高真空击密法施工工艺

1、软地基处理新技术上海港湾软地基处理设计研究所同济大学地下建筑与工程系一、现有的软地基处理技术l复合地基法：水泥土搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等；优点：承载力高、变形小、稳定快 缺点：造价高l强夯法；优点：设备简易、施工方便、工期相对较短、节省材料、造价较低缺点：饱和软土质量不可控，易形成弹簧土一、现有的软地基处理技术l排水固结法：真空或堆载预优点：技术成熟；影响深度大缺点：工期长采用真空预压的，承载力80kPa,且施工中容易漏气造成质量问题采用堆载预压的，造价高二、快速“高真空击密法”软地基处理工法l快速“高真空击密法”软地基处理工法是一种新型快速真空动力排水固结法，它是通过数遍高真空击密制造”压差

2、” 排水，并结合数遍合适的变能量击密，逐步达到降低土体的含水量，提高密实度、承载力，减少地基工后沉降和差异沉降。2.1 快速“高真空击密法”的理论创新l“压力差主动排水”：人为多次制造“压差”，即利用适当的能量击密产生的超静孔隙水压力为“正压”，然后同步插入高真空管产生“负压”，“正压”和“负压”形成可大于一个大气压的“压差”，进而可以达到低渗透软土含水量逐步降低的目的。l“超固结硬壳层”： 由于“高真空大能量击密”多次相互作用（等效静压力可达300-500MPa），使软土表层形成“超固结硬壳层”，经应力扩散能较好的增大地基的抗变形能力。l“硬壳层作用下不留排水通道工后沉降估算”：通过大量的科

3、研和实践证明，由于高真空击密施工后不留排水通道，工后沉降的速率和工后沉降量将明显小于常规计算。2.2 快速“高真空击密法”的设计要素l采用特制的高真空系统强制调整土体的含水量，控制需处理的土体逐步接近最优含水量；l在需处理土体分遍逐步接近最优含水量的同时，采用特制的大型击密设备分遍击密需处理的土体，逐步接近最大密实度；l根据处理土体的自振频率，调整击振频率；l正确计算被处理土体超空隙水压力的消散时间，合理确定土体每遍击密的固结恢复时间，严防“弹簧土”的形成l根据不同土体的渗透系数、含水量，分层多遍强制调整各层的真空度、真空气、平衡参数；l根据地基的处理深度要求，正确计算各层不同土体击密所需的击

4、振能量。2.3 快速“高真空击密法”的优点1、造价低：l造价较常规方法节约30%左右；2、工期短：l工期较常规方法节约50%左右；3、质量可控：l通过施加不同的夯击能量控制地基承载力，通过控制施工沉降而有效控制工后沉降；通过采用不同的施工参数，区域差异沉降工前有效控制进而可以减小工后差异沉降；4、施工环保：l地基处理过程中不加入任何添加剂，无泥浆等废弃物排出。2.4 快速“高真空击密法”施工流程2.5 快速“高真空击密法”施工工艺以上三种方案结合使用2.6 快速“高真空击密法”的信息化施工l对分部流程各项指标检测并调整施工参数含水量静力触探等原位测试击振频率击振能量真空度调整超孔隙水压力消散时

5、间在避免土体发生破坏的基础上，对地基土进行有效击密三、快速“高真空击密法”技术介绍3.1压力差排水l适能量击密产生的孔隙水压力为“正压”，高真空通过插入的真空管产生“负压”，从而产生“压差”（可达1.2-1.5个大气压）；l“压差”的形成使得低渗透系数软土孔隙水排出；l通过人为多次制造“压差”，使得软土含水量逐步降低，承载力逐步提高。3.1-1 高真空+多遍击密下土应力的变化1500kNm冲击荷载下饱和土的塑性区1500kNm冲击荷载下非完全饱和土的塑性区3.1.2 结论l如上可见，多遍冲击过程中孔压消散率越高，强度增长也越明显，同时减轻了冲击荷载对土的结构破坏，大大降低了夯击过程中地基土出现

6、“橡皮土”的风险。l高真空击密法就是通过增加多遍高真空排水工序，来达到提高强夯击密效果的目的。但高真空排水不是强夯法的辅助手段，而至少是与强夯法同等重要的工序。3.2 “快速”的机理l通过调整真空管的间距、真空度、时间等，控制软土中的孔隙水消散时间，使得原规范中的软土孔隙水自然消散时间从3-4周缩短为5-7天。l一般工程设计中采用3-4遍“高真空击密法”，施工总时间仅为21-28天。3.3 施工参数的控制工后沉降的控制：l通过调整地基处理深度，“高真空击密”处理遍数等施工参数，有效控制每一区域的施工沉降，从而使工后沉降满足设计要求差异沉降的控制：l将施工区域按差异沉降的精度要求划分若干施工小区

7、，不同地质的小区通过控制采用不同施工参数，控制处理范围内软土的差异沉降，使得工后的差异沉降满足设计要求3.4 超固结硬壳层l在“高真空击密”作用下，通过控制“高真空”施工遍数，逐步增大击密的能量，使软土表层形成一个超固结的“硬壳层”，大幅度增加应力扩散角，大大增加地基的抗变形能力。3.7 硬壳层作用下无排水通道工后沉降估算l采用“高真空击密法”施工，用真空管取代塑料排水板。由于施工结束时拔除真空管，所以施工结束后不留排水通道。不留排水通道的工后沉降与排水固结法工后沉降的修正系数为 （0.3 10MPa；层粉土地基承载力特征值120kPa，Es8MPa。l2地基处理后层或层消除液化。青岛大炼油工

8、程检测结论l本场地在最大检测揭露深度8.2m范围内的地层，表层为素填土，上部为第四系全新统海相沉积的粉土层及上更新统花岗岩残坡积土，下部为燕山期花岗岩。l经过高真空击密预处理后，场地第层素填土承载力特征值达到150kPa,第层粉土承载力特征值为120kPa;压缩模量建议值Es为8.0MPa.l如本场地按7度进行抗震设防，设计基本地震加速度值按0.1g，设计地震分组按第一组考虑，地基经“高真空击密”预处理后，本场地第层粉土不具有液化潜势，场地为非液化场地。4.5上海化工区（粉土）“高真空击密”与振冲碎石桩效果比较上海化工区高真空击密法（粉土）粉土地基振冲碎石桩桩间土粉土地基振冲碎石桩桩身由此可见

9、，粉土中、HVDM加固后，标贯击数明显好于振冲碎石桩的桩间土，表层2m效果也较好于碎石桩桩身静载试验比较静载实验也比较理想五、“高真空击密法”扩展技术l快速“低位高真空分层预压击密”软地基处理方法 （国家发明专利号200410014257.9 ）l 快速“高真空击密、桩基”复合软地基处理方法（国家专利申请号200510134966.5 ）5.1 “低位高真空分层预压击密”为了有效控制深厚淤泥工后沉降、差异沉降，公司又开发快速“低位高真空分层预压击密”复合软地基处理方法：l“低位高真空分层预压击密法”软地基处理方法是在快速“高真空击密法” 软地基处理专利技术的基础上进一步改进、研制成功的一种软地

10、基处理专利技术。l本工法利用低位高真空预压，解决深层工后沉降的问题，然后利用高真空击密法，在浅层形成一定厚度的超固结硬壳层，解决承载力的问题。l优点为利用低位高真空预压，控制深层工后沉降；表层“高真空击密”使地基土形成超固结硬壳层，以满足附加荷载的承载力及地基土变形的要求。l该工法处理深度深、造价低、工期快、质量可控。低位高真空分层预压击密法工程实例l宁波航空港物流标准仓库l2005年上海临港工业大电气项目5.1.1宁波航空港物流标准仓库宁波航空港物流标准仓库l宁波航空港物流标准仓库，道路淤泥厚26米，经本专利技术快速处理，工后沉降、承载力都满足设计要求。宁波航空港物流标准仓库施工现场5.1.

11、2 2005年上海临港工业大电气项目2005年上海临港工业大电气项目2005年上海临港工业大电气项目，地质主要为新吹填粉土夹淤泥，人机不能进入。通过“低位高真空分层预压击密”方法处理，承载力从3040kPa快速提高到100120kPa。2005年上海临港工业大电气项目施工后情景5.2HVDM+HVDM+桩基复合地基桩基复合地基l为了满足高承载力设计的需要，公司二次开发了快速“高真空击密、桩基”复合软地基处理方法(专利申请号：ZL 2005 1 0134966.5)HVDM+HVDM+桩基复合地基桩基复合地基应用实例应用实例l山东黄岛10万m3的石油储备罐l亚洲铝厂 5.2.1山东黄岛10万m3

12、的石油储备罐山东黄岛10万m3的石油储备罐l山东黄岛10万m3的石油储备罐，成功的用HVDM结合桩基，使原地质承载力4050kPa通过HVDM处理达到120kPa，再结合碎石桩，提高到210kPa，造价节省，工期缩短，并有效解决了碎石桩的软地基离散现象。山东黄岛10万m3的石油储备罐5.2.2亚洲铝厂亚洲铝厂l亚洲铝厂高精密流水车间，地质土层复杂，工后沉降要求高（小于5cm），经HVDM+水泥搅拌桩，形成复合地基，有效控制工后沉降和差异沉降。造价比原方案节约30%以上，工期60%以上，获外方设计高度评价并要求合作全力推广。亚洲铝厂六、专利技术发展应用简介l2000年：快速“高真空击密法”开发成功l2001年：上海市科委鉴定达到国际先进水平l2006年：获上海市科技委科技成果奖l2006年：中央电视台科技频道科技之光专题报导l2007年：公司与同济大学、河海大学、浙江大学、大连理工大学、解放军后勤工程学院联合成立 “