在白天進行，按順風向鋪設，且風力不宜超過5級。密封膜的長和寬應超過加固區兩側邊長4米。密封膜應埋入到壓膜溝內的不透水黏土層中。壓膜溝的回填料應採用不含雜物的黏性土，參見下右圖：
開挖壓膜溝（左圖）、鋪設密封膜（右圖）
5、填築覆水圍埝、安裝抽真空設備、試抽氣抽真空設備安裝時應進行試運轉，安裝時要保持平穩，且與濾管連線牢固後才可接通電源。參見下右圖： 
鋪設密封膜（左圖）、射流泵安裝（右圖）
6、覆水密封膜埋入壓膜溝後，基本確認密封膜沒有孔洞時，可在密封膜上覆水。
五、抽真空
經過幾天試抽氣，在真空度滿足設計要求後，應及時上報，請監理檢驗後開始抽真空計時。
六、停泵卸載
對地基加固過程中監測數據進行分析計算，滿足設計要求後停泵卸載。
材料設備
一、材料
1、作為砂墊層使用的砂一般選用中砂或粗砂，其含泥量應不大於5%，滲透係數不宜小於5x10厘米/秒。
2、塑膠排水板的芯板材料宜選用原生料，其主要指標應滿足下表的要求。
項目/型號 | A型 | B型 | C型 | D型 | 條件 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
打設深度（米） | ≤15 | ≤25 | ≤35 | ≤50 | - | |
縱向通水量（立方厘米/秒） | >15 | >25 | >40 | >55 | 側壓力350千帕 | |
濾膜滲透係數（厘米/秒） | ≥5x10 | 試件在水中浸泡24小時 | ||||
濾膜等效孔徑（毫米） | <0.075 | 以。95計 | ||||
塑膠排水板抗拉強度（千牛/10厘米） | >1.0 | >1.3 | >1.5 | >1.8 | 延伸率10%時 | |
濾膜抗拉強度（牛厘米） | 乾態 | ≥15 | ≥25 | ≥30 | ≥37 | 延伸率10%時 |
濕態 | ≥10 | ≥20 | ≥25 | ≥32 | 延伸率15%時，試件在水中浸泡24小時 | |
項目 | 性能 | 單位 | 標準 | 備註 |
|---|---|---|---|---|
管體 | 管徑 | 毫米 | 63±1 | 一 |
重量 | 克/米 | ≥200 | — | |
環剛度 | 千牛/平方米 | ≥6 | GB/T9647 | |
透水面積 | 平方毫米/米 | 2500 | — | |
扁平試驗 | 壓至管徑1/2不破裂 | 均勻分布 | ||
濾布 | 單位面積質量 | 克/平方米 | ≥40 | - |
滲透係數 | 厘米/秒 | ≥0.1 | - | |
等效孔徑095 | 毫米 | 0.07~0.2 | - | |
最小抗拉強度（兆帕） | 最小斷裂伸長率 | 最小直角撕裂強度 | 厚度 | |
|---|---|---|---|---|
縱向 | 橫向 | （%） | （千牛/米） | （毫米） |
18.5 | 16.5 | 220 | 40 | 0.12~0.14 |
二、主要施工機械
1、塑膠排水板打設機一般採用常用的門架式打板機，行走靠鋪設的軌道，也有單管和雙管之分。天津、江蘇、浙江等地都有製造生產單位，最大打設深度在30米左右。
2、抽真空設備主要由潛水泵、射流器和射流箱組成，潛水泵的功率為7.5千瓦。射流箱平臥在密封膜上，水泵在泵箱內採用直放自穩式安裝方式。抽真空設備具有結構更簡單合理，安裝更方便，穩定性更強，維修更簡單方便，運輸更便利等優點。
3、抽真空設備在安裝時操作簡單，射流泵放置好後，其餘的裝置可由一個工人單獨完成，在人工使用上大大地減少了人力投入，而且安裝效率高，鋪完膜後可以在最短的時間內進行試抽氣，使密封膜在最短的時間內得到吸附，避免了鋪膜後大風對密封膜造成破壞。
質量控制
施工單位採用《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》施工，除滿足國家行業相關設計與施工規範的質量要求外，還要具體工程特點制定質量要求：
一、鋪設砂墊層質量控制
1、嚴格把好砂料材料關，每批材料必須抽樣檢驗，不合格材料不得使用。
2、砂墊層厚度要滿足設計要求，可採用針探法、挖坑法檢測砂墊層厚度。
3、砂墊層中無淤泥包和泥砂混合現象，無尖石、鐵器等有稜角的或尖銳的硬物。
二、打設塑膠排水板質量控制
1、塑膠排水板按照規定進行抽檢，檢驗不合格不得使用。
2、塑膠排水板在打設過程中嚴禁出現扭結、斷裂和濾膜破損等現象。
3、每根塑膠排水板不得多於1個接頭，且有接頭的塑膠排水板根數不應超過總打設根數的10%，相鄰的塑膠排水板不得同時出現接頭。
4、塑膠排水板打設時回帶長度不得超過500毫米，且回帶的根數不宜超過總根數的5%。
5、塑膠排水板在砂墊層表面的外露長度不應小於200毫米。
6、塑膠排水板實際打設位置與設計位置的偏差不應大於80毫米。
7、塑膠排水板打設過程中套管的垂直度偏差不應大於1.5%。
8、塑膠排水板打設後及時用砂墊層材料填滿打設時在板周圍形成的孔洞，避免孔洞位置回淤淤泥。
9、塑膠排水板打設過程中應逐根自檢，不符合要求時應在臨近板位處補打。
三、開挖壓膜溝、鋪設密封膜質量控制
1、壓膜溝處的塑膠排水板不能剪斷，應將這些塑膠排水板沿溝邊向上插入到砂墊層中，插入長度不少於20厘米。
2、密封膜按照規定進行抽檢，檢驗不合格不得使用。
3、壓膜溝處密封膜進入泥面0.5米以上，確保壓膜溝四周不透氣。
四、安裝抽真空設備、試抽氣、檢查、正式抽氣
1、抽真空設備在進氣孔封閉狀態下，其真空壓力應不小於96千帕。
2、每台抽真空設備的控制面積宜為900~1100平方米，抽真空設備宜均勻布置在加固區四周，沒有膜上堆載時也可適量布置在加固區中部。
3、抽氣期間應經常檢查密封膜，有破損時應及時修補。
4、抽真空設備的開啟量應超過總數的80%。
五、施工控制及驗收標準
施工控制及驗收標準可參照：
- 《水運工程質量檢驗標準》JTS257-2008
- 《真空預壓加固軟土地基技術規程》JTS147-2-2009
- 《水運工程塑膠排水板套用技術規程》JTS206-1-2009
等的有關規定執行，具體的施工控制及驗收標準見下表：
序號 | 項目 | 允許偏差（毫米） | 檢驗數量 | 單元測點 | 檢驗方法 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 砂墊層頂標高 | 500 ~200 | 每100平方米一處 | 1 | 水準儀測量 | |
2 | 塑膠排水板 | 平面位置 | ±100 | 抽查10% | 1 | 用經緯儀、拉線和鋼尺測量縱橫兩個方向，取大值 |
垂直度（每米） | 15 | 1 | 用經緯儀或吊線測量套量 | |||
外露長度 | 150 ~50 | 1 | 鋼尺測量 | |||
3 | 真空度 | 不允許負偏差 | 同真空表布設數量 | 1 | 檢查記錄 | |
安全措施
施工單位採用《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1、建立完善的施工安全保證體系，加強施工過程中的安全檢查，確保作業標準化、規範化。
2、編制專項安全施工組織設計，並在施工過程中認真執行。
3、對參加施工的全體人員進行安全教育，貫徹安全第一的思想，不盲目追求施工進度。
4、專職安全員定期對安全設施進行檢查、維護。
5、對各種施工機具定期進行檢查和維修保養，以保證使用的安全。
6、組織夜間施工時，現場的燈光布置一定要清晰明亮，要能達到一定的能見度方可施工。在施工過程中要相互配合、相互照應。
環保措施
施工單位採用《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》的環保措施如下：
1、對施工人員進行環保教育，不得隨意亂扔生產和生活垃圾，以保護自然與景觀不受破壞。
2、施工現場和運輸道路要經常灑水，減少灰塵對人的危害和環境的污染。
3、施工中產生的塑膠排水板廢料和包裝袋等雜物及時清理出現場，運到指定的區域。
4、保持施工現場整潔。
效益分析
施工單位採用《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》在水運工程、石油、化工、建築、公用事業和機場等工程中得到套用。在港口建設行業，真空預壓法使用更多。以天津港為例，《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》已成為該地區首選的地基處理方法，加固軟土地基面積加固面積已超過100千平方米以上，取得社會效益和經濟效益，與同等堆載預壓相比，一般可降低造價1/3、縮短工期1/3。
套用實例
中交第一航務工程局有限公司已在多個工程項目中套用《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》，取得社會效益和經濟效益，其中3個套用實例分別為：
1、天津港東疆港區東海岸一期軟基加固工程
該工程位於天津港東疆港區。該工程2007年7月10日開工，2008年4月30日竣工，共加固地基面積約140萬平方米，工程驗收合格。
2、天津東疆保稅港區（二期）用地地基加固工程
該工程位於天津港東疆港區，該工程2009年10月22日開工，2010年7月31日竣工，共加固地基面積約200萬平方米工程驗收合格。
3、天津港東疆港區中部主要道路工程
該工程位於天津港東疆港區，該工程2010年5月26日開工，2010年12月20日竣工，共加固地基面積約200萬平方米工程驗收合格。
榮譽表彰
1985年，《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》獲“六五”中國國家科技攻關獎；
1989年，《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》被評為中國專利優秀獎；
2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單（升級版）》，以建質[2011]154號檔案公布，《真空預壓加固軟土地基技術施工工法》被評定為中國國家二級工法。
