摘要：在现代经济的快速发展下，城市建筑、野外路桥建设工程发展较为迅速，而在软土地质条件下进行的深基坑施工常由于软土含水量较大产生的地基土固结不实导致的地基失稳的状况，特别对于一些高层建筑和地下建设设施，其施工中的深基坑在较大水分存在的条件下常会造成基础施工的质量安全问题。真空降水是应对软土地质基础施工质量较差的施工技术，在当前的深基坑软土地层的施工中发挥了良好的效果。
关键词：深基坑；软土地；真空降水施工；质量安全
现代经济的快速发展，加之我国农耕地的紧张使得我国城市膨胀发展越来越从以往的横向扩张发展转而向纵向发展，因此城市建筑建设逐渐向高层转变，而与此同时，为了完善城市功能，以地铁、停车场、地下商场等为代表的地下建筑也逐渐增多，这都给具体的城市建筑基础施工作业提出了更高的要求，也给现有的施工技术带来了巨大的挑战。特别在软土地层进行的深基坑地基施工，在软土含水量较大的前提下进行的施工会受到土层中水分的影响导致地基土固结不实而引起工程质量问题。
一、深基坑软土地施工的难点
软土是以灰色为主要外观、天然孔隙比大于或等于1，含水量大于液限的细粒土。其土层一般层状分布，且分布较复杂，由于软土土粒较细且孔隙比较大，导致其天然含水量较高、压缩性较高、灵敏度高，但抗剪应力能力差、固结系数小、固结时间长、扰动性大、透水性较差，因此在该工程地质条件下进行的大型建构筑物施工，由于受到地质条件影响，使得其建构筑物在高等级地震或地壳运动及在长时间的气候侵蚀下很容易造成结构受力稳定性变差，出现地基塌陷、承重墙体倾斜的现象，极为不利于建构筑物的日常使用，极大地缩短了建构筑物的使用寿命。特别对于高层建筑和地下建筑，在大型建构筑物的压力下，其地基失稳的状况会得到进一步的放大，极为不利于建构筑物的整体受力平衡，极大地影响了建构筑物的实际使用寿命。因此，在对深基坑软土地基进行施工作业过程中，需要特别注意对软土地层中的水分处理，以达到土层的固化程度，保证地基的力学稳定性。
二、真空降水施工技术
真空降水施工技术是针对软土地层含水量较大影响建筑地基施工质量的施工工艺，它在最早于1952年在美国麻省理工大学召开的加固土会议上由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授提出，于上世纪六十年代引进我国，目前在我国各地软土基础施工中多有应用，且改进后的真空降水施工技术与预压法、深层搅拌法、换填法、强夯法等联合使用，进一步提高了软土地层基础施工的质量可靠性。
真空降水技术是利用真空泵抽取形成的地下土层真空度以及降水后形成的土层水力梯度共同作用下导致的孔隙水，由排水通道流向地表排水层的深层软土固化施工技术。土体固结沉降形成密实的土层，达到软土固化的目的，从而提高其结构力学稳定性，提高地基基础施工的工程质量。
在我国各地进行的软土施工过程中，发现真空降水技术无法完全达到软土水分的抽取以及土层的固化等基础施工要求，因此常跟其他施工工艺联合使用，在长期的研究与探索中，发展出了真空降水预压法等施工工艺。目前野外路桥施工以及城市非大型建筑施工对软土层处理时使用的塑料排水板预压法就是典型的真空降水预压法。
塑料排水板预压法是软土地基深层处理的一种施工技术，主要技术要点是在软土地基中采用垂直设置塑料排水板以形成一个或多个排水柱体，由此增大工程地质土层的透水性，缩短地基空隙水的排出距离，加速预压过程中软土地基的固结过程，从而使得地基固结程度增高，建构筑物地基沉降量降低。该法广泛用于软土地质条件下的公路施工、非大型建构筑物建设施工中。尤其在高速公路软土地基施工中应用最为广泛。如图1所示为塑料排水板施工示意图。
图1 塑料排水板施工示意图
塑料排水板预压法的主要施工流程为：
a.施工作业面准备，清除表层土、淤泥、杂物等；部分地区进行的施工作业队表层淤泥土的清理较不注意，施工方面认为真空降水预压法可以将淤泥水分同样抽取出来，实现自深层到表层的长距离沉降和固化，这种考虑在理论上是可以的，但在实际操作中会由于真空度的过高导致真空泵的功耗过高，而且在表层淤泥等杂物的影响下，土层中压差降低，使得深层软土水分抽取相对效果较差；
b.铺设砂砾垫层，一般敷设约50CM厚的砂砾垫层，且敷设的砂砾透水性较好，能够及时将塑料排水板排出的水渗透出来，从而达到地基及时排水的目的；
c.稳压；
d.安设塑料排水板；
e.砂砾垫层整平、稳压；
f.地基填筑；
g.预压。
这种软土地基施工工艺主要利用不积水材料构建排水通道，从而提高工程土层的透水性，保证地基结构受力稳定性。在高速公路等建设项目中应用较为广泛，但由于塑料板的抗压能力较差，在大型高层建筑软土地基施工时该法具有一定的局限性。
具体应用到软土地基施工时，塑料排水板预压法在工程施工中存在着一定量的水平位移，这使得土层地基施工时会在水平位移的作用下造成沉降固结后的土层与实际施工需求存在一定的偏差，而且其施工作业会对具有结构性的正常固结土体产生很大的扰动，引起土体强度的降低，这就使得在使用该施工工艺之前需要对土层的影响作出预先性分析与计算，并编制科学充分的施工控制主要要点技术方案。
三、真空降水施工过程控制要点
（一）降水量的涌出计算
考量到不同软土地质条件的基础施工，其采用真空降水施工技术进行的降水作业由于土层中含水量的不同，其所需要的降水井的数量与规格也各不相同，因此在进行施工作业的方案设计时需要对降水量的涌出进行条件计算。具体计算过程中需要考量的参数有施工勘察期与降水施工前分别进行一次自然水位的测量，并在降水施工时对降水井内的自然水位进行测量；根据软土层的含湿量以及实际工程施工涉及的土方量进行水量的计算。以此作为降水井设计与降水预埋管的埋设基础依据。
（二）预埋降水管
预埋降水管作业是真空降水施工作业的关键前提，降水管预埋位置是通过对深基坑设计以及实际工程受力载荷计算根据软土地层性质计算而来的。但对于软土地层，特别是细沙、超细粉土层，容易在钻孔过程中，地下水重力和水压的共同作用下使得套管内涌水量较大且大量的泥沙夹带使得预埋降水管无法插入，即便插入后，在细沙填充的作用下，预埋降水管随套管一起被拔出，从而产生无法埋设预埋管的施工问题。因此，在进行预埋管的安设时，需要设计预埋管与套管同进措施。同时为了避免套管与预埋降水管同时被拔出的状况可以选择在钻头前端安装跟管止沙装置，从而实现钻头牵引预埋降水管钻进，钻具不被泥沙填堵，钻孔用水钻头流出口不被堵塞等目的。
在预埋降水管就位之后，为了避免拔出钻具时外钻具的旋转导致的预埋件随动，使得其与地下岩层磨损加剧出现破损等状况，可以预先在球式回弹逆止密封推顶器前端安装防旋转装置，保证推进以及拔出过程中预埋降水管的旋转与岩层的摩擦。
（三）降水作业的监测
在降水作业时，需要对真空泵的压力以及功耗强度进行实时的监测，同时应该定期检测降水井内水位的位置，在达到设计降水深度后，需要对其进行持续的观测，在水位稳定且出水量大幅减少的状况下可以认为降水基本完毕，需要对其进行后续持续几天的监测和降水作业。
（四）降水作业中的节能
由于降水作业需要真空泵持续的提供足够的真空度以在地层形成巨大的压差，因此其功耗相对较高，而对于真空泵而言，过高的能耗以及负载极为不利于真空泵的稳定运行，因此可以采用改进后的射流真空泵来进行替代，以提高真空效率降低功耗。
（五）降水作业监测点设置
对降水作业过程中的土层进行监测是整个降水作业能否满足实际施工需求的重要技术措施。具体需要观测的项目主要有以下几个方面。
a.表层沉降观测
在降水作业中形成的由于水位下降、土层固化沉降而产生的地面土层沉降是降水作业实现功能的重要表征，而对于出水量较大但表层沉降量相对较小的施工状况，需要对其进行异常状况的分析与检测，以防止降水作业的能耗浪费以及施工质量问题。而且在表层沉降监测中，也要注意是否会产生大量的土层塌陷，并对实际出现的塌陷是否由于土层固结沉降而作出分析和判断。
b.孔隙水压力
施工过程中随着降水作业的进行孔隙水压力会出现明显的变化，特别对比降水作业开始时与结束前，因此孔隙水压力可以作为降水作业是否满足实际施工需要的一个重要标志，而对于孔隙水压力的不规则变化如异常波动应该进行及时的分析与判断，以避免真空设备的负荷。
c.钻土取样土工试验
对于降水作业来讲，其施工质量的好坏的直接表现就是软土土层沉降固化强度，而对作业场土层进行随机的钻土取样试验，重点检测土层的结构强度与含水量，从而对降水作业效果进行直观评价。
四、真空降水施工技术的未来发展趋势
真空降水作业虽然能够极大地降低软土土层中的含水量、提高土层固化程度从而增加土层的强度，提高其受力稳定性，但在实际施工中却常出现功耗过高、施工复杂、降水作业周期过长、受自然因素影响等不良状况，极大地降低了真空降水施工作业的效率以及施工方的效益，因此在未来的深基坑软土地层施工过程中，单一的真空降水施工技术是不足以满足实际施工需求的，这就需要在施工的过程中联合其他软土地层施工处理工艺如换填法、强夯法等降低施工成本，同时提高施工效率。而研究并使用高真空降水技术也是未来软土土层施工的一个发展方向，但该工艺的发展更多的需要相应地机械设备的发展作为基础。
结语
真空降水施工技术应用于深基坑软土地施工方面在降低土层含水量、提高地层固化强度、保证地基施工受力稳定性方面具有着良好的应用效果，目前在我国各地进行的软土施工处理作业中已经得到了广泛的应用并根据实际工程施工需要研究并发展了诸多的施工工艺，但其应用到具体施工作业中产生的诸如能耗过高、作业周期较长且施工复杂等问题依然需要进行大量的研究与实践来进行解决。
参考文献：
[1] 陶利.超强真空降水施工技术[J].上海建设科技，2012（02）.
[2] 魏文义.超细粉细沙饱和水地层真空降水成孔施工工艺[J].门窗，2012（08）.
[3] 李永红.低能强夯与真空降水联合法机理探讨及在深圳的应用研究[D].中南大学，2010.
论文作者:李保国1,秦庆旺2
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2016/11/1
标签：土层论文; 作业论文; 真空论文; 地基论文; 土地论文; 预压论文; 含水量论文; 《基层建设》2015年11期论文;