深基坑軟土地層真空降水施工技術

摘要：在現代經濟的快速發展下，城市建筑、野外路橋建設工程發展較為迅速，而在軟土地質條件下進行的深基坑施工常由于軟土含水量較大產生的地基土固結不實導致的地基失穩的狀況，特別對于一些高層建筑和地下建設設施，其施工中的深基坑在較大水分存在的條件下常會造成基礎施工的質量安全問題。真空降水是應對軟土地質基礎施工質量較差的施工技術，在當前的深基坑軟土地層的施工中發揮了良好的效果。

關鍵詞：深基坑；軟土地；真空降水施工；質量安全

現代經濟的快速發展，加之我國農耕地的緊張使得我國城市膨脹發展越來越從以往的橫向擴張發展轉而向縱向發展，因此城市建筑建設逐漸向高層轉變，而與此同時，為了完善城市功能，以地鐵、停車場、地下商場等為代表的地下建筑也逐漸增多，這都給具體的城市建筑基礎施工作業提出了更高的要求，也給現有的施工技術帶來了巨大的挑戰。特別在軟土地層進行的深基坑地基施工，在軟土含水量較大的前提下進行的施工會受到土層中水分的影響導致地基土固結不實而引起工程質量問題。

一、深基坑軟土地施工的難點

軟土是以灰色為主要外觀、天然孔隙比大于或等于1，含水量大于液限的細粒土。其土層一般層狀分布，且分布較復雜，由于軟土土粒較細且孔隙比較大，導致其天然含水量較高、壓縮性較高、靈敏度高，但抗剪應力能力差、固結系數小、固結時間長、擾動性大、透水性較差，因此在該工程地質條件下進行的大型建構筑物施工，由于受到地質條件影響，使得其建構筑物在高等級地震或地殼運動及在長時間的氣候侵蝕下很容易造成結構受力穩定性變差，出現地基塌陷、承重墻體傾斜的現象，極為不利于建構筑物的日常使用，極大地縮短了建構筑物的使用壽命。特別對于高層建筑和地下建筑，在大型建構筑物的壓力下，其地基失穩的狀況會得到進一步的放大，極為不利于建構筑物的整體受力平衡，極大地影響了建構筑物的實際使用壽命。因此，在對深基坑軟土地基進行施工作業過程中，需要特別注意對軟土地層中的水分處理，以達到土層的固化程度，保證地基的力學穩定性。

二、真空降水施工技術

真空降水施工技術是針對軟土地層含水量較大影響建筑地基施工質量的施工工藝，它在最早于1952年在美國麻省理工大學召開的加固土會議上由瑞典皇家地質學院杰爾曼教授提出，于上世紀六十年代引進我國，目前在我國各地軟土基礎施工中多有應用，且改進后的真空降水施工技術與預壓法、深層攪拌法、換填法、強夯法等聯合使用，進一步提高了軟土地層基礎施工的質量可靠性。

真空降水技術是利用真空泵抽取形成的地下土層真空度以及降水后形成的土層水力梯度共同作用下導致的孔隙水，由排水通道流向地表排水層的深層軟土固化施工技術。土體固結沉降形成密實的土層，達到軟土固化的目的，從而提高其結構力學穩定性，提高地基基礎施工的工程質量。

在我國各地進行的軟土施工過程中，發現真空降水技術無法完全達到軟土水分的抽取以及土層的固化等基礎施工要求，因此常跟其他施工工藝聯合使用，在長期的研究與探索中，發展出了真空降水預壓法等施工工藝。目前野外路橋施工以及城市非大型建筑施工對軟土層處理時使用的塑料排水板預壓法就是典型的真空降水預壓法。

塑料排水板預壓法是軟土地基深層處理的一種施工技術，主要技術要點是在軟土地基中采用垂直設置塑料排水板以形成一個或多個排水柱體，由此增大工程地質土層的透水性，縮短地基空隙水的排出距離，加速預壓過程中軟土地基的固結過程，從而使得地基固結程度增高，建構筑物地基沉降量降低。該法廣泛用于軟土地質條件下的公路施工、非大型建構筑物建設施工中。尤其在高速公路軟土地基施工中應用最為廣泛。如圖1所示為塑料排水板施工示意圖。

圖1 塑料排水板施工示意圖

塑料排水板預壓法的主要施工流程為：

a.施工作業面準備，清除表層土、淤泥、雜物等；部分地區進行的施工作業隊表層淤泥土的清理較不注意，施工方面認為真空降水預壓法可以將淤泥水分同樣抽取出來，實現自深層到表層的長距離沉降和固化，這種考慮在理論上是可以的，但在實際操作中會由于真空度的過高導致真空泵的功耗過高，而且在表層淤泥等雜物的影響下，土層中壓差降低，使得深層軟土水分抽取相對效果較差；

b.鋪設砂礫墊層，一般敷設約50CM厚的砂礫墊層，且敷設的砂礫透水性較好，能夠及時將塑料排水板排出的水滲透出來，從而達到地基及時排水的目的；

c.穩壓；

d.安設塑料排水板；

e.砂礫墊層整平、穩壓；

f.地基填筑；

g.預壓。

這種軟土地基施工工藝主要利用不積水材料構建排水通道，從而提高工程土層的透水性，保證地基結構受力穩定性。在高速公路等建設項目中應用較為廣泛，但由于塑料板的抗壓能力較差，在大型高層建筑軟土地基施工時該法具有一定的局限性。

具體應用到軟土地基施工時，塑料排水板預壓法在工程施工中存在著一定量的水平位移，這使得土層地基施工時會在水平位移的作用下造成沉降固結后的土層與實際施工需求存在一定的偏差，而且其施工作業會對具有結構性的正常固結土體產生很大的擾動，引起土體強度的降低，這就使得在使用該施工工藝之前需要對土層的影響作出預先性分析與計算，并編制科學充分的施工控制主要要點技術方案。

三、真空降水施工過程控制要點

（一）降水量的涌出計算

考量到不同軟土地質條件的基礎施工，其采用真空降水施工技術進行的降水作業由于土層中含水量的不同，其所需要的降水井的數量與規格也各不相同，因此在進行施工作業的方案設計時需要對降水量的涌出進行條件計算。具體計算過程中需要考量的參數有施工勘察期與降水施工前分別進行一次自然水位的測量，并在降水施工時對降水井內的自然水位進行測量；根據軟土層的含濕量以及實際工程施工涉及的土方量進行水量的計算。以此作為降水井設計與降水預埋管的埋設基礎依據。

（二）預埋降水管

預埋降水管作業是真空降水施工作業的關鍵前提，降水管預埋位置是通過對深基坑設計以及實際工程受力載荷計算根據軟土地層性質計算而來的。但對于軟土地層，特別是細沙、超細粉土層，容易在鉆孔過程中，地下水重力和水壓的共同作用下使得套管內涌水量較大且大量的泥沙夾帶使得預埋降水管無法插入，即便插入后，在細沙填充的作用下，預埋降水管隨套管一起被拔出，從而產生無法埋設預埋管的施工問題。因此，在進行預埋管的安設時，需要設計預埋管與套管同進措施。同時為了避免套管與預埋降水管同時被拔出的狀況可以選擇在鉆頭前端安裝跟管止沙裝置，從而實現鉆頭牽引預埋降水管鉆進，鉆具不被泥沙填堵，鉆孔用水鉆頭流出口不被堵塞等目的。

在預埋降水管就位之后，為了避免拔出鉆具時外鉆具的旋轉導致的預埋件隨動，使得其與地下巖層磨損加劇出現破損等狀況，可以預先在球式回彈逆止密封推頂器前端安裝防旋轉裝置，保證推進以及拔出過程中預埋降水管的旋轉與巖層的摩擦。

（三）降水作業的監測

在降水作業時，需要對真空泵的壓力以及功耗強度進行實時的監測，同時應該定期檢測降水井內水位的位置，在達到設計降水深度后，需要對其進行持續的觀測，在水位穩定且出水量大幅減少的狀況下可以認為降水基本完畢，需要對其進行后續持續幾天的監測和降水作業。

（四）降水作業中的節能

由于降水作業需要真空泵持續的提供足夠的真空度以在地層形成巨大的壓差，因此其功耗相對較高，而對于真空泵而言，過高的能耗以及負載極為不利于真空泵的穩定運行，因此可以采用改進后的射流真空泵來進行替代，以提高真空效率降低功耗。

（五）降水作業監測點設置

對降水作業過程中的土層進行監測是整個降水作業能否滿足實際施工需求的重要技術措施。具體需要觀測的項目主要有以下幾個方面。

a.表層沉降觀測

在降水作業中形成的由于水位下降、土層固化沉降而產生的地面土層沉降是降水作業實現功能的重要表征，而對于出水量較大但表層沉降量相對較小的施工狀況，需要對其進行異常狀況的分析與檢測，以防止降水作業的能耗浪費以及施工質量問題。而且在表層沉降監測中，也要注意是否會產生大量的土層塌陷，并對實際出現的塌陷是否由于土層固結沉降而作出分析和判斷。

b.孔隙水壓力

施工過程中隨著降水作業的進行孔隙水壓力會出現明顯的變化，特別對比降水作業開始時與結束前，因此孔隙水壓力可以作為降水作業是否滿足實際施工需要的一個重要標志，而對于孔隙水壓力的不規則變化如異常波動應該進行及時的分析與判斷，以避免真空設備的負荷。

c.鉆土取樣土工試驗

對于降水作業來講，其施工質量的好壞的直接表現就是軟土土層沉降固化強度，而對作業場土層進行隨機的鉆土取樣試驗，重點檢測土層的結構強度與含水量，從而對降水作業效果進行直觀評價。

四、真空降水施工技術的未來發展趨勢

真空降水作業雖然能夠極大地降低軟土土層中的含水量、提高土層固化程度從而增加土層的強度，提高其受力穩定性，但在實際施工中卻常出現功耗過高、施工復雜、降水作業周期過長、受自然因素影響等不良狀況，極大地降低了真空降水施工作業的效率以及施工方的效益，因此在未來的深基坑軟土地層施工過程中，單一的真空降水施工技術是不足以滿足實際施工需求的，這就需要在施工的過程中聯合其他軟土地層施工處理工藝如換填法、強夯法等降低施工成本，同時提高施工效率。而研究并使用高真空降水技術也是未來軟土土層施工的一個發展方向，但該工藝的發展更多的需要相應地機械設備的發展作為基礎。

結語

真空降水施工技術應用于深基坑軟土地施工方面在降低土層含水量、提高地層固化強度、保證地基施工受力穩定性方面具有著良好的應用效果，目前在我國各地進行的軟土施工處理作業中已經得到了廣泛的應用并根據實際工程施工需要研究并發展了諸多的施工工藝，但其應用到具體施工作業中產生的諸如能耗過高、作業周期較長且施工復雜等問題依然需要進行大量的研究與實踐來進行解決。

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