真空预压法在市政工程软土地基处理中的应用

【摘要】真空预压法是软土地基处理方法之一，与堆载预压法相比，它可以在总应力不变的情况下，利用气压差，将水排除，同时不会增加剪应力，不会对土体造成破坏。本文探讨了真空预压法原理和影响因素，分析了真空预压法的施工工艺以及注意事项。

【关键词】真空 预压法 地基 处理

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

真空排水预压法加固软土地基的基本原理最早由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授于1952年提出，其后瑞典、美国、日本等国家和我国的专家学者及工程技术人员相继采取现场及室内试验等一系列手段对其进行了探索和研究，该方法被广泛应用于港口、码头、工民建、机场、高速公路等工程建设中。与常规的堆载预压法相比，真空预压法具有施工设备简单、加荷速度快、无需堆载材料、加荷过程中不会出现地基失稳现象等优点，使得地基稳定性显著提高、工期明显缩短、工程造价降低。

二、真空预压法原理

1、基本概念

真空预压法一般用来加固软土地基，软土渗透系数较低，在不设置竖向排水体的情况下，加固效果差，设置砂井或塑料排水带等竖向排水系统，然后在地面铺设砂垫层横向排水层，再在顶部设置一层不透水的薄膜，使之与大气隔绝，通过设置砂垫层的吸水管，进行真空抽气，在薄膜的内外形成气压差，气压差等效为作用在地基上的荷载，软土层随着这种荷载的增加而固结沉降，在这期间，不会产生剪应力，地基不会发生破坏，对加固有利。

2、真空预压与堆载预压的区别

真空预压法和堆载预压法虽然都是通过降低孔隙水压力而使有效应力增加，但它们的加固机理不完全相同。

（1）堆载预压是通过荷载，增加总应力，使孔隙水压力减小而使有效应力增加；真空预压法的总应力不变，是通过内外气压差，从而达到加固效果的。

（2）堆载预压提高了土体强度，但土体的剪应力增大，土体会发生破坏；而真空预压不会增加剪应力。

（3）堆载预压使得土体发生向外的侧向位移；真空预压法使得土体的侧向位移向内。此外，堆载的加荷速率也是一个需要考虑的问题，以此看来，真空预压法对软弱土体的加固效果更好。

三、真空预压法的影响因素

1、场地条件的影响

真空预压法适用于加固渗透系数低的软土地基，如果地基土渗透系数高时，加固效果不明显。在相同土质下，加固面积越大，形状越接近正方形，预压效果越好。

2、地下水含量的影响

持续的抽气抽水，会造成地下水位下降，导致土层固结。采用真空井点法降低地下水位时，因为大气压的影响，其极限水位高度大约为10m，由于实际使用效率低，一般只能在6m 以内。

3、竖向排水体对加固效果的影响

竖向排水体在真空预压法加固软土地基中起到加快土体固结效果的作用，直接影响到负孔压渗流场的分布，因此，应控制好竖向排水体的间距、深度、材料类型、打设工艺等因素，确保加固效果。

四、真空预压法的施工工艺

主要工序为：场地平整、铺砂垫层一前期勘探、埋设监测仪器一打设竖向排水体一粘性土柔性密封墙施工一铺设水平滤管，安装真空泵一铺土工布、膜一开挖、回填密封沟一抽气管道和真空泵连接一抽真空、软基监测一抽真空稳定至设计天数一效果检测一卸除真空荷载。真空预压法处理软土地基的关键在于真空度的有效传递和稳定维持，所以在其施工过程中需特别注意以下几点。

1、竖向排水体施工工艺

真空度是通过打设在地基里面的竖向排水体向下及向土体中传递的，因此竖向排水体的施工工艺直接影响着真空预压施工的效果。常用竖向排水体的形式有：普通砂井、袋装砂井、塑料排水板。在本次工程中，采用了袋装砂井的形式。成孔方式采用振动沉管法，即将带活瓣?尖或套有混凝土端靴的套管沉到预定深度，然后在管内放入做好的袋装砂井，拔出套管便形成了砂井，要求拔管后带上砂袋的长度≤0．50 m。另一方面，灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较砂井孔长度长50 cm，使其放入井孔后能露出地面，以便埋入排水砂垫层中。袋装砂井施工时，所用钢管的内径宜略大于砂井直径，但不宜过大，以减小施工过程中对地基土的扰动。

2、水平排水体施工工艺

垫层材料应采用透水性好的砂料，通常采用级配良好的中粗砂，含泥量≤3％。施工中需注意：

（1）垫层平面尺寸和厚度符合设计要求，厚度误差为±h／l0(h为垫层设计厚度)，每100 ㎡挖坑检验，在本次施工中，因为在水平垫层上铺设了双层的土工布和塑料膜，所以垫层的厚度只有30 cm。

（2）与竖向排水通道连接好，不允许杂物堵塞或隔断连接处，在本次施工中，砂料都经过了一定的筛分。

（3）尽量不扰动天然地基。

（4）不得将泥土或其它杂物混入垫层，以免堵塞滤管。

（5）真空预压垫层，其面层4 cm厚度范围内不得有带棱角的硬物。

3、水平滤管的布设

水平滤管有主、支管之别，材料有钢管和PVC管2种，在本工程中选用了后者。滤水管的平面布置可以有多种形式，如条形、鱼刺形等。为保证真空负压快速而均匀地传至场地各个部位，可以根据场地大小和形状，因地制宜地进行滤水管排列设计并增设几道主管，这样即使个别泵停机检修，对真空度几乎无影响。

4、塑料土工布、膜的铺设

真空预压施工中所用的密封膜为密封性、韧性好抗老化性能和抗穿刺能力强的专用密封膜。其参考指标为：厚度>0．14 mm，抗拉强度≥100 N／5cm，延伸率≥250％(纵向)，渗透系数≤1．0 x 10—10cm／s。加工好的密封膜面积要大于加固场地面积，一般要求每边应大于加固区相应边4—5m。而土工布则要求采用大于300 g／㎡的无纺土工布。为了保证整个预压过程中的密封性，在本次施工过程中先铺了1层土工布，然后再在其上铺设2层密封膜，在每层铺好后都检查和粘补了破漏处，以保证最佳的密封性。而在加固区四周，土工布和密封膜分别留有2 m～3 m和4 m～5m的超宽余量。

五、施工注意事项

滤水管的布置与埋设：滤水管的平面布置一般采用条形或鱼刺形排列。遇到不规则场地时，应凼地制宜地进行滤水管排列设计，保证真空负压快速而均匀地传至场地各个部位。滤水管的排距一般为5～10m，最外层滤水管距场地边的距离为2～5m．滤水管之间的连接采用软连接，以适应场地沉降。滤水管埋设在水平排水砂垫层的中部，其上应有0．10～0．20m砂覆盖层，防止滤水管上尖利物体刺破密封膜。塑料膜经过熟合加工才能成为密封膜，热合时每幅翅料膜可以平搭接，也可以立缝搭接，搭接长度1．5～2．0cm为宜。热合时根据塑料膜的材质、厚度确定热合温度、月的压力和热合时间，使热合缝牢而不熔。加工好的密封膜面积要大于加固场地面积，一般要求每边应大于加固区相应边2～6m。为了保证整个预压过程中的密封性，塑料膜一般宜铺设2～3层，每层膜铺好后应检查和粘补破漏处。膜周边的密封可采用挖沟折铺膜，在地基土颗粒细密、含水量较大、地下水位浅的地区也可采用平铺膜。密封沟的截面尺寸应视具体情况而定，密封膜与密封沟内坡密封性好的秸土接触其长度a一般为1．3～1．5m，密封沟的密封长度b应大于0．8m，其深度d也应大于0．8m以保证周边密封膜上有足够的覆士厚度和压力。如果密封沟底或两侧有碎石或砂层等渗透性较好的夹层存在，应将该夹层挖除干净。回填40cm厚的软粘士。由于某种原因，密封膜和密封沟发生漏气现象时，施工中必须采用辅助密封措施。如膜上沟内同时覆水、封闭式板桩墙或封闭式板桩墙内覆水等。

结论

真空预压排水固结法适用于软粘土和淤泥质粉土地基中，可显著提高地基的固结速度，在较短时间内消除大部分固结沉降量和次固结沉降量，同时提高地基的承载能力。与其他地基处理方法相比，地基稳定性更好、更经济。

【参考文献】

[1] 潘为群 真空预压法在市政软基工程中的应用[期刊论文]-铁道标准设计 2004(03)

[2] 何强 浅谈市政道路软基处理真空预压工艺及质量控制[期刊论文]-中华民居 2011(11)