真空降水联合强夯处理在建筑地基施工中的应用

吴小鹏 申宗玄 魏 可 孙东旭 孙 鑫

建筑地基施工是保证建筑物结构安全和稳定的重要环节，而地基的承载力和稳定性是决定建筑物使用寿命和安全性的关键因素之一。在传统的地基处理方法中，常常会遇到一些困难和挑战，例如，软土层的加固、砂土层的加密等，因此能够寻找一种高效并且可靠的地基处理方法显得尤为重要。本文旨在研究真空降水联合强夯处理在建筑地基施工中的应用，探讨其对地基工程的改善和提升效果，以期为相关领域的进一步研究提供相关参考和借鉴。

1 真空降水技术和强夯处理技术的原理

1.1 真空降水技术的原理

真空降水技术的原理在于利用真空泵，将大气压力下的水转化成为水蒸气。当水暴露在低压环境中时，水分子之间的相互作用力减弱，从而使水的沸点降低。一方面通过调整真空泵的操作，可以控制水的沸点，使其在低温下即可转化为气态。另一方面可通过引导气流和控制气压，再将气态水蒸气集中并转化为液态。最后，通过冷凝器将液态水凝结成水滴，实现降水效果[1]。

1.2 强夯处理技术的原理

首先，强夯处理技术利用了土壤的物理性质，通过排除土壤中的空隙，增加土壤的密实度，进而提高地基的承载能力。夯击器在地基上自由落下，产生冲击力，使土壤颗粒重新排列，填补土壤中的空隙，形成更紧密的结构。通过夯击作用，土壤颗粒之间的摩擦力增加，土壤的内摩擦角度增大，从而提高了土壤的稳定性，减小地基发生滑动和失稳的可能性。其次，强夯处理技术利用了土壤的固结性质。在夯击过程中，冲击力将土壤颗粒压实，形成一个更加致密的土体结构。这种固结作用可以提高土壤的剪切强度，减小地基的沉降和变形。最后，强夯处理技术还可以改善地基土壤的排水性能。在夯击过程中，土壤颗粒之间的空隙被填补，导致土壤的孔隙度减小，这样可以加快水分在土壤中的渗透速度，提高土壤的排水能力，防止土壤液化和地基沉降的风险[2]。

2 真空降水联合强夯处理的机理和优势

真空降水联合强夯处理的机理是通过应用真空和强夯2 种方法的协同作用来改善土壤的力学性质。真空降水技术能够将土壤中的空气和水分抽出，形成一个低压环境，以获得更好的土壤固结效果。而强夯技术则通过施加高频率和高振幅的冲击力，使土壤颗粒重新排列和压实，从而提高土壤的密实度和承载力。2 种方法的结合作用可以加速土壤的固结过程，达到更好的改良效果。

真空降水联合强夯处理在土壤改良中具有诸多优势。首先，这种方法具有操作灵活性，可以根据不同的土壤类型和工程要求进行调整和优化。其次，真空降水联合强夯处理能够快速改良土壤的力学性质，提高土壤的承载能力和稳定性，使其适用于各类工程项目。再次，这种处理方法对环境的影响较小，减少了对土壤的破坏和污染。最后，真空降水联合强夯处理还能够降低土壤湿度，减少土壤中的水分含量，从而提高施工效率，降低施工成本[3]。

3 真空降水联合强夯处理在实际工程中的应用案例

3.1 工程概况

计划修建的道路将使用冲填土作为表层材料，以粉砂、细砂为主，掺有粉状粘性土，土壤质地疏松，分布不均。冲填土以下为粉砂质粘性土，呈流塑状。一般情况下，该地区的冲填层深度为2.2 ～3.8 m，部分地区的深度可达6 ～7 m。

因其形成时间不长，为欠固结土，故水分含量高，孔隙度大。由于土层自身的软弱性，在地震荷载的影响下，极易产生沉陷、液化等问题。因此必须采取相应的措施，保证施工过程的安全与稳定。本项目针对上下2 种类型的软土层进行联合处理，采用传统的基础处理方法难以取得理想的施工效果。经过各种方案的对比与分析，确定在地基处理中采用真空降水联合强夯处理进行加固。

3.2 设计要求

为了满足设计要求，场区地基需要符合以下条件:第1，加固的有效深度必须大于等于4 m；第2，当深度为0 ～2 m 时，承载力标准值应不小于130 kPa；当深度为2 ～4 m 时，承载力标准值应大于120 kPa；第3，地基的回弹模量E0不小于25 MPa。

3.3 地基处理方案

根据工程地质、工程经验及本工程具体情况，采用真空降水联合强夯法对场地地基进行加固处理，加固深度为4 ～6 m。回填土主要为粉性土，不能含有污染物质、有机质、金属以及放射性物质。各填料含水率均为最佳含水率的-4%～+2%。最佳含水率由压实试验决定，试验结果应交设计方认可。强夯点布置形式如图1 所示。

图1 强夯点布置形式（来源：网络）

地基处理流程如下：第1，测量地形，方格距离应不大于15 m×15 m。第2，设置排水沟，对场地明浜区域进行抽水以及回填。第3，清除场地表层20 cm 耕植土并平整场地，场地平均标高2.50 m，回填土后标高可至3.90 m。第4，设置井点进行降水，降至地面5 m 以下并连续降水7 d 后拔除场地内部井点，并采取低能量强夯法进行第1 遍强夯。第5，设置井点进行降水，降至地面5 m 以下并连续降水7 d 后拔除场地内部井点，并采取低能量强夯法进行第2 遍强夯。再次回填土，使标高达到5.30 m。第6，设置井点进行降水，水位降至地面5 m 以下并连续降水7 d 后，拔除场地内部井点，并采取低能量强夯法进行第3 遍强夯。第7，场地整平碾压至设计标高5.10 m。

3.4 地基处理室内试验与现场检测

项目拟通过现场采集表层及浅层土样品，结合平面加载实验对其进行研究。为检验该方法对饱和软土地基的有效性，在强夯施工前后，通过进行现场静力触探及标定渗透实验，得出以下结论：

第1，在浅表1 ～4 m 深度处，运用合理的沉降方法及夯击技术参数，对所填细砂和下卧软土层均有较好的加固作用，加固后的土体力学性能均有较大提高，满足或者超出了设计指标。第2，在地表以下1 m 处，强夯法对吹填沙层的强化作用并不十分明显，有些地方出现了振动现象，因此在强夯后还需对表面砂层进行适当的压实[4]。强夯前后标贯试验结果对比表，如表1 所示。地基处理前后各土层物理力学参数对照，如表2 所示。

表1 强夯前后标贯试验结果对比表

表2 地基处理前后各土层物理力学参数对照

经过地基处理，土壤的各种指数均得到较大的提高，尤其是表层土壤重度增加的情况更为明显。可见，在该项目中采用真空降水联合强夯处理方法可以获得较好的加固效果[5]。该方法在前2 个土层中应用较为有效，最下面1 层的物理力学参数指标改善效果并不明显[6]。

4 真空降水联合强夯处理技术在建筑地基施工中的局限性及改进措施

真空降水联合强夯处理技术在建筑地基施工中的应用存在一定的局限性，主要体现在以下几个方面：

1）对地质条件的要求。虽然该技术适用于处理饱和的软土地基，但是在渗透性较差或地下水位过低的土壤条件下，真空降水的效果可能会受到影响[7]。

2）对施工条件的限制。强夯法在施工时会产生较大的噪声和振动，因此，在人口密集或者对噪声限制较严格的地区使用该技术时可能会受到限制[8]。

3）成本相对较高。相较于一些传统的地基处理方法，真空降水联合强夯处理技术的施工成本较高。

4）施工周期可能较长。该技术需要分阶段进行，如先进行真空降水，再进行强夯处理等，因此可能会延长整体的施工周期[9-10]。

5）对土体加固的效果可能受到限制。虽然该技术可以有效提高地基承载力，降低土壤含水量，但其对土体加固的效果可能会受到土质、地下水条件等多种因素的影响[11]。

在具体应用中，需要根据工程实际情况和设计要求考虑该技术的适用性和局限性，并采取以下措施进行改进和优化：

1）增强地质适应性。项目在施工前应进行详细的地质勘察，了解地质条件，比如，土壤类型、地下水位等，以确保该技术适用于当前的地质条件。对于非饱和土或地下水位过低的土壤，可以考虑采用其他地基处理方法[12-13]。

2）优化施工设备和工艺。为降低施工噪声和振动，可以选用低噪声、低振动的施工设备，如液压锤等，同时，优化施工工艺，如采用静压式强夯等。

3）降低成本。可以通过优化设计和施工方案，减少不必要的浪费和开支，同时考虑采用国产的设备和材料，以降低成本[14]。

4）缩短施工周期。可以优化施工流程和设备调度，提高施工效率，并考虑采用一些快速检测方法，如声波检测等，以加快施工进度。

5）提高加固效果。可以结合具体工程需要进行适当调整，如增加强夯次数、优化夯击能量等，以提高加固效果。

5 结语

本文主要研究了真空降水联合强夯处理技术在建筑地基施工中的应用。通过本文研究可知，真空降水联合强夯处理技术在建筑地基施工中具有广泛的应用前景，对于提高地基承载力、降低土壤含水量、增强施工效率等方面具有明显优势。但是，真空降水联合强夯处理技术的施工效果受地质条件、施工设备和工艺等多种因素的影响，因此在应用中需要结合具体情况进行适当调整和优化。