粘土帷幕桩真空预压法工法.docx
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粘土帷幕桩真空预压法工法
粘土帷幕桩真空预压法处理饱和软土地基
施工工法
工法完成单位：
中启胶建集团有限公司
主要完成人：
王法精、张甡、徐祀武、郝同伟、刘汉强
2011年7月
1前言………………………………………………………………1
2工法特点…………………………………………………………1
3适用范围…………………………………………………………2
4工艺原理…………………………………………………………2
5施工工艺流程及操作要点………………………………………3
6材料、设备及人员配备…………………………………………10
7质量控制…………………………………………………………10
8安全措施…………………………………………………………15
9环保措施…………………………………………………………17
10效益分析…………………………………………………………17
11工程实例…………………………………………………………17
一、前言
软土地基固结度不高、施工周期长、污染环境一直是软土地基固结度施工中难以解决的问题，成为了影响软土地基使用年限的主要因素。
而运用粘土帷幕桩真空预压法确保软土地基固结度施工工艺恰恰解决了这一难题。
与传统的强夯加固、分喷桩法等软土地基处理方法相比较，该方法具有生产成本低，加固效果显著、缩短施工工期、节能环保、噪音小等一系列优点。
近几年来，随着市政府大青岛战略的发展的实施，运用粘土帷幕桩真空预压法处理软土地基施工工艺越来越广泛地被应用到软土地基固结施工中。
中启胶建集团有限公司房建七公司通过对已施工完成的青岛高新区东2号线南段K0+048～K1+720工程、青岛高新区规划东9号线、规划中8号线等八条道路及规划中29号线软基处理工程二标段工程、青岛高新区规划中15号线三个工程粘土帷幕桩真空预压法处理软土地基施工工艺进行应用和研究分析，编制了本施工工法。
二、工法特点
2.1该施工工艺无需控制加荷速率，可一次加压到设计压力而不需要担心地基失稳。
排水固结速度快。
有效地节约工期及施工过程中劳动力、施工设备的投入，通过对已施工工程的工期分析，能有效缩短工期15%左右。
2.2采用该方法施工使用的机械设备简单且可重复使用，施工过程无需大量的预压材料。
降低了施工成本，而且对周边环境无任何污染，更好的适应了国家积极倡导的绿色施工的方针。
2.3粘土帷幕桩真空预压法处理饱和软土地基施工可以明显的提高软土地基的固结度，施工效果显著，处理后地基不仅沉降大、均匀而且侧向位移向着预压区中心。
由第三方检测单位对已施工工程进行现场检测，该方法处理软土地基固结度均达到92%以上。
高于设计要求的80%的标准，有效的确保了工程施工质量。
三、适用范围
该工艺适用于饱和软土地基或超软地基的加固，一般加固深度达10m。
可广泛使用于沿海、大江大河冲积平原、内陆湖泊沉积地区。
以我公司施工工程为例：
青岛沿海地区，第四纪海相沉积层厚度大，土的粒径细，天然含水率高达47～60％，孔隙率已高达1.3～1.4。
上述地质经过粘土帷幕桩真空预压处理后，可使其地基承载力提高3-4倍。
四、工艺原理
粘土帷幕桩真空预压法处理饱和软土地基施工工艺是利用大气压力作为荷载，通过先在需加固的软土地基表面铺设透水砂垫层，再在其上覆盖不透气的塑料薄膜，通过对薄膜周边粘土桩的施工，使预压土体四周密封与大气隔绝，在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，采用抽真空泵降低被加固地基内的空隙水压力，将土中的孔隙水和空气逐渐吸出，使其地基内有效应力增加，从而使地基固结的一种软土加固方法。
五、施工工艺流程及操作要点
工艺流程图
5.l施工准备阶段
对于饱和软土地基，必须先做工作垫层，以使加固工作得以进行。
5.1.1工作垫层
工作垫层由铺荆笆和填干土两道工序组成，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两层，荆笆的块与块之间搭接200mm，并用14～16#铅丝按500mm间距绑扎牢，层与层之间要错缝。
然后填干土（如无干土或遇雨季施工，则需填山皮土或土石屑），厚度不小于400mm。
填土只能由人工用小推车进行，严禁用机械作业，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。
5.1.2铺滤水层
滤水层的材料通常用中粗砂，也可用不带利刃的其它小颗粒材料代替（如电厂的工业废料、液态碴等），其作用是在土体上表面形成水平排水通道，滤水层厚度为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，在铺干土和铺滤水层时设法调整。
5.2粘土帷幕桩密封墙施工
5.2.1粘土帷幕桩密封墙是为了隔断透气透水层，利于密封膜铺设。
在地基处理区和非处理区之间存在着像粉砂层这样的透气透水层，这一土层将直接影响真空预压的加固效果，为了提高加固区的效果和工程质量，按设计要求在每个加固区的周边打设一道连续的密封墙来切断透气透水层，从而保证加固区的密封性，确保预压区不透气透水，并为铺膜创造条件。
5.2.2粘土帷幕桩密封墙的施工工序
定桩位→移机对位→预拌下沉→泥浆制备→至设计的深度→原位旋喷30秒→喷浆搅拌提升→重复喷浆搅拌至设计标高→重复搅拌下沉至桩端→停桩→提升搅拌头至地表→制桩结束移位。
粘土帷幕桩密封墙的施工工序图
沿真空预压边缘排水板向外挖一个搅拌沟槽，然后由制浆机配制泥浆，通过泥浆泵将泥浆输送到深层搅拌机进行密封墙的施工，密封墙采用4搅2喷法施工。
在打设前放样好每个桩位，严格按照桩位打设，在处理区域打设双排搅拌桩，桩径φ600mm，相邻两孔相交0.2m，形成厚度为1.0m的粘土帷幕桩密封墙。
5.2.3技术指标
设计要求的粘土帷幕桩密封墙渗透系数小于5*10-8cm/s，对其相应的施工泥浆技术要求：
粘土含泥量大于90%。
制造泥浆，首先将制浆机内泵入1m3的水，再起动制浆机，然后慢慢将1.5m3粘土倒入制浆机内，制成比重为≥1.4t/m3的泥浆，供施工中使用。
严禁先加粘土后启动制浆机。
5.3.4粘土桩密封墙控制要点
打入深度，粘土帷幕桩密封墙的数量，下转和提升速度1m/min，喷浆时管道压力0.4~0.6Mpa，钻进、提升时管道压力0.2Mpa，泥浆比重≥1.4t/m3，粘土帷幕桩密封墙渗透系数小于5*10-8cm/s。
5.3插排水板
5.3.1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。
5.3.2插板机施工顺序
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1200～1500mm，门式插板机转向比较困难，因而行走方向应沿地块长方向安排。
5.3.2排水板位置及深度控制
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±300mm。
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。
5.4管网铺设和设备安装
工艺设备安装包括插塑料排水板，安装滤水管网、真空泵、真空表，挖压膜沟，铺塑料密封膜及粘土桩等工序。
5.4.1滤水管
滤水管采用ø89聚氯乙烯硬塑料管制作，在管壁上按每60mm钻一圈ø10小孔，每圈为6个孔。
然后在管表面先裹一层塑料窗纱，再包一层剪去硬皮的棕皮，并用16#铅丝按每100mm一道绑扎牢，也可用加厚无纺布缠裹两层，同样用16#铅丝绑扎，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。
选用布置方案主要依据加固地形，其原则是尽量做到膜内各部位的真空度均匀并节省用料。
滤水管的间距不大于8m，外侧管距膜沟中心线距离不大于4m。
5.4.2真空泵
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，推荐采用ZK—3—W型卧式射流箱和ZK—3—L型立式射流箱，经施工检验，其性能完全满足使用要求。
5.4.3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。
5.5挖压膜沟
5.5.1采用人工或机械开挖压膜沟，压膜沟开挖沿各分区边界进行，其深度必须达到地下粘土层并完全切断透水层，内外坡应平滑无砂料存在。
以保证密封膜与沟底粘土充分接触，满足密封要求。
5.5.2压膜沟回填料应为纯粘土，不含杂质，回填时应避免回填料直接撞击密封膜，以免击破漏气。
回填时应分层夯实。
5.5.3挖沟时如有排水板，应沿沟边向上插入砂垫层中，不能剪断，插入量应大于200mm。
5.6密封膜
5.6.1塑料薄膜及缝合密封膜是采用厚度为0.08～0.10mm的普通白色聚氯乙烯农用薄膜按一定要求尺寸经热缝合而成。
为防止热涨冷缩，加工尺寸应比实际尺寸大一些。
5.6.2铺膜
密封膜应该铺三层，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10000m2的地块，铺膜的人数不少于30人，并要准备足够数量的氯丁胶和一台高频热合机及部分备用的整卷塑料膜。
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塑料膜有无开焊、破孔，并及时修补。
第一层膜修补后才能铺第二层、第三层。
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，要求用温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。
5.7预压
5.7.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2～4h，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，增加修复难度。
当膜内真空度达到40kPa时应停泵，进行一次全面检修，检修内容包括：
1、挡水埝和膜内外侧的地面有无裂焊、塌陷，并查明原因进行加固处理；
2、预压区内有无过大的不均匀沉降，如沉降呈塌形时要剪开密封膜用砂子填平；
3、真空表灵敏度是否正常；
4、电器、机械是否完好。
5.7.2抽气
经过检查、修理，再抽气时真空度提高很快，此时更应注意观察整个预压区内有无异常，因为随着真空度的提高.一旦发生故障情况比较突然，会造成较大的损坏，而且不易修复。
经过24h抽气，如情况正常，便可向埝内灌水，在无外来水源时可用抽出的地下水。
覆水要求把所有的塑料膜都浸在水里，如地下水不够也可就近抽海水。
覆水有两个作用，其一是覆水后可以在三层膜间形成很薄的夹水层，增加膜的密封性能；其二是可以防止直接暴晒塑料膜，减缓膜的老化。
此外，如遇冬季施工可以起到保温防冻作用。
5.7.3观测与检测
施工单位一般只负责表面沉降观测，其它诸如分层沉降观测、分层孔隙水压力检测、侧向位移等一些测试项目由建设单位委派的监测单位负责，其目的是对设计方案和加固效果进行评估。
六、材料、设备及人员配备
每10000m2所需设施数量控制表（表1）
序号
名称
单位
数量
备注
1
真空射流泵
台
16～18
2
滤水管
m
1400～1600
3
塑料薄膜
m2
39000～40000
4
真空表
块
20～26
每台真空泵入口处装一块,每个真空探测点装一块
5
沉降观测标尺
件
20
6
闸刀箱
个
7～9
一个总闸箱,其余为分箱
7
照明灯
个
6～8
8
防水电缆
m
根据电源位置情况
9
工棚
m2
45
各项施工作业人数配备表（表2）
序号
项目
工种
人数
备注
1
准备工作阶段
/
/
工种及人数视工程量大小、工期要求及现场居住条件作相应考虑
2
插板作业
机械操作工
2
按1台桩机1个作业班配备
电工
1
指挥
1
力工
8
3
粘土帷幕桩施工
力工
20
以每10000m2配备
4
铺膜
力工
30
以每10000m2临时配备
5
设备安装
电工
4
以每10000m3配备
钳工
3～4
力工
20
6
抽气
电工
2
按三班制运行，每班正常人员配备（白班进行修补，增加力工3～4人）
钳工
1
测量工
2
运行工
3
力工
4
七、质量控制
7.1工程质量保证体系
成立以项目经理为组长，项目副经理、项目技术负责人为副组长的全面质量领导小组，控制工程总体质量，同时配备得力的自检工程师和自检员。
并配备相应的技术人员，成立质量自检小组，把好质量自检关。
7.2质量保证体系
项目经理
项目工程师
质量管理处
项目副经理
质量工程师
土建
施工队
工程师
排水板施工队工程师
粘土桩施工队工程师
各队专职质量员
各施工班组长、兼职质量检查员
7.3一般控制程序
7.3.1明确项目经理是本工程质量的第一负责人，明确各级人员质量责任制，落实内部质量管理奖惩制度。
7.3.2加强过程控制，对施工中的重要工序加强检验力度，确保工程质量。
7.3.3坚持原材料检验制度，所有工程材料及半成品都必须具有出厂合格证，水泥等重要材料除具有出厂合格证外，合格后方可使用，并建立严格的检验程序。
7.3.4实行见证取样试验制度，所有取样必须有监理工程师在场认可。
7.3.5坚持每道工序的“三检”制度，并将“三检”与操作者的经济利益挂钩。
7.3.6做好隐蔽工程检查验收工作，未经监理工程师签认，不可进行下一道工序施工。
7.3.7坚持“三服从、五不施工、一个坚持”的制度，即进度、工作量、计量支付服从工程质量；施工准备工作不充分不施工，设计图纸没有自审和会审不施工，没有进行技术交底不施工，必须的试验未达到标准不施工，施工方案和质保措施未确定不施工；坚持质量一票否决权。
7.3.8实行质量监督制度，无条件接受业主质量监督管理和业主授权的质量监督管理，为质监人员提供检测仪器，创造质量检测、检验条件，配合做好工程质量复检工作，提供准确的技术数据和自检资料。
7.4竣工验收阶段的质量控制
7.4.1单位工程竣工后，必须进行最终检验和试验。
项目技术负责人应按编制竣工资料的要求收集、整理质量记录。
7.4.2项目技术负责人组织有关专业技术人员按最终检验和试验规定，根据合同要求进行全面验证。
7.6.3对查出的施工质量缺陷，按不合格控制程序进行处理。
7.6.4项目经理部组织有关专业技术人员按合同要求编制工程竣工资料，并做好工程移交准备。
7.6.5在最终检验和试验合格后，对建筑产品采取有效防护。
7.6.6工程交工后，项目经理部编制符合文明施工和环境保护要求的撤场计划。
7.7质量持续改进
7.7.1项目经理部分析和评价项目管理现状，识别质量持续改进区域，确定改进目标，实施选定的解决办法。
7.7.2质量全面改进按全面质量管理的方法进行。
7.8、检查、验证
7.8.1项目经理部应对项目质量计划执行情况组织检查、内部审核和考核评价，验证实施效果。
7.8.2项目经理应根据考核中出现的问题、缺陷或不合格，召开有关专业人员参加的质量分析会，并制定整改措施。
八、安全措施
8.1用电安全
8.1.1由于真空预压大都在空旷荒野施工，施工作业人数少，又处在前期开发阶段，一般不可能有良好的电源条件，加之预压阶段是带水作业，因此用电安全必须高度重视。
8.l.2变压器以下的所有施工线路，必须实行“三相五线”制。
所有用电设备必须安装防漏电保护器，所有的配电箱、闸刀箱必须使用符合规定要求的铁闸箱。
进出闸箱的电源线必须固定牢，并用橡胶护套保护。
8.1.3固定电源线应尽量架空，无法架空时，必须采用防水橡胶电缆，拖地电缆必须符合耐压要求，严禁使用已老化的旧电缆或不合格的产品，所有的电缆接头必须有严格的防漏电措施，并用木椿将接头竖起架离地面。
8.1.4无论是电工或运行工，上岗值班必须两人同岗，严禁单人上岗。
必须坚持定期安全检查制度。
强风、暴雨后应立即进行线路和用电设备检查。
8.2机械作业
8.2.l插板机的安装、拆卸必须有专人指挥，登高作业的人员必须具有足够的自我保护能力。
8.2.2两班制或三班制作业必须执行班前交接制度和班后保养制度。
机上人员必须遵守“清洗、润滑、调整、紧固、防腐”的十字作业制。
8.2.3插板机卷扬机钢丝绳必须经常检查，及时更换。
震动锤的所有紧固件必须有防振自锁装置，并要经常检查、紧固。
8.2.4所有机械检修时，必须切断电源，并把闸箱锁起来，无条件上锁的要挂检修标牌。
九、环保措施
9.1施工现场合理布置、场容整洁、封闭施工，废弃物及时清理，现场进行有组织排水。
9.2严格执行国家现行环境保护有关规定和企业环境保护程序文件，防止有损坏周围环境和人身健康的现象发生。
十、效益分析
10.1社会效益
10.1.1粘土帷幕桩真空预压法处理饱和软土地基方法先后获得青岛市企业技术创新重点项目计划立项、2011年度全国工程建设优秀质量管理QC优秀成果、青岛市建设事业科技发展项目立项。
10.2经济效益
每lm2主要材料机具用量及直接费用分析表（表3）
序号
名称
单位
用量
单价（元）
直接费（元）
1
材料
1.1
荆笆
张
0.618
8.6
5.31
1.2
中砂
t
0.80
37.86
30.29
1.3
黄土
m3
0.134
14.4
1.93
1.4
塑料排水板
m
按设计用量
0.90
1.5
塑料薄膜
m3
3.2
1.92
6.14
1.6
滤水管摊销
0.18
1.7
电材摊销
5.60
1.9
草袋
个
0.84
0.84
0.71
1.10
其它材料
1.92
2
电费
3.24
3
机械费
1.76
3.1
插板
m
按插板长度
0.24
3.2
预压
按预压时间
（1.80～3.0）
注：
如回填砂能回收，则其费用可大大降低。
十一、工程实例
1、青岛高新区东2号线南段K0+048～K1+720工程2010.05.21—2010.10.05由中启胶建集团有限公司施工的青岛高新区东2号线南段K0+048～K1+720工程对真空预压法处理饱和性淤泥固结度施工技术进行应用和研究。
建设单位：
青岛高新区投资开发有限公司，监理单位：
青岛信达工程管理咨询有限公司。
通过本工程中的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
该工程首次将真空预压法处理饱和性淤泥技术引进了青岛地区，在施工过程中摸索出了成熟的经验，为业内同行对软土地基处理开辟了新思路，使“真空预压法处理饱和性淤泥技术”在青岛地区的推广奠定了基础。
2、青岛高新区规划东9号线、规划中8号线等八条道路及规划中29号线软基处理工程二标段，总长度1661米。
建设单位：
青岛高新区投资开发有限公司，施工单位：
中启胶建集团有限公司，监理单位：
青岛华鹏工程咨询集团有限公司。
该工程软基处理采用真空预压法进行处理，处理后效果及检测均符合设计及施工规程要求。
3、青岛高新区规划中15号线工程，总长度700米。
建设单位：
青岛高新区投资开发有限公司，施工单位：
中启胶建集团有限公司，监理单位：
山东新昌隆建设咨询有限公司。
该工程软基处理采用真空预压法进行处理，处理后效果及检测均符合设计及施工规程要求。
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