高真空排水法在机场浅基处理中的应用.docx

1、高真空排水法在机场浅基处理中的应用高真空排水法在机场浅基处理中的应用浅层地基处理确实是利用合适的处理措施，使原本含水量高，压缩性大，强度低、透水性小、处于饱和状态下的浅层土中的孔隙水排出，从而使土体固结，提高土体的承载力和改善其不平均性，使地表一定深度范畴内土层的强度得到有效提高，形成一定厚度的硬壳层，增强土体的整体变形和谐性，满足地面结构对地基强度的要求。我国目前常用的浅层地基处理方法要紧有排水固结法、振冲挤密法、置换法、加筋法、强夯法和碾压法等。由于各工程现场条件的复杂性、地质情形分布的不平均性，加上各种地基处理方法的适用性和局限性，因此地基处理方案应该因地制宜，需要分析场地的工程地质情形

2、，提出相应的处理方案，并通过现场试验，最终确定工程的地基处理方案。同时要注重综合应用多种地基处理技术，使施工方案更加合理，更为经济。本文要紧结合上海浦东国际机场二期飞行区地基处理的工程实例，着重分析工程地质情形，对比各要紧浅基处理工艺对该工程的适应性，通过工程试验对拟采纳的浅基处理方案进行对比研究，确定最终施工方案。重点对比了强夯法、高真空排水击密法两种浅基处理施工方案。通过开展施工试验，分析对比两种浅基处理方案对该工程的适应性。工程最终确定采纳高真空排水击密法进行机场浅基处理。通过试施工，确定出相关施工参数。因高真空排水击密法实际上是将高真空排水法与强夯法结合进行综合地基处理，而强夯法在地基

3、处理中已较为常用，工法比较成熟，因此本文着重介绍高真空排水法在工程施工中的实际应用，强夯法施工工艺不再赘述。当前，我国基础设施建设飞速进展，基础处理是各类设施建设中的首要工程。而我国东南沿海地区普遍存在软土地基，这些软土层具有水量高，压缩性大，强度低、透水性小等特性，如何加强软土地基处理，为地面结构物提供良好的地基条件，是开展工程建设需要解决的首要任务。高真空排水法在上海浦东国际机场二期飞行区地基处理工程中的成功应用，可为今后类似软基处理工程施工提供借鉴。第一章 工程地质分析及浅基处理要求1.1 工程概况我国东南沿海地区，普遍存在软土地基，这些软土层具有含水量高、压缩性大、强度低、透水性差等特

4、性。机场道面是为飞机提供起降、滑跑的结构物，飞机运行需要道面必须具备足够的强度、刚度。因此，软土地基处理重点在于慎重研究决策合理的地基处理方案和优化地基处理施工工艺，确保地基处理工程的质量，为道面结构提供良好的地基条件。上海浦东国际机场位于长江三角洲冲积平原前缘，濒临东海，属长江河口-滨海砂嘴相地貌类型，为数百年前新淤积而成的新海边平原。浦东国际机场二期规划用地系1996年前后围海造地势成。场区东北部原先要紧是围涂筑塘而形成的滩地，有较多的杂草及芦苇，地势较为平坦；西南部分布有较为发育的河、沟、塘和少量耕地，除河埂处地势较高外，其余地势较为平坦。工程施工前在二期飞行区内结合堆载预压进行了吹砂补

5、土工作，完成后的地面高程有一定的起伏变化。场地内15m深度范畴内存在饱和砂（粉）土层。第-3层、第-2层砂质粉土为液化土层，场地液化指数为1.458.18，液化等级为轻微中等。场区地下水要紧类型为孔隙潜水及孔隙承压水二种。浅部孔隙潜水要紧补给来源为大气降水、地表径流和潮水，并受控于机场围场河。场区大部分土层具有高压缩性，是典型的超大型软土地基（详见图1-1）。图1-1 工程场地原貌1.2 工程地质分析依照上海岩土工程勘察设计研究院编制的上海浦东国际机场二期飞行区场地岩土工程勘察报告资料分析，二期飞行区场区的要紧工程地质问题是:1.场区浅部层组由粉质粘土、砂质粉土等组成，其表层要紧为近年围海促淤

6、所形成，结构松散，处于欠压密状态，属低强度型土基。2.埋深、厚度较大的深层软土地层（污泥、污泥质土），具有含水量高、压缩性高的特点。专门是在场区中存在数量较多、赋存状态复杂的古河道，在结构荷载作用下的沉降量大，是场区中存在的要紧工程地质问题，是需要重点解决的问题。3.古河道的切割使土层在厚度上变化较大，土层不平均，其中部层组的主固结沉降、次固结沉降和不平均性沉降对场地地基稳固性的阻碍专门大，是地基处理方案设计中需要重点考虑的区段。1.3 浅层地基处理的目的及要求上海浦东国际机场二期飞行区土层厚约911m，要紧由粘质粉土夹粉质粘土、砂质粉土、污泥、粉质粘土等组成。浅部层组土层结构松散，处于欠压密

7、状态，属低强度型土基。这些土层物理力学性能差异较大，相同荷载作用下，会产生不平均变形；其次，关于同一土层的不同位置，其物理力学性能也有较大的差异。另外，整个表层土的地基反应模量和强度均较低，在飞机荷载作用下容易产生累积塑性变形。同时，由于大部分场区处于围海造地的滩地、沟、河、塘内，土质极不平均，且标高较低，工程施工前场地内进行吹砂补土堆载预压工作。卸载后部分吹填粉细砂将作为地基填土，存在强度低和液化问题，作为场道地基使用时不能满足要求。为此，浅层地基处理的目的确实是通过选取合适的处理方案对浅层土进行加固，将处于饱和状态下土体中的孔隙水排挤出去，预压沉降，使土体固结，把由原先孔隙水承担的压力，随

8、着水的排除转变为由土骨架承担，从而提高土体的承载力，改善其不平均性，使地表一定深度范畴内土层的强度得到有效提高，形成一定厚度的硬壳层，增强“土体-道面”结构的整体变形和谐性，满足道面结构对地基强度的要求，最终给道面结构提供平均稳固坚实的基槽。第二章 浅基处理要紧方案比选及试施工由于工程现场条件的复杂性、地质情形分布的不平均性，加上各种地基处理方法的适用性和局限性，因此，地基处理方案选择时应该因地制宜，需要在分析场地工程地质勘察资料的基础上提出地基浅层处理方案并进行现场试验，检验各种处理方案的有效性和适用性，通过对试验结果的综合比较，最后确定工程的地基处理方案，同时要注重综合应用各种地基处理技术

9、，使方案选用更为合理。上海浦东机场二期飞行区软土地基处理时，着重对强夯法和高真空排水击密法的软土加固处理方案进行了比选。2.1要紧软基处理方案分析比较2.1.1强夯法强夯法（国际上也称动力压实法）处理地基是六十年代由法国Menard公司首创，该方法利用夯锤自由下落产生的冲击性能和振动反复夯击地基，在地基中形成冲击波和动应力，从而提高土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化特性和排除湿陷性黄土的湿陷性，同时，夯击能还能提高土层的平均程度，减少建筑物可能显现的差异沉降。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土及黏性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基，其加固成效显著、施工设备简单、简单方便、节

10、约劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点。通过40多年的应用，强夯法地基处理方法施工渐趋成熟，专门关于处理砂土、粘性土和粉性土及含水量低于25%的杂填土地基，成效较好；但关于处理饱和软（粘）土地基时却极易产生“橡皮土”现象，往往处理成效不显著，难以达到预期成效。2.1.2 高真空排水击密法高真空排水法的加固机理是：先在膜下抽真空形成负压(相对大气压力而言)。现在地基中仍为大气压力状态，负压沿井管向下传递，土体与井管的不等压状态又使负压向土体中传递，在负压作用下土体中的孔隙水向井管中聚拢，通过井管流向集水管并通过管道抽出。孔隙水的排出使土体中孔隙压力降低，由于土体总应力不变，依照有

11、效应力原理，孔隙压力的降低即为有效应力的增加，土体在有效应力增量的作用下固结，土的抗剪强度也随之得以提高。高真空排水击密法，即是利用专用高真空设备强制改变土体中的含水量，使土体达到最佳含水量，同时采纳大型击振设备击实土体，使土体达到最佳密实度。该方法具有施工工期短、造价低的特点。高真空击密法比一样轻型井点降水的深度大、真空度高的特点，可有效地调整和改善土体中的含水量， 专门适合于含水量高的脆弱地基的加固处理。2.2 浅层地基处理试验方案为分析对比两种浅基处理工艺对该工程的适应性，确定出最佳施工方案，依照二期飞行区场地的具体情形，设置浅层地基处理试验区。试验区分为2个强夯试验区和1个高真空排水击

12、密试验区。2.2.1 强夯法试验方案强夯法方案分为2个试验小区，每个试验小区尺寸均为30m x30m，试验前设置地表排水系统，以起到降低地下水位的作用。强夯I区方案：施工时前三遍均为点夯，单击夯击能由500 kNm逐步增强至1500kNm;第四遍采纳满夯，单击夯击能500 kNm。夯后铺设30cm厚的垫层，并进行碾压。强夯区方案：施工时前三遍也为点夯，但每一遍点夯后及时铺设山皮土或碎石垫层，垫层厚0.4m，再进行下一次夯击。第四遍为满夯。2.2.2 高真空排水击密法试验方案高真空排水击密法试验设1个试验小区，第一采纳高真空降水法调整土层中的含水量，然后采纳强夯法进行致密，试验小区的尺寸也为30

13、m x30m。第一遍高真空降水:时刻为10天，砂土、粉土中孔距6.0m，孔点按梅花形布置，孔点滤头最大入土深度89m;软土中另设孔点，孔距3.5m。第一遍击密:强夯，夯击能量约3000 kNm ，点距5. Om， 810击，具体依照试夯时的每击贯入量、夯坑深度、隆起量确定。第二遍高真空降水:时刻为3天，与第一遍相同工艺，孔点按梅花形布置，有软土时真空排水时刻为8天。第二遍击密:强夯夯击能量约3000 kNm ， 810击，点距5.0m，同第一遍。第三遍击密:超大功率振动击密。2.3 试验方案质量检测成果所有试验小区在地基处理过程中及地基处理后均进行了专项工程勘察及取芯检测，为确定合理的基础处理

14、方案及优化施工参数提供理论依据。试验小区的勘察及检测工作要紧包括钻孔取样及室内试验、标准贯入试验、静力触探试验、波速测试、地基反应模量试验、地基因弹模量试验、CBR试验等。各试验小区的勘察及检测情形见表2-1。 表2 -1试验区勘察及检测数量分布表 单位：点勘察及检测项目标准贯入试验静力触探试验反应模量试验回弹模量试验波速试验取土孔现场CBR强夯I区6 x5次6 x5次61246强夯区6 x5次6 x5次61246高真空排水+强夯区6 x5次6 x5次61246各试验小区的勘察及检测结果见表2-2 。表2-2 试验区勘察及检测数据成果表勘察及检测项目标贯击数当量值N63.5(击)比贯入阻力当量

15、值PS(Mpa)地基反应模量值K0(MN/m3)地基回填模量值E0(Mpa)现场CBR(%)沉降量(cm)试验前5.502.3320.8043.020.89/强夯I区10.44.3038.8260.276.7130.2强夯区10.24.4846.5064.778.1935.7高真空排水+ 强夯区12.44.6261.3271.738.8355.72.4 地基处理方案比较通过上述两种地基处理试验方案的检测数据说明，强夯法、高真空排水击密法均能提高土体强度和土基的承载力，各种加固方法各有特点。其中，强夯法地基土强度增加较大，加固深度范畴大，但表面处理较差；高真空排水击密法加固后地基土强度增加较大，

16、且地基土平均提高，关于较脆弱区域地基土强度变化成效较为明显，但相对施工工艺复杂，成本大。2.5 浅层地基处理方案确定由于二期飞行区地基处理是在卸载后的条件下进行，地下水位较高，土体差不多呈饱和、高压缩性和低强度，施工时极易扰动土体使之液化，造成施工困难、增加弃土量、阻碍土方的充分利用和调配。因此，依照场区工程地质条件及存在的要紧工程地质问题、堆载预压的成效和地基浅层处理试验的技术总结，确定“高真空排水+强夯”方案作为首选方案。高真空排水工艺与强夯工艺结合起来，专门大程度上提高了强夯的成效和效率，对浅部土层强度的提高专门有效，且加固后的土基比较平均，处理深度较大、强度高，在施工中排除的沉降量较多

17、，能够达到比较理想的地基加固处理成效。2.6 高真空排水试施工为更好地指导大面积的工程施工，工程施工前进行了工艺性试验，以判定初步设定的施工方法的合理性，并在满足设计要求的各项质量技术指标的条件下，对各项施工参数进行优化。高真空排水试施工的目的及内容是:验证设计高真空井管布设网度、深度；确定高真空排水施工的各项参数；确定合适的施工机械设备、数量及配套组合形式；确定达到设计标准所需要的高真空排水时刻。2.6.1 试施工方案为确保试施工的针对性和适用性，试施工针对现场的具体地质条件，选择具有代表性的区域进行。二期飞行区工程场地范畴内有两条古河道呈东西向穿过，最大的淤积层厚度达65m。另外，场区内分

18、布有大量的鱼塘、沟滨等。由于古河道区域与一样正常沉积区域下伏土层分布不同，在相同的地基处理方案下，其加固成效可能不尽相同，因此，必须依照具体的地质情形确定合理的施工参数和施工工艺，尽可能减小不同区域之间的不和谐变形，幸免工后过大的差异沉降造成道面结构层的破坏，阻碍机场的正常使用。针对二期飞行区的地质分区情形，浅层地基处理试施工分别选择古河道区域和一样正常沉积区域进行施工。试施工区域大小为4085m，面积3400m2。试施工方案以设计建议参数为基础，并依照现场具体条件进行适当调整，以达到工程设计质量技术指标为试施工目标。2.6.2 试施工质量检测数据浅层地基处理试施工的质量检测数据见表2-3表2

19、-4。表2-3 试施工含水量检测成果表试施工区域工序名称施工历时（天）各土层的含水量（%）粉细砂粘土粉质土古河道区域第一遍高真空排水918.223.123.9第二遍高真空排水615.118.619.6一样正常区域第一遍高真空排水710.7/19.5第二遍高真空排水69.5/10.7最佳含水量18.216.914.2试施工前26.627.726.4说明:1、粉细砂层要紧分布在地基处理面下2.0m左右，粘土层分布在2.04.0m左右，粉质土层分布在4.0m以下。2、古河道区域在第一遍高真空排水中，除粉细砂层外，其余土层的含水量要完全达到设计指标较为困难，主是因为地下水来源渠道多、来水量大。在第二遍

20、高真空排水时，通过扩大和挖深外围排水明沟、加密外围井点封管等措施，差不多能满足设计要求。表2-4 试施工沉降观测记录统计表序号工序名称古河道区域沉降量（cm）一样正常区域沉降量（cm）1第一遍高真空排水/1.22第二遍高真空排水1.81.33施工总沉降量1.82.5说明:在古河道区域第一遍高真空排水施工时，采纳地表面直截了当测量后运算其平均值的方法，由于地面沉降量专门小，无法得出其真实的沉降量，因此在第二遍高真空排水和一样正常区域施工时，采纳预埋沉降观测点，按周密测量的方法进行。2.6.3 试施工总结依照质量检测结果说明:试施工达到了预期目的，高真空排水法能够有效地降低地下水位及浅层土含水量，

21、为下一时期的强夯施工制造了有利的条件。浅层地基处理方案、措施、设备和施工工艺是可靠的、合理的和可行的;各项检测值都存在一定的富余量，按其施工能保证大面积施工均能达到设计要求。 第三章高真空排水法在工程中的实际应用依照工程试施工成果，确定出了高真空排水施工时各项施工参数，并按照此参数进行高真空排水施工组织设计。3.1 施工参数及技术要求3.1.1 降水设备要求高真空排水施工的降水设备为带平稳装置的可调高真空系统，即系统包含高真空泵、平稳器、射流泵等，并须达到的指标有:3.1.1.1 真空度: 0750mmHg (可调) 3.1.1.2 高真空泵排气量: S1100L/S(电动功率: 15kW)3

22、.1.1.3 射流泵排气量: S215 L/S(电动功率: 7.5kW)3.1.1.4 平稳参数: 0.21.0(可依照阻碍范畴进行调整) 3.1.1.5 出水输送距离: 400m依照施工技术要求对设备的规定，工程建设时选择了两种系列(2KV液环系列及SFK水环系列)的真空泵设备在古河道区域及一样正常区域两种代表性区域均进行了试施工试验，试验结果显示降水成效明显，达到设计要求的两个操纵指标(地下水水位及地基土含水量)，因此证明2KV液环系列及SFK水环系列真空泵两种系列的高真空泵能满足设计要求(见图3-1)。图3-1 2KV液环系列系列高真空泵3.1.2 要紧材料要求3.1.2.1 真空井管深

23、层管长度8.0m，采纳3855mm的钢管，浅层管长度4.5m，采纳40PVCU饮水管材，井管深度应依照小螺钻资料适时调整;滤管设在井点管下端，其长度为0.71.Om， 壁上钻1218mm的小孔呈梅花形分布，滤管外壁包24层滤网，滤网采纳80100目的尼龙网；井管下端用木塞封闭，井管上端通过连接管与总管相连。3.1.2.2 连接管与集水总管连接管采纳41m 51mm40MTR内含螺旋型钢丝的透亮尼龙管;集水总管用63UPVC饮水管材，节间用与之配套的专用接头及专用胶水密封连接，并用三通管将总管与连接管相接。3.1.2.3 井管填料井管外围采纳中粗砂回填，其含泥量小于3%。3.1.3 井点管布置要

24、求高真空排水孔距以保证高真空排水的成效为原则，结合设计图纸中的要求，在实际施工时依照现场土质条件进行适当调整。孔头滤点最大入土深度68m，软土中可另增设孔点。井点管布置要求为:深层井点布设网格3.5m4.0m，井管深度8.0m;浅层井点布设网格3.5m6.0m，井管深度3.05. Om;深层井点与浅层井点相间布置;高真空排水共两遍，第二遍井点和第一遍井点均呈梅花形布置。为保证正式排水及强夯过程的降水成效，在距强夯处理边界约3.0m处设置外围封管。外围封管采纳深、浅层井管结合型式:封管分两排布置，排距为1.0m，深层井点封管深度为8.0m，浅层井点封管深度为4.0m，两种井管间距均采纳2.0m，

25、相互交错布置。在距外围封管5.0m位置设置外围排水沟，周围排水明沟尺寸为:深1.5m，底宽2.0m，并在四个角落设置集水井，采纳水泵将积水强排出施工区域外。高真空泵与井管的联接呈相互独立工作形式:施工区域的深层管、浅层管各自形成若干个回路，外围深层管、浅层管各为一个回路。高真空井点管布置见图3-2。 图3-2 高真空井点布置平面图3.1.4 井点成孔工艺要求降水井点的成孔工艺必须符合设计和现行降水工程技术规范，确保井点质量，成孔时重点要注意以下几个环节: 3.1.4.1 井点孔孔径原则上不应小于150mm，水冲法成孔冲头处应加焊保径环，以保证孔径和孔壁的规则，第二遍高真空排水可采纳机械法插管。

26、3.1.4.2 井孔深度应在井点滤管以下0.50.6m。3.1.4.3 中粗砂滤料应填至距地表以下1.01.5m处，中粗砂实际投入量不应小于运算值的85%。3.1.4.4 孔口用粘土封填严实。3.2 高真空排水法施工3.2.1 施工程序高真空排水的施工程序为：平面定位地质详探、调整施工参数孔位放样成孔井点管安装、回填封孔连接总管降水设备安装、调试高真空排水、施工过程观测质量检测拔管进入下一道工序。3.2.2 施工预备3.2.2.1 划分施工作业小区为加强施工质量，便于施工打算治理，浅层地基处理时应分成若干个施工小区进行平行流水作业，每个施工小区宜操纵在10000 m2以下。3.2.2.2 现场

27、预备道槽区堆载体土方卸载至规定标高后进行大致平坦、高程验收。当存在不平均脆弱土质、地下污泥包等劣质土时，应换填粉细砂，置换深度不宜小于1.0 m。在土基平坦面上进行井点位置施工放样并布置四周排水系统。四周排水沟开挖深度为1.5m，底宽为2.0m，边坡为1:1.5，并在排水沟四个角落设置集水井，利用抽水设备进行强排。当相邻块搭接施工时，可取消搭接部位的外围排水明沟。3.2.2.3 小螺钻勘探在地基处理施工区域进行小螺钻勘探，深度应钻至设计井点深管以下不小于1.5m处，全孔取样，准确判定土层层位，目的在于摸清施工区域的土层分布情形、埋置深度、层厚、土性、含水量、渗透系数和赋存状态，绘制钻探剖面图，

28、正确调整真空度、高真空排水时刻及井点布置密度。专门是针对浅层处理层内存在的较大脆弱夹层，重点分配高真空气量等参数，使得各层土体经高真空排水后，各项土工指标在差不多相同的时刻达到一致。3.2.2.4 机械设备预备依照拟定的施工方案、进度及工程量要求，预备足够的施工机械设备，并考虑一定的备用量。要紧机械设备包括:离心泵、真空泵、潜水泵、插管机及柴油发电机等。并检查抽水设备系统及测试外表。3.2.2.5 材料预备高真空排水的要紧材料包括井点管、填砂及粘土料。3.2.3 真空管布设及排水设备安装依照井点管布置图，放出总管位置，确定井点管、水箱位置，确定高真空泵机组、总管的高度。布设时，先排放总管，再用

29、水冲法或专用插管机进行埋设井管，然后用连接管将井管与总管相连通，最后安装真空泵、平稳器等抽水设备。见图3-3。图3-3 高真空管埋设井点管应埋设在水冲孔的中心，幸免插入泥浆中堵塞滤管。在井点管与孔壁之间及时用中粗砂填灌实，填至孔口1.01.5m左右时，改换粘土填塞密实，边填边捣实，直至孔口。总管至抽水装置要保持有3% -5%的坡度。插管前认真检查井管的过滤网，确保滤网密封不破，管道畅通，高真空的平稳器采取动态平稳。排水总管与泵进口标高要求差不多一致，泵摆放水平，调整好。在安装过程中注意防止杂物进入泵内并注意真空泵进气口安装过滤网及泵内部件安装的周密度。各电动机安装牢固，轴线正确，电源安全，电动

30、机转动方向正确。各压力表、真空表要有较高的灵敏度。井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，检查有无漏气、淤塞等情形，出水是否正常，如有专门情形应及时检修后方可使用。3.2.4 高真空排水试运行在高真空排水施工前，即管路连接后进行设备试运行，在试运行抽水时，先开动真空泵，将水气分离器抽成一定程度的真空，使土中的水分和空气受真空吸力作用形成水气混合液，经管路系统和过滤器进入水气分离器中，然后开动离心泵，使水气分离器中的水经离心泵由出水管排出，空气则集中在水气分离器上部由真空泵排出。通过抽水试运行，集中人员检测和封堵漏气，确保管路的真空度，并安排专人巡视检查管路系统、降水设备的真空度及设备的运行情形，发

31、觉漏气或设备不正常，及时抢修，保证水位的下降效率。3.2.5 高真空排水施工高真空排水时，外围封管可比施工区内层井点管先开始排水，直至强夯击密施工完成后方可停止工作。井点使用时应保持连续不断的抽水。一样抽水35天后差不多趋于稳固，正常出水规律为“先大后小，先混后清”，如不上水或水一直较混或显现清后又混等情形，应赶忙检查纠正。第一遍高真空排水，降排水时刻为710天;第二遍高真空排水，降排水时刻为57天。实际施工中可依照具体情形(土壤含水量、现场排水总量、降水曲线等)进行适当调整。高真空降水终止后，保留外围封管连续降水。高真空排水施工时期，为了确保高真空成效，施工中每台设备进行挂牌运行，正确记录每台设备的开机时刻，每天各项运行记录，按照操作规范，每天定时测量出水流量，及时调整