《高速铁路路基施工与维护（第3版）》课件 任务2-2真空预压砂井法（软土二）

高速铁路路基基底加固

真空预压砂井法施工

津滨快速轨道交通工程是天津市重点工程,西起天津市河西区中山门,延津塘公路经过军粮城、中心庄,东至塘沽区临港桥,全长45.53km。

天津滨海新区位于冲积平原上，地形平坦，其中DK47～DK49段路基为典型海相沉积和早期吹填形成的软土地基,软土层厚达10～18m,软土含水量大、密度小、压缩性大、强度低、触变性敏感且地下水对混凝土具有中等(硫酸盐)侵蚀性（CFG桩不适用，可以考虑碎石桩）。

真空预压法在天津巿轻轨路基中的应用案例技术要求：

①真空预压荷载达90kPa；

②预压加固固结度大于90%;

③土体强度满足承载力要求。

施工方法：

塑料排水板真空预压法

清理地基→铺设砂垫层→桩位放样→机具定位(垂直度)→塑料板安装并检查孔深→剪断塑料板→埋设塑料板头→预压排水。水平塑料排水板天津市轨道交通施工阶段加固效果：

①加固后地基土的含水量孔隙比、压缩系数均比加固前降低了许多,而土的粘聚力有很大的提高；

②十字板剪切实验结果表明土体强度提高显著；

③真空预压结束后该段路基实际表面平均总沉降量为724mm,根据实测沉降过程曲线推算最终沉降量为727mm,实际计算固结度为99.6%,已经达到设计要求的固结度达90%以上。

④比搅拌桩﹑碎石桩法等可节约45%～50%成本。

1.原理

2.适用条件

3.工艺流程及施工要点

4.质量控制真空预压砂井法目录一、真空预压砂井法的概念及原理1.真空预压砂井法概念

真空预压砂井法是在软基中设置竖向排水通道（如砂井、袋装砂井或塑料排水板等），然后在地面上铺设一层砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的薄膜，抽气使膜内排水带、层等处于部分真空状态，排除土中的水分，使土预先固结以减少地基后期沉降的一种地基处理方法。

真空预压结合砂井排水是加固饱和软弱土地基的非常有效的一种方法。一般采用真空预压法、砂井竖向排水体和砂垫层水平排水体相结合，构成排水固结的两个要素，即加压系统和排水系统。真空预压砂井竖向和砂垫层水平排水体

真空预压系统：起固结作用，使地基因固结压力增加而固结;

排水系统：主要在于改变地基原有的排水边界条件，缩短孔隙水排出的路径，增加排水通道，从而缩短沉降固结的时间。

优点：排水系统由竖向排水体（袋装砂井）和水平排水体（砂垫层）构成，较天然地基加载预压法采用该系统可缩短工期，因而具有工效高、劳动强度低、质量稳定、地基变形性能好等优点。真空预压砂井法的原理主要反映在以下几个方面：1)密封膜上面承受等于密封膜内外压差的荷载。（环境气压）101.325kPa2)地下水位降低，相应增加有效应力。3)封闭气泡排出，土的渗透性加大，促进水分排出。

真空预压砂井法是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。

即在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。2.真空预压砂井软基处理原理真空预压砂井施工视频二、真空预压砂井法的适用条件

真空预压法适用于对软土性质很差、土源紧缺、工期紧的软土地基进行处理。2.适用条件真空预压砂井法施工现场图片适用条件真空预压砂井软基处理的原理适用条件真空预压砂井法

适用于建筑工程超软地基的加固，特别不良基础施工的填土，同时也适用于饱和均质黏性土及含薄层砂夹层的黏性土。

不适用于严重的倾斜地面、施工场地狭窄等场合和在加固范围内有足够水源补给的透水土层。真空预压砂井软基处理的原理范围分布

这种土主要分布在我国东南沿海地区和内陆的大江、大河、大湖沿岸及周边。如:天津，连云港、上海、杭州、武汉、南京、广州、深圳等地。

软弱土是抗剪强度较低、压缩性较高、渗透性较小、天然含水较大的饱和粘性土,其中淤泥和淤泥质土就是软弱土的主要类型。

由于压缩性较高、强度低，因此地基沉降大，多为不均匀沉降,极易造成建筑物墙体开裂、建筑物倾覆。在工程建筑中，必须引起足够的重视。三、真空预压砂井法的工艺流程及施工要点

真空预压砂井软基处理施工工艺包括袋装砂井坚向排水体施工、砂垫层水平排水体施工、真空预压施工三个环节。（1）袋装砂井竖向排水体施工。①相关概念。a.袋装砂井。

以透水型土工织物长袋装砂,设置在软土地基中形成排水砂井，并加速软土排水固结的地基处理方法。（太沙基渗透实验）b.袋装砂井施工机理。

顶面铺设水平砂垫层，软基中的水分在上部真空预压载荷的作用下，通过砂与水平砂垫层形成排水通道，使软基中的水分加速排走，从而达到排水固结软基的目的。②袋装砂井施工工艺流程修筑排水坡指砂袋埋入砂垫层的深度③袋装砂井施工技术要求。a．砂袋妥善存放,严禁长时间曝晒；b.防止砂袋扭结、缩颈、断裂和带起。拔管时如带出的砂袋长度大于0.5m时,必须在旁边重新补打；c.施工时带出的泥土应及时清除,并用砂回填密实。砂袋顶部埋入砂垫层的长度应大于0.5m；d.砂袋材料符合设计要求。砂料应采用风干的中、粗砂，不含草根、垃圾等有机杂质，含泥量不大于3%；e.清理场地,排除积水，并将路基范围内原地面上的淤泥树根、草皮、腐殖土等全部挖除；f.在路基范围内按设计要求填筑土拱，碾压密实。其上按设计铺设砂垫层；g.袋装砂井打设机具按设计桩位就位；h.应经常检查桩尖与套管口的封闭情况；i.用振动贯入法、锤击打入法或静力压入法将成孔套管沉人土中,直至设计深度，并用经纬仪观测控制导向架垂直度；j.下砂袋时,应将整个砂袋吊起,从端部放入套管口,徐徐下放至设计深度；k.拔管时应启动激振器,连续缓慢提升套管,直至拔离地面。（2）袋装砂井水平排水体施工。①水平排水体概念。

水平排水体即排水砂垫层,它能使在预压过程中从土体进入垫层的渗流水迅速地排到降水管道或沟渠中从而降低土体的含水量，使土层快速固结。

水平排水砂垫层可以有效地防止土体颗粒堵塞排水系统（竖向和水平向排水体系用的是同一种砂，没有发生基质吸力的变化），直接关系到地基的加固效果和真空预压时间的长短。

水平排水垫层的材料通常采用透水性好的砂料（如级配良好的中粗砂)，能同时起到一定的反滤作用。

对于新填不久的软弱地基的水平排水垫层材料，则应采用更厚的砂石垫层或采用混合粒排水垫层。

此外,水平排水垫层通常还兼作地基的持力层，当地基为天然地面而承载力较低难以满足正常施工需要时，还要根据情况适当增加砂石垫层的厚度来增大其承载力。②水平排水砂垫层常用施工方法。a.机械分堆摊铺法。b.顺序推进摊铺法c.改善地表持力条件后再施工。a．机械分堆摊铺法。当建筑场地的地基表面硬度较大，具承载力能满足一般机械行进要求时，可采用机械分堆摊铺法，用机械或人工方法将分堆的砂石摊平。b.顺序推进摊铺法。该种方法适用于所处地基表面硬壳承载力不足，难以满足机械行进要求,需按一定顺序推进砂石填料进行摊铺的情况。c.改善地表持力条件。当所处的地基为软土或地基的承载力很差时，首先要改善地基表面的持力条件，使其能上施工人员或轻型运输工具;但如果该处地基过软，基本的加压固结方式仍不能显著提高地基表面的承载力，地基难以承受一般轻型机械时，就需要用人工或轻便机械顺序推进铺设。水平砂垫层常用施工方法简介（3）真空预压施工。

真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气形成真空,进而增加地基有效应力的一种地基处理方法。真空预压的工艺原理

抽真空时,先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压,使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断地由排水通道排出,从而使土体固结。（结果：土中的含水率大幅度降低、孔隙比降低、密实度增加、承载力增加）真空预压施工工艺真空预压加固地基的工艺流程1、砂垫层铺设：清除地表腐殖土、铺设采用含泥量较小的中粗砂，铺设厚度为0.4m，铺设过程中要注意随时清理砂垫层上的杂物，人工进行整平。关于真空预压砂井施工中的几点注意事项2、袋装砂井施工：首先定出每个砂井位置，用白灰标示，打桩机定位要保证桩锤中心与地面定位在同一点上，以确保沉管的垂直度，安装检查与导管相连的活瓣桩尖，采用振动法或静压法将导管沉入土层。3、活瓣桩尖

将桩尖提起时候它可自然松开，将桩尖压入土中向下打桩时候它是闭合的，这样就可以实现一个功能——可以把空心钢质的桩身打入土中，桩内是空心的，然后可以灌入砂袋等材料。4、铺设过滤管网：过滤管网一般采用Φ60--70mm的硬塑料管连接，将过滤管打孔加工外包滤水层，达到只透气不透砂的效果。过滤管应埋设砂垫层中间，距砂垫层表面不小于50mm（起传递真空压力，水平排水的作用）5、密封膜铺设：密封膜是以聚乙烯为主要材料，由2层密封膜大面积铺设施工。

为了避免局部热合不好、搭接不够及老化等问题，按先后顺序铺设一层无纺土工布、二层密封膜、再一层无纺土工布。

密封膜长和宽应超过加固区两侧3~4m且应埋入到密封沟内的不透水的粘土层中。密封沟的回填料采用不含杂物的粘土，应回填实。6、真空泵安装、管路安装：真空泵在安装前应进行试运检查，空抽时必须达到98kPa以上的真空吸力，安装时要保持平稳，且与滤管连接牢固后才可接通电源。7、真空度监测：主要对泵、膜内真空度、砂袋内真空度和土体真空度的监测，以综合控制真空预压加固效果。

最后地面沉降量随着真空压力的持续而不断增长，软土地基中的孔隙水也不断减小，土体由欠固结状态逐渐向固结状态转变，最终地表沉降量趋于稳定，达到地基加固的效果。

案例

某市公路工程的长度为1.5km，路面宽度为40m。该项目施工区域地层条件复杂，通过对施工现场进行勘查发现，地质条件为松软土层，具有密度低、孔隙大、压缩性高、强度低、含水量高等特点，为了保证项目建设的顺利进行，尽量避免发生地基不均匀沉降，要求采用适宜的软土地基处理技术。

综合考虑施工工期、成本等要求，在本工程施工中选用真空预压施工技术。施工工艺竖向排水体施工

在本工程施工中选用袋装砂井结构形式。

在成孔施工中，振动沉管技术，在具体的施工过程中，首先需要带活瓣管尖的套管沉到预定深度，然后将袋装砂井放入管内，拔出套管后，即可形成砂井。

在灌入砂袋时，应该尽量选用干砂，并注意保证灌砂的密实度。砂袋长度应较砂井孔长度长50cm，保证将其放入井孔后，能够露出地面。水平排水体施工

对于垫层材料，应该尽量选用透水性较好且级配良好的中粗砂，对于垫层平面尺寸和厚度，必须保证符合工程项目设计要求。

在本工程施工中，由于需要在水平垫层上铺设土工布以及塑料膜，因此，垫层厚度为80cm，要求与竖向排水通道保持良好的连接效果，避免连接位置堵塞。

在本工程施工中，对于砂料，首先经过筛分，避免对天然地基造成不良影响，同时还应该注意避免将泥土或者其他杂物混入垫层中造成滤管堵塞。施工工艺水平滤管布设

在本次施工中，选用PVC管道。在滤水管的平面布置方面，常用形式有条形、手形等。为了确保真空负压能够快速、准确地传递至施工现场的各个部位,应该综合考虑施工场地的大小、形状等，合理布设滤水管排列形式，这样即使个别泵停机检修，也不会对真空度造成不良影响。施工工艺塑料土工布、膜铺设

本工程中，要求加工好的密封膜面积应该大于施工场地每边相应加固区4～5m。

对于土工布，应选用无纺土工布，为了保证真空预压施工的密封性，在本次施工环节，首先铺设1层土工布，然后再在土工布上铺设2层密封膜，当所有材料铺设完成后，还需要对铺设效果进行检查，如果出现漏洞，则应该做好粘补处理，保证密封效果。密封沟的开挖和回填

在本工程密封沟施工中，采用人工挖掘与机械开挖的方式，在开挖施工中，如果开挖至淤泥层，则应该在铺设密封膜后，密封沟用挖出的淤泥质粘土回填，同时还需要采用挖掘机前斗进行夯实处理。

综上所述，在本次工程实例中，真空预压法的加荷速度快，不需要堆载材料，在施工过程中不会出现地基失稳的问题。在具体的施工过程中，合理布设排水体，铺设水平垫层等，并加强施工工序监测管理，软土地基承载能力有效提升。四、真空预压砂井法的质量控制质量控制1.塑料排水带必须在现场随机抽样送往实验室进行性能指标的测试，其性能指标包括纵向通水量、复合体抗拉强度、滤膜抗拉强度、滤膜渗透系数和等效孔径等。2.对不同