高真空井点降水+山皮石垫层+冲击碾压软基处理技术

高真空井点降水+山皮石垫层+冲击碾压软基处理技术摘要：在地基强度低、沉降量大的软土地基上新建机场，软基处理指标要求高，加上机场建设本身对工期、成本等方面的高要求，在与以往的强夯、高真空降水+强夯、堆载预压等施工工艺比较后，开发出高真空井点降水+山皮石垫层+冲击碾压施工技术，此工艺成本低、施工速度快、技术参数能达到设计要求，给大面积软土浅层地基处理带来新的发展方向。关键词：高真空降水冲击碾压山皮石垫层软基处理一、工程概况1.1、主要工程量本标段地基处理面积248565m2。1.2、场地情况和地质条件1.2上海浦东国际机场扩建工程西货运区货机坪地基处理工程施工场区位于上海浦东国际机场三跑道西跑道西部，地形较为空旷，长有杂草，其内分布有较多的民房、学校、小型工厂、菜地、水稻田、果园、道路等；拟建场地纵横交错分布有大量的河流构成拟建场地水网，并有东西向的多条河浜为主干与其它纵横交错的沟塘共同构成的水网，多数河流宽度约为8.0～26.0m，底部埋深为1.70～3.00m。1.2.工程地层特性表土层号土层名称层厚层底标高土层描述①1填土0.20～2.400.794.19～0.943.17在居民住宅区上部以碎石、煤渣等垃圾为主，下部为粘性土，在农田以粘性土为主，夹少量植物根茎、贝壳碎片。密实度：松散。①2浜土0.30～2.501.203.05～0.031.52含黑有机物、腐烂植物，（分布在明、暗浜、塘中）土质软弱。②0粉砂0.50～2.501.363.33～1.192.32含氧化铁条纹，夹砂质粉土，主要分布在南汇地快。密实度：松散。②1粉质粘土0.40～2.101.283.16～0.612.00含氧化铁条纹，土质由上而下渐变软，局部范围缺失。摇震反应无，土面光滑无光泽，干强度中等，韧性中等。②3粘质粉土0.50～2.501.202.24～-0.320.92含云母、夹薄层粘性土，局部地段分布，土质不均。摇震反应快，土面粗糙，干强度无，韧性无。密实度：松散。③1淤泥质粘质粘土0.50～6.001.812.53～-0.4070.18含云母、有机质，夹少量薄层粉性土，土质较软，场地局部范围缺失。摇震反应无，土面光滑无光泽，干强度中等，韧性中等。③2砂质粉土1.00～7.104.69-2.61～-5.46-4.13含云母、局部夹粉砂、粘质粉土及少量薄层粘性土。摇震反应快，土面粗糙，干强度无，韧性无。密实度：稍密～中密。④淤泥质粘土8.70～12.8010.05-13.39～-16.48-14.31含云母、有机质，夹少量薄层粉性土，土质均匀。摇震反应无，土面光滑有光泽，干强度高等，韧性高等。⑤1-1a粘土3.60～6.505.63-19.00～--21.03-19.97含黑色有机物，泥钙质结核，土质均匀。摇震反应无，土面光滑有光泽，干强度高等，韧性高等。⑤1-1b粉质粘土2.70～8.605.61-22.91～-28.94-25.57含少量腐殖质、泥钙质结核，夹薄层粉性土，局部夹粘土，土质均匀。摇震反应无，土面光滑有光泽，干强度高等，韧性高等。⑤1-2粉质粘土1.20～16.408.27-27.28～--43.39-34.36含云母、夹薄层粉性土，少量腐殖质，局部夹粘土。震摇反应无,土面光滑无光泽，干强度中等，韧性中等。⑤3砂质粉土夹粉质粘土1.50～11.604.97-24.57～--50.33-38.01含云母，局部夹薄层粉砂，土质不均匀。土面粗糙，干强度无，韧性无。密实度：稍密～中密。⑤4粉质粘土1.00～7.003.38-24.27～--44.44-33.34含氧化铁斑点，夹薄层粉性土。震摇反应无,土面光滑无光泽，干强度中等，韧性中等。⑦1粉砂1.70～7.604.06-27.20～-32.14-30.23含云母，局部夹砂质粉土及薄层粘性土，土质不均匀。密实度：中密。7-2粉细砂未钻穿未钻穿含云母，局部夹少量粉性土，颗粒成分以长石、石英为主。密实度：密实。1.3、地基加固质量验收标准地基反应模量：道面区不小于60MN/m3；道肩区不小于30MN/m3；山皮石垫层干密度：不小于19KN/m3；标贯击数当量值N63.5：山皮石垫层以下6m深度内，不小于7击；静探比贯入承受力当量值Ps：山皮石垫层以下6m深度内，不小于3MPa；碾压找平后必须达到道槽设计标高，高程用10m×10m方格网测量，误差控制在+2cm～-3cm之内。二、地基处理方案比较（1）传统的强夯传统的强夯处理软土地基要很慎重，容易形成橡皮土而破坏软基。（2）高真空降水+强夯适应能力强，加固后土体比较均匀，施工中消除的沉降多，处理深度大，强度高，但相对造价较高。（3）堆载预压工期长；需要大量的堆载材料；费用高。（4）塑料排水板+强夯适用于粉质土为主的地基；因有排水板，垫层需采用砂垫层；点夯遍数多，夯能必须从低到高逐遍增加，各遍点夯时间间隔长，施工工期相对较长；费用高。（5）高真空井点降水+山皮石垫层+冲击碾压施工能力强，加固后的土质比较均匀，对于软弱区域地基土强度变化比较明显，所需垫层材料少，表层处理后垫层材料的级配状况较好，强度较高且均匀，造价相对较低。机场建设道面地基处理有主要是浅层地基处理（要求地基形成一层约6m厚的硬壳层），同时要求地基加固处理速度快的特点。而采用高真空井点降水+山皮石垫层+冲击碾压的施工技术正好能达到这个深度，且成本更低、施工速度更快。因此上海浦东国际机场扩建工程西货运区货机坪地基处理工程研制了高真空井点降水+山皮石垫层+冲击碾压浅层软土地基处理技术。三、原理3.1、高真空降水对于有较丰富地下水的粘性土、粉土软弱地区，其土体含水量高，且渗透性小，施加动荷载后，易使土体内产生较大的超孔隙水压力，形成弹簧土。处理这种地基有效要方法之一是降低地下水位、土体的含水量。其较好的方法就是采用高真空降水(其排水时间短，一般为4～5天)。高真空降水使低渗透的粘性土和粉质粘土产生负压，加快土体中孔隙水的排出，降低土体含水量。3.2、冲击碾压冲击碾压的原理是由冲击式压实机的冲击轮滚动产生的动能和势能转换成冲击冲压能量，对地基产生荷载和振动波，挤压密实土体，从而压实土基。冲击碾压有效压实深度4米左右，影响深度可达到6四、地基处理方案及施工过程4.1、施工顺序施工准备→打设井点管→井点降水→挖设盲沟→摊铺山皮石垫层→冲击碾压→碾压找平→检测4.2、高真空降水4.测放井点点位→井点成井→井点设备安装、调试与运行→水位观测→达到设计要求后拔管。4.2.2高真空降水的每个小区为10000m24.2.每个小区外围布置两排井点，截断外围地下水。两排井点外浅内深，排距不小于1m，每排井点的间距2.0m，浅层井点与深层井点交错布置。点位布设在冲击碾压地基处理边界线每边5m处，以阻隔小区外的浅部土层潜水向小区内补水。内部井点布设网度和深度：深层井点点距为4m×8m，深度6m，浅层井点点距为4m×4m，深度3m，实际施工时，可结合小螺钻勘探情况，针对土层分布情况，确定浅层井点管的打设深度。4.采用带有平衡装置的可调真空系统，每套高真空井点降水抽水设备包括真空泵、离心泵、气水分离器，该系统包括：功率为15kw的SKF－3高真空泵、平衡器等，并达到以下指标：高真空：0～750mmHg（可调）；高真空泵排气量：S1≥100L/s；流泵排气量：S2≥15L/s（电动功率≥7.5kw）；平衡参数：0.2～1.0（根据影响范围进行调整）；出水输送距离大于400m。4.每台套抽水设备安装真空表以监测抽水设备运行时的真空度。浅层井点和深层井点、外围井点和中间井点必须分别安装抽水设备，不得用同一台设备进行混抽。设备及集水管等的安装执行现行降水规范，并保证抽水管路有良好的密封状态。井点系统安装后，先进行调试，保证抽水设备运转和井点运行正常、集水管线密封状态良好。4.降水区布置水位观测孔，水位观测孔按设计要求布设。水位观测孔的井管长度不小于深井管的长度，全孔填灌中粗砂，成井工艺与井点相同；每天三次定时水位观测并记录。4.施工时，根据进度要求配备足够的降水设备，并准备足够的备用量。反复使用的井点管在插管前进行冲洗，清除积淤其中的砂土。井点运行时每天设专人对抽水设备运转、井点运行、集水管线密封状态三个方面进行检查，发现问题及时处理，运行中抽水设备如发生故障，立即更换，以保证井点运行的连续性。井点24小时连续运行，外围井点在冲击碾压期间不中断运行。抽水设备抽出的水排入周围的临时排水沟，排水沟的积水深度保证小于20cm，以免积水回流，影响降水效果。插设井点管时，如遇地下障碍物，应用挖土机清理干净，并分层回填、夯实。高真空降水时间一般为7天。4.地下水位在地表以下不小于3m。采用小螺钻取样，小螺钻取样每2000m2一个点位；小螺钻可按每个点位每0.5m取一组样（一组不少于6个样），直取至最近的水位观测孔水位深度。掌握天气情况，如果48小时内有大量降雨，不得拔管。4.3、山皮石垫层场地整平达到设计地势要求后铺筑山皮石垫层，在铺设前，进行测量控制，设铺筑厚度控制桩，拉线整平。由于冲击碾压击密后山皮石垫层厚度要求为道面处理区不小于43cm，道肩区不小于30cm，垫层干密度均要求不小于19.0KN/m2，垫层松铺系数取1.3，厚度按道面处理区56cm，道肩区40垫层采用山皮石铺设，山皮石最大粒径不大于20cm，粒径2～20cm的质量大于总质量的50%，含泥量为5%～25%，不均匀系数Cu≥5。采用汽车运至现场，推土机推平，压路机碾压致密。4.4、冲击碾压4.4冲击碾压采用LICP3型三边形冲击式压实机和LICP5型五边形冲击式压实机组合进行，这两种机型的主要技术参数为：冲击碾压设备主要技术参数表机型机重t压实轮重t振幅cm频率击/秒行驶速度km/h势能KJ动能KJ冲击力tLICP32712221.712～1525200250LICP52410202.612～1520130200这两种机型工作中振幅不同,频率不同,组合作用时土层产生不同振幅,不同频率的振动响应,不易导致液化倾向。4.4a.针对需冲击碾压的工作面按不少于试验道段长×宽的面积分单元进行。冲击碾压前按20m一个断面，一个断面均布了3个点检测高程。孔隙水压力检验频率为10000m2b.先用18t的压路机稳压一遍，然后采用LICP5型五边形冲击压实机在12km/h速度下冲击碾压5遍。c.对孔隙水压力进行监测，待孔隙水压消散70%后（一般7～8小时），用LICP3型三边形冲击压实机在12km/h行驶速度下冲击碾压5遍。d.整平，检测高程，计算沉降量，观察“弹簧”倾向，对孔隙水压力进行监测，待孔隙水压消散70%后，用LICP3型三边形冲击压实机在15e.重复d步骤两遍。f.整平，检测高程(用NA2水准仪)计算沉降量是否达到1cm左右,否则再将d工序重覆直至沉降量达到1cm左右时，LICP3型三边形冲击压实机作业收敛。4.4视表面平整度及扰动情况决定是否由振碾配合碾压2～3遍，然后质检，验收。以上冲击碾压工艺参数，是根据设计要求进行样板段试验而得到的结果，包括采用的机械、冲击碾压的遍数、冲技能及冲击频率。4.4冲击碾压后，进行碾压找平，找平材料采用0～5cm的石屑，不均匀系数Cu≥10，根据我公司以往类似工程施工经验，在石屑中掺拌10％左右的粘土能更好的封闭山皮石表面，利于排水。碾压前，对场地标高进行实测，根据实测标高确定找平材料的填铺厚度。采用25t振动压路机，碾压至山皮石垫层表面平整、坚实、稳定、无明显轮迹为止。碾压找平后，用10m×10m的方格网测量场地标高，与设计道槽标高相差超过设计要求的区域精平至设计标高。4.4a.为确保施工质量，每施工区面积控制在为10000m2左右。b.用冲击式压实机进行冲击碾压，行进方向见“冲击碾压路线示意图”，以轮迹重叠1／2铺盖整个路基表面为冲碾一遍，共冲碾25遍，由于冲击式压实机的作业特点是牵引式,只能前行,而且所压轮迹中波峰波谷是随着压实遍数的递增,通过转弯半径的调整交错变化的。c.为保证足够的转弯半径,压实机应在两个相间的车道中交错套压，以每冲压5遍为1个检测单元，每冲压5遍对场地冲压效果自检一次，自检内容包括沉降量、回弹模量，沉降观测点布置按照8×16m方格在场地内布点。回弹模量用承载板检测，检测频率为400m2一个点。d.冲碾机在转弯处，机械行走速度比直线行走速度慢，产生的冲击能量也小（K值），因此，每一次冲击碾压后（5遍），及时用大吨位的振动压路机（25t）在冲碾机转弯处进行补充碾压。e.山皮石层平整度的好坏，将会影响冲碾机的冲击能量，因而可能会造成今后产生不均匀沉降现象，因此，必须严格控制山皮石的级配和最大粒径，每5遍冲击碾压后找平一次。f.待孔隙水压力消散70%之后再进行下一轮碾压。g.最后碾压采用25t振动压路机碾压的方法进行，以确保最后地基处理的全面达到要求。施工结束后，严格按照设计方格网要求推平并进行平整施工。五、异常情况的处理5.1、高真空降水①水位下降至一定深度不再下降现象原因：降水井点少，抽水设备类型不当，有新水源补给，观测孔未穿过不透水层，井点滤料回填不到位引起。措施：可采取增加降水井点，调整或更换抽水设备，增设水位观测孔，调查相同水位分布范围，增设砂滤井，更换降水井点，重新埋设。②水位下降缓慢原因：降水井点少，井点布置不合理。措施：增加降水井点，延长抽水时间。③水位持续下降，并超过设计降水深度原因：降水井点过多，水源不足。措施：间断关停井点。④水位下降不均匀原因：含水层渗透性差，井点出水能力差，布井不合理。措施：调整井点布设，调整或更换抽水设备。5.2、冲击碾压①冲击碾压中出现“橡皮土”现象因冲击碾压的冲击能量大，表面一定深度的土体含水量对冲击碾压的效果具有较大的影响，当含水量过大时，容易形成弹簧、翻浆现象，因此在冲碾施工时，需要严格控制表面下一定深度土体的含水量，出现含水量过大时，采取翻晒或换填的方式进行处理。②表面波浪的处理当冲击碾压若干遍后，可能在山皮土表面形成波浪状，严重时会产生跳车现象，影响车速和冲击效果，应及时进行整平处理，并视土质含水量和扬尘状态适时洒水。③表面推移的处理当土体表面含水量较大时，冲击碾压过程中易形成表面推移，土体间产生脱离现象。因此，在雨后或表面含水量较大时，应采取晾晒或挖沟降水措施降低表面含水量后进行冲碾施工。④遇恶劣天气的处理若道槽土基整形后，还未来得及铺筑山皮石，拟等到天好后，土基表面晾干，用压路机补压，再铺筑山皮石进行冲压。雨季施工要认真收听天气预报，若施工小区山皮石铺筑完后，还未及时冲碾遇雨，我部拟采用备1～2万平方米彩条布进行覆盖，雨停后人工将表面积水排除，再进行冲击碾压。⑤冲击碾压后的表面处理a.冲碾结束后，应采用重型（25吨以上为宜）振动压路机强振找平碾压，碾压时可考虑洒水，碾压至表面平整、坚实、稳定、无明显轮迹为止。b.碾压施工结束后，进行10m×10c.地基反应模量应在高程、平整度、干密度检测合格后进行。d.静力触探和标准贯入试验应在冲击碾压结束30天后进行。e.若检测高程达不到设计标高，应铺级配碎石碾压，保证厚度达到设计要求。铺级配碎石后应确保高程、平整度、干密度和K值均达到设计要求。六、检测结果地基处理施工质量检测指标项目检查方法检测频率质量标准数量检查数量标准贯入试验静力触探试验反应模量测试反应模量测试灌砂法6.1、静力触探检测静探比贯入阻力当量值（MPa）深度0.5m1m1.5m2m2.5m3m3.5m4m4.5m5m5.5m6m设计3333333333331区5.65.35.14.84.64.03.93.83.83.73.73.62区5.55.45.24.84.74.23.93.73.83.73.63.65区5.45.25.04.84.64.03.93.73.73.73.73.56区5.55.25.14.94.74.13.83.