工法大面积水域线型吹填陆域真空联合堆载预压工法珠海DOC.docx
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工法大面积水域线型吹填陆域真空联合堆载预压工法珠海DOC
大面积水域线型吹填陆域
真空联合堆载预压施工工法
二十冶市政分公司：
施海标、王瑜、王洪伟
编制单位：
中国二十冶集团有限公司
2011年6月23日
第一章前言
本工法是在邻近滨海地区大面积水域中，在用海砂呈线型吹填的陆域上，立即实施真空联合堆载预压施工，迅速使吹填砂及其下的深厚软弱下卧层在真空联合堆载预压共同作用下短时间内实现固结，此工法在施工的同时，使土地实现了一级开发，为区域开发奠定了基础。
因此，是一部快速、高效、使用的施工工法。
珠海横琴基础设施市政道路工程是一个按BT模式运作的项目，工程场地大部分原为水域，水深一般在2m~5m；少部分为原有陆域，主要为蕉林和荒地。
无论是水域还是陆域，其下卧淤泥层厚度一般在20m~30m不等，厚度最大超过40m。
在水域中用海砂吹填形成的陆域，由于其位于水域之中，砂体中的积水无法排除，同时还有在吹填时形成的淤泥包，施工时稍一扰动，吹填砂体极易液化，施工根本无法进行。
为满足项目的工期节点要求，并结合项目的实际情况，首先采用了真空疏水的方法使吹填砂体失水，短时间内提高砂体表层地基承载力，为施工机械和操作人员进场作业创造有利条件；在吹填砂体短时间失水的状态下，充分发挥机械施工快速、高效的优势，采取铺垫路基板等简单措施，将砂垫层运送、摊铺完毕，之后采用履带式高塔架插板机和双轴水泥搅拌桩机分别同时进行分区分片打插排水板和粘土密封墙施工以及其它内容施工。
实践表明，此方法可有效地完成深厚软弱下卧层软基处理施工，并能收到较好的效果。
本公司在最初的杭金衢高速公路项目软基处理工法的基础上，经过不断地总结、提炼，又在珠海横琴基础设施市政道路工程G#路试验段软基处理施工中试用并总结摸索，形成了《大面积水域线型吹填陆域真空联合堆载预压施工工法》。
第二章工法特点
2.1大面积水域线型吹填陆域软基处理
吹填区域多临近水源，采用真空联合堆载预压，取材方便、快捷，不受堆载材料供应及储备场地的限制，沿海地带有丰富的海砂资源可以作为吹填料填充水域；且真空膜的制作基本都是在工厂热粘合，可根据施工要求膜面积基本不受限制，可以一块膜整体铺设，场地处理面积也不受限制；采用信息化控制可分级、均匀加载预压，土体整体稳定性可控，便于实现超大面积一次性处理。
2.2处理的土层深厚
真空联合堆载预压法加固软基深度较大,影响深度可达20~25m。
2.3环保节能，符合低碳要求
该工法利用当地丰富水资源，利于水土保持，同时因此减少了大型机械的使用，节约了油料消耗，更加经济、环保。
第三章适用范围
该工法适用于新近吹填大面积深厚软土（一般其压缩系数α1-2大于0.5Mpa-1，不排水抗剪强度小于30Kpa），其中包括淤泥、淤泥质黏性土、沼泽土及冲填土等饱和黏性土的处理。
真空联合堆载预压法适合于均匀的黏土地质，工期条件比较宽松的工程。
第四章工艺原理
真空联合堆载预压技术是在堆载预压排水固结法基础上叠加真空效果发展起来的一种软土地基处理技术。
其核心是采用气密性高、延伸性好（伸长率大于200%）的薄膜对需要加固的土体进行密封使其与大气隔离，借助射流泵抽真空，通过铺设在加固体表面的砂垫层中的管道及加密的竖向排水体（塑料排水板）将加固区内的空气和水抽出形成真空，在膜下产生80～96kPa的负压，且该负压通过真空管路及竖向排水体逐渐向深度方向延升，并向四周土体扩散，使加固土体内部与排水通道、砂垫层内形成一个负压水头,同时加载增加了土体内部孔隙水压力,使影响土体工程性质的气、液相体沿着最佳设计路径排出,从而达到土体加固的目的，具有真空预压和堆载预压的双重加固处理效果。
下图为本项目真空联合堆载预压工艺标准断面：
首先将施工区域采用海砂吹填形成陆域，待吹填区域表层疏干后铺设水平排水砂垫层，作为排水滤层（铺100cm厚中粗砂），然后打插塑料排水板，形成垂直的排水通道。
在排水板施工的同时，在软基处理区边缘打设封闭的粘土密封墙封闭区内可能的漏气通道。
排水板施工完后埋设主、次水平真空滤管，并且将排水板头直接与支管相连接后置于砂垫层中。
平整砂垫层后铺设一层土工布加三层密封膜，并将密封膜压入周围缘密封沟内（一般1.0~1.5m深）形成完整的密封区域。
埋设在水平排水砂垫层内的主、次滤管与真空泵连接后抽真空，使膜下密封区域逐渐趋于真空，膜内外产生一个气压差。
地基在负压作用下，稳压（80kPa以上）10天左右，密封系统稳定且地基初步固结后在膜上逐级分层堆载，直至满载（此阶段的长短是影响真空加载时间的重要因素，在施工过程中必须尽快完成）。
真空压力和堆载形成的附加应力全部转化为有效应力作用于地基，使土体排水固结，软土地基加固达到市政设施需要的承载要求。
第五章施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工区域原地面为河塘区域平均高程在-0.4m，吹填海砂至2.0m，再进行真空联合堆载预压软基处理。
真空联合堆载预压主要工作程序为：
砂垫层铺设、塑料排水板打设、粘土密封墙施工、检测设备仪器埋设、真空滤管铺设、两布三膜铺设、抽真空、真空稳压、土方堆载、静压、卸载。
真空联合堆载预压软基处理主要控制点：
膜下真空度需稳压在80kPa以上、粘土密封墙的密封性能、排水板打设深度、排水板通水性能进行有效的控制，堆载时对密封膜的保护防止漏气，以及在真空堆载阶段的对沉降、孔隙水压、水平位移、真空度的监测，对软基处理的质量保证至关重要。
真空联合堆载预压法施工流程及检试验控制点详见下图：
5.2、操作要点
5.2.1砂垫层铺设
砂垫层必须是洁净的中粗砂，含泥量小于5%。
水平排水砂垫层采用小型湿地推土机，一次摊铺完成的方式作业。
由于施工场地均为吹填区域地表承载力极低，采用机械施工时，为防止中粗砂与吹填的细粉砂或与原有地基土混浠在一起，影响排水效果，施工前先铺一层裂膜丝机织土工布，确保铺设的水平排水砂垫层比较完整具备足够厚度的滤水层。
这样既有防止水平排水中粗砂垫层与吹填的细粉砂浑合在一起的作用，还兼有提高地基承载能力，便于机械作业的效果。
5.2.2主、次滤管及排水板连接
本工法采用较为新颖的施工工艺，即将排水板按每三根一组插入板与滤管连接器内固定密封，连接器再与次滤管连接固定。
连接节点见右图。
这种连接方法抽排水更直接，效果更佳，但是施工时比较麻烦复杂进度慢，且需要投入大量人力对每一个板头进行连接。
5.2.3塑料排水板施工
垂直排水通道——塑料排水板不仅具有排水作用，而且还是真空度由上而下传递的通道。
示范段塑料排水板采用SPB-C型，打设深度≤35m,纵向通水量≥40cm3/s,排水板正方形排列布置，间距为1m。
28m以内塑料排水板采用普通液压插板机便可顺利施工。
在G#路试验段时有超过30m塑料排水板属超长排水板，普通液压插板机根本无法实施，采用塔架式履带振动插板机打插。
排水板施工过程中的控制点：
（1）施工过程中，严禁塑料排水板出现扭结、断裂和滤膜破损。
（2）打入地基的塑料排水板宜为整板，需要接长时每根排水板不得多于1个接头，且有接头的排水板根数不应超过总打设根数的10%，相邻的塑料排水板不得同时出现接头。
（3）打设时回带长度不得超过500mm，且回带的总根数不宜超过总根数的5%。
（4）施工过程中需防止塑料排水板排水通道的阻塞，防止土颗粒渗入排水板芯体孔道，停滞积累造成孔道堵塞造成排水不畅，所以排水板外侧滤膜一定要完好。
5.2.4粘土密封墙
由于现场原地表有层2~4m的吹填海砂，海砂的透水透气性比较大，设计采用10m深穿透夹砂层1.2m宽，双轴￠700粘土密封墙对土体进行密封施工。
粘土密封墙施工效果好坏将直接影响软基处理真空系统，施工过程中，严格按设计图纸及施工验收规范要求进行施工，粘土和膨润土的掺量均不小于10%，泥浆比重控制在1.3以上，每制一罐浆测其比重。
粘土密封墙施工采用双轴￠700深层搅拌桩机施工，四喷四搅工艺，提升速度控制在1.0m/min以内。
粘土密封墙施工完毕后进行现场取样检测渗透系数，渗透系数应不大于1x10-5cm/s。
为防止在抽真空过程中粘土密封墙失水后而出现开裂，造成密封区域漏气，必须在开始抽真空时即用水对粘土密封墙养护。
5.2.5密封膜
密封膜与粘土密封墙组成了真空联合堆载预压施工中的密封系统，是真空堆载是否成功的关键工序。
不仅要严把材料关，施工过程中必须加强检查与看护严禁无关人员上膜。
施工必须注意以下几点：
（1）密封膜覆盖：
密封膜宜选择在工厂粘成整体后，再运至工地铺设，覆盖密封膜时，必须选派有经验的多人配合进行，宜选择在无风或微风的天气进行铺膜，要求随铺随用砂袋镇压，铺膜必须留有一定的松弛尺寸，一般按每10m留有1.0m的松弛尺寸控制以防止在沉降过程中密封膜被拉伸，密封膜脱离密封墙。
铺膜前，必须将留在水平砂垫层表面的贝壳、尖角硬物清理干净，防止刺破密封膜。
（2）密封膜封闭后，抽真空初期，经检查密封膜良好不漏气后，宜采用水封法作为铺筑封闭层密封。
可有效地减小阳光紫外线对密封膜的侵害，也可减少无关人员随意进入密封区域的机会，造成密封膜破损。
5.2.6抽真空设备
真空泵选用射流式，电机功率不小于7.5kW。
泵后真空压力不应小于96kPa。
真空泵应配置自动止回阀、闸阀，以防止突然断电泵停止运行而真空压力突然下降。
每一真空作业区的真空射流泵按不大于800㎡布置1台。
安装射流泵时，不应集中或单侧布置，应尽量布置在加固区域四周。
每一加固区应配备1~2台真空泵备用。
由于抽真空施工的特点水多，为了保证施工安全，所有电器线路必须架空设置。
现场应预留备用发电机。
整个软基处理全过程必须确保真空系统运转正常，严禁随意停泵，保证膜下真空度80kPa以上，系统足够的真空强度是软土层固结度高低和真空系统持续时间长短的基础。
5.2.7膜上堆载土方施工
膜下真空稳压80kPa后10~15min即可进行堆载土方施工。
抽真空阶段整个处理区域地表沉降量存在明显差异，一般中间区域沉降量大于四周边缘沉降量，呈现“锅”形，首层填土时需把整个区域找平防止积水而影响路基填筑质量，进行首层土方堆载时不可避免地就会形成填土厚度薄厚不均的现象。
首层填土是在密封膜上，施工时对密封膜的保护成为施工中控制的重中之重，是影响真空效果的又一关键点。
堆载时必须注意以下几点：
（1）土料选择：
用于堆载的土方除必须遵守设计及规范要求外，首层填土，必须选用不含石块，并符合设计要求的粘性土料或不含尖角、贝壳、石块的中粗砂，而且首层堆载土采用中粗砂不仅可以保护密封膜还有利于密实首层土适当厚点可填筑50cm厚。
（2）作业机械：
为了提高施工工效，堆载土方可选用机械施工，但是首层填土必须选择小型机械作业，如小型推土机械（如SD140推土机），小型挖土机械（如玉柴0.2m3挖机），填土总厚度在50cm~80cm时，可选用小型碾压机械静压，首层土以后堆载土可根据需要选择常用10t碾压机械碾压，首层以上堆载土采用18t压路机碾压。
5.2.7土方加载速率控制与施工监测
堆载预压必须与施工信息化监测结合进行，即堆载速率必须受施工监测信息控制。
堆载填土期间，施工监测的频次应1次/天，堆载结束后，施工监测频次可适当放宽，但不得少于1次/三天，如堆载期间，监测的数据超出规范要求时（日沉降量﹥25cm，水平位移（向外）大于5mm，孔压变化﹥0.5）必须停止加载，待沉降变形、水平位移趋于稳定、孔压消散至规范规定的范围内时，方可继续加载，如前一层加载完毕后，沉降变形、水平位移以及孔压变化均在规范要求的范围以内时，可连续加载。
第六章材料与设备
6.1、工法主要材料及技术指标
6.1.1塑料排水板
塑料排水板性能指标见下表，板芯材料不得掺含再生塑料。
项目
单位
C型
条件
纵向通水量
cm³/s
≥40
滤膜渗透系数
cm/s
≥5x10-4
试件在水中浸泡20h
滤膜等效孔径
mm
＜0.075
以Q95计
塑料排水板抗拉强度
KN/cm
≥1.5
延伸率10%时
滤膜抗拉强度
干态
N/cm
≥30
延伸率15%时，试件在水中浸泡24h
湿态
N/mm
≥25
6.1.2密封膜
密封膜：
采用三层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，其主要技术指标见下表：
最小抗拉强度（Mpa）
最小断裂延伸率（%）
最小直角撕裂强度（kN/m）
厚度（mm）
纵向
横向
220
40
18.5
16.5
0.14±0.02
6.1.3土工布
200g/㎡无纺土工布，其主要技术指标见下表：
项目
单位
指标
备注
断裂强度
KN/m
10
纵横向
CBR顶破强力
KN
1.8
撕破强力
KN
0.28
6.1.4滤管
主管为高强度塑料管，直径φ75mm，壁厚3.5~4.0mm；滤管为高强度柔性塑料管，直径φ50mm，壁厚3.5~4.0mm。
滤管均匀打孔后（φ6，间距100mm，交错打孔）外包200g/㎡土工布。
6.2、主要施工机具
序
号
机械名称
型号及规格（功率）
备注
1
自行式搅拌桩机
PH-5A（双轴）
粘土密封墙施工
2
液压式插板机
ZJB-16（95Kw）
打插塑料排水板（＜30m）
6
真空射流泵
JS45（7.5Kw）
抽真空，其中28台备用
7
小型推土机
DFH-75
运送砂垫层、及堆载土
8
挖掘机
PC200
密封沟挖填、倒运堆载土方
9
自卸汽车
15t
运送堆载土方
10
小型自卸车
≯8t
11
全站仪
莱卡TS02
定位、及侧向位移监测
12
水准仪
DNS3
13
精密水准仪
徕卡NA2
沉降观测（二等水准观测）
14
压路机
18TYZ18B
路基压实
15
柴油发电机
150kW
备用
第七章质量控制
7.1、塑料排水板
7.1.1插板前检查塔架垂直度，若不符合要求，应立即调整，保证插板垂直度在1.5%以内。
在套管上按照设计深度用红漆作上明显标识，开动插板机，将插板下沉至标识处即达到施工控制标高。
a、插板孔位误差不大于50mm；
b、插板垂直偏差不超过插板长度的1.5%；
c、插板打设时回带不得超过500mm，且回带根数不宜超过总根数的5%；
d、记录每根插板的长度、孔深等；
7.1.2当提升塔架，塔架底部离开砂垫层顶面50cm时，人工按预留的长度从塔架底部切断排水板，使排水板外露长度控制在不小于0.2m。
然后将留下排水板端头折弯埋入砂垫层内。
7.1.3主要检查内容为质量标准要求的项目，若检查不合格，则必须在不合格排水板位置的20cm范围内补打1根排水板，重新检查，直至合格为止。
合格后移动插板机至下一板位。
打设过程中逐根做好施工记录。
塑料排水板打设的允许偏差、检验数量和方法
序号
项目
允许偏差（mm）
检验单元
和数量
单元测点
检验方法
1
平面
位置
±100
每根排水板
（抽查10%）
1
用全站仪、拉线和钢尺量纵横两个方向，取大值。
2
外露
长度
陆上
+100/-0
每根排水板
（逐根检查）
1
用钢尺量
水下
+150/-0
每根排水板
（抽查3%）
3
垂直度
1.5%
每根排水板
（抽查10%）
1
用全站仪、吊线和钢尺量打设套管的倾斜度
7.2、密封膜
7.2.1密封膜必须延顺至密封沟底,否则有可能漏气;但土工布不要超过密封膜。
土工布和密封膜铺设时，宜预留有一定长度的褶皱，以备地面下沉时膜被拉破。
7.2.2抽气后膜面紧贴砂垫层,砂垫层里的尖锐物可能戳破膜面;砂垫层在有的地方可能发生局部塌陷,形成较大孔洞,也会使膜撕破。
因此,必须专门组织人员进行排查,修补。
在抽真空时如果膜面破裂,会发出声音,声音大的很容易发现,如果孔小则声音轻,这些地方就是检查的重点。
7.2.3真空预压中一般需要监测表面沉降、水位、分层沉降等,必须做好保护膜面和出膜处的防护。
沉降标放置时需要首先在膜面上铺一小块土工布保护膜面,然后铺10cm左右的砂,再将沉降标置于砂上面,最后用这块土工布将沉降标包起来形成一个整体,可以保护膜面。
水位管和分层管出膜面处，沿管四周应预留一定尺寸的密封膜,然后将预先制成的环状密封膜套自管口往下,与预留的膜面部分重合,其搭接长度在30cm左右。
最后用专用的胶水将两者重叠处粘贴;密封套上部用胶水粘在套管上,可以解决出膜口处的密封问题。
同时,为了适应套管与地面沉降差异的问题,在粘贴时需预留一定的尺寸。
套管和测管之间用淤泥质黏土进行密封,并注意定期检查,保持淤泥质黏土湿度,以保证密封性。
第八章安全措施
主要危险源
序号
施工内容
危险因素
危险源部位
可造成的后果
采取措施
1
施工用电
设备、机具、配电箱、配电线路安装、搭设不标准、不规范
真空设流泵、泥浆搅拌机、焊机、发电机、照明灯具、Ⅰ类手提电动工具无接零保护
触电
持证上岗、按方案采用TN—S系统配置三级配电、二级保护；制定安全专项方案、突发事件处置预案
2
桩机工程
配件不合格、无证操作、交底不到位、不规范搭设、遭受台风、雷击、火灾、爆炸等自然灾害或突发事故而造成损坏
钢丝绳断丝、生锈及腐蚀、压板螺丝松动、制动失灵、滑轮旋转不灵活、高空检修
架体倾倒、沉陷、高处坠落、物体打击
使用合格配件、持证上岗，按方案、规范架设；制定安全专项方案、突发事件处置预案
3
桩机安装拆除
无审批方案、无证操作、无检查维护、违章作业
桩机架体高度范围无隔离、连接松动、吊钩不灵失效、无定期检查
设备倾倒、高处坠落、机械伤害、物体打击、触电伤害
按方案及说明书施工、组织验收、检测、定期检查维护、持证上岗
4
临边作业
临边作业防护措施缺失滞后、自我防护意识差、未佩带救生衣
泥浆搅拌池、粘土密封墙、围堰周围鱼塘
淹溺
加强自我防范意识，防护警戒措施及时到位
5
现场作业
违章作业、交底不到位
天然气管道
火灾、爆炸
道口加固，按方案、规范作业
6
明火作业
（电焊、气割）
未清理周边易燃物品材料；未配备灭火器；气割、乙炔瓶未设回火阀；动火安全距离不足
临时工棚
临时仓库
各类机械设备
火灾、爆炸
持证上岗、严格执行动火审批制度，设监护人清理周边易燃物品材料，配备灭火器；采取有效隔离防护措施，乙炔瓶设回火阀，动火作业保持安全距离
第九章环保措施
9.1遵守国家和地方有关环境保护、控制环境污染的规定。
9.2防止施工中的燃料、油、污水、废料、和垃圾等有害物质对河流、湖泊、池塘和海洋的污染。
9.3泥浆池的设置按照大临规划图布置，不用时在泥浆池顶部采用盖板并在醒目位置设置安全标识牌；泥浆运输采用专门封闭的泥浆车；挖掘机作业后需对行走道路时应进行清洗，控制泥浆污水排放。
9.4施工完毕后宜对密封膜、真空管、土工布等材料回收再利用，以减少对土体的污染。
第一十章效益分析
软土路基处理方法较多，有浅层处理法、复合地基法、排水固结法等。
浅层处理法有换填、抛石排淤等，适合软土层埋设浅、厚度小的情况。
复合地基法有水泥搅拌桩、旋喷桩及CFG桩等，施工周期短，施工方便见效快，适用于中等厚度软土，加固深度一般小于15m,但造价较高。
排水固结法处理深度大，适合处理软黏土，造价不高，且便于以后市政管网的开挖。
处理过程需要有预压期，预压时间较长，预压土方量大，工期较长。
根据横琴新区示范段工程深厚淤泥地质的特点，软基处理采用真空联合堆载预压排水固结法施工。
第一十一章应用实例
11.1、横琴新区环岛北片示范段真空联合堆载预压法处理软土地基，真空联合堆载预压法处理软基，在抽真阶段的第一个月内沉降量比较大，尤其是真空稳压的10天时间，每天的沉降量最多达5cm，前期沉降比较大。
第二个沉降高峰位于每级土堆载阶段。
11.2、施工过程中对整个密封系统的保护至关重要，主要包括密封膜的密封性、粘土密封墙的施工质量、粘土密封墙与密封膜连接点的质量控制、真空泵的维护。
11.3、真空联合堆载预压用电量较大,每800m2处理面积配备一台泵，则每天的用电量达180kwh（真空泵24小时运行），真空泵必须24小时连续运行，一般抽真空时间都在6个月以上，用电量巨大。
而且现场用电必须配备发电机作为应急备电措施。
11.4、目前真空联合堆载预压法已经广泛运用到软基处理，尤其是深厚淤泥软土的处理效果较好，处理工艺的造价相对较低。
但是受地质条件、施工场地、甚至填料选择的影响，需要因地制宜，采用合理科学的施工方法运用真空联合堆载预压法。
11.5、真空联合堆载预压法适合于均匀的黏土地质，工期条件比较宽松的工程。
11.6、真空联合堆载预压受地质条件的影响比较大，如果地层中含有石块、夹砂层、杂填土较厚等地质，会引起排水板打设困难，或粘土密封墙漏气。
11.7、真空联合堆载预压引起的沉降量较大需要用大量的填料补填。
11.8、真空联合堆载预压由于沉降影响的范围较大，在25m米内的影响比较明显，所以处理范围周边如有构筑物管线等设施时不太适合用此方法。
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