浅谈真空预压法在软基加固中的运用

摘要 真空预压法是在地基表面铺设密封膜，通过特制的空气抽取设备将空气排出，制造真空环境，使密封膜下砂垫层内和土体中垂直排水通道内形成负压，提高孔隙水的排出速度，加快土体的固结速度，增强土体强度。通过对真空预压法施工现场表面沉降、分层沉降、水平位移、土体性质参数在加固前后的变化的观测和研究，得出真空预压法加固软基土体不会产生失稳，施工机具和设备简单，便于操作，工期短，费用低等特点。

关键词 真空预压；加固机理；现场检测

中图分类号U416.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0157-02

0 引言

我国沿海地区分布着大量海相和湖相沉积的软土地层，这种软土地层含水量高、孔隙比大、渗透性差、强度及承载力低，且具有明显的流变性。在这种软弱地基上修建工程，常常会出现基础或路堤沉降过大，难以稳定。为此，必须要对天然地基进行加固处理。目前多采用技术上较为成熟、费用较为节省的排水固结法。真空预压是排水固结法的一种，具体的操作方法是在地基表面铺设密封膜，并通过特制的真空设备抽取空气形成真空，使砂垫层内和土体中垂直排水通道内形成负压，加快孔隙水的排出速度，加速土体固结，并提高土体强度。

真空预压法最早是瑞典的杰尔曼（W.Kjellman）教授于1952年提出，但直至1980年，交通部第一航务工程局科研所在天津新港开展现场试验研究，1982年在天津新港软基加固工程中成功应用，解决了实用密封薄膜、抽真空装置及关键施工工艺，使该法由理论转为实践。目前，真空预压法已在港口工程、石油、化工、建筑、公用事业和机场等工程中得到广泛应用，并取得了良好的社会效益和经济效益。

1 真空预压法加固机理

真空预压法的过程是利用抽水真空泵在砂垫层中形成一定的真空度，通过竖向排水体逐渐向下传递，使整个加固内的孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力，使得地基土体产生排水固结，以达到最终加固地基的目的。根据太沙基有效应力原理有:σ=σ'+u

两边微分并移项得:dσ'=dσ-u

即：dσ'=-du

式中，σ是总应力，σ'是有效应力，u是孔隙水压力。

对于真空预压，土体的总应力不变。在真空预压过程中，由于真空预压是一种球应力，三个方向的应力增量均相等，也就是说土体的有效主应力同步增大-du。同时，随着土体有效应力的增大，土体发生排水固结，最大剪应力与莫尔强度包络线对应点的距离增大，即逐渐远离破坏线，土体越来越安全。所以真空预压加固过程中不会出现地基失稳的现象也不会发生剪切破坏。

2 工程实例

某工程位于上海市浦东新区，具体的地质条件是一层1.5m的填土，一层1.5m厚的粉质粘土，一层6m厚的淤泥质粘土，第四层是8.5厚的淤泥质粘土，第五层为约8.0m厚的粘土，第六层是4.0m厚的粉质粘土，其下是未钻穿的粉砂层，加固场地为90m90m的正方形。

3 施工概况

施工程序：场地地表水疏干场地平整铺设一层土工布铺设下层风化砂垫层铺设下层排水砂垫层粘土帷幕、打设塑料排水板埋设真空分布管铺设上层排水砂垫层铺设一层土工布铺设密封膜真空泵安装连接抽真空预压固结土层。

加固场地的塑料排水板按照三角形排列、间距1.6m，打入深度为20m。砂垫层的厚度均为0.5m，砂垫层填筑之后立刻插塑料排水板，之后迅速进行真空预压施工。该工程从2008年12月18日开始抽真空，至2009年3月28日卸除真空荷载，真空稳定在85kPa左右之后。

4 现场监测及成果分析

我们在检验真空预压法加固软基的效果时，往往根据地基是否稳定来判断，在加固区内埋设大量现场设备，包括表面沉降板、分层沉降、真空度加固区外的测斜监测等，根据监测地基不同深度土体的侧向变形情况来研究真空预压加固机理。

4.1 表面沉降

通过实验，我们可以根据结果绘出沉降曲线，曲线显示卸载前中部最大沉降一般在9m以内，边缘沉降在7.5m左右；卸载后中部沉降为8.3m，边缘沉降在7m左右，随着时间的推移，沉降速度减缓，这充分说明了土体主固结变化速率是一个渐变收敛的过程。

4.2 分层沉降

实验显示，真空预压区18m~30m得土层压缩量小，12m以内的土层压缩量大，沉降明星，12m~18m得深度会出现前期沉降，后期土质趋于稳定，沉降也不太明显，随着制造真空的过程的深入，不会出现大规模沉降现象。

4.3 水平位移

真空预压区测斜管水平位移在开始抽真空后，测斜管有向加固区内的水平收缩变形。17m以上的土层会随着抽真空的过程进行发生明显的水平位移，而17m以下的土层，土质稳定，不会出现明显的水平位移。

5 结论

1）真空预压法的主要加固机理是改变地基的孔压边界条件，针对本研究的实际工程，表明真空预压的直接作用范围可到地表以下18m；

2）加固过程中土体除产生竖向压缩外，还伴随侧向收缩，不会造成侧向挤出，特别适于超软土地基加固；

3）真空预压使土体产生等向固结应力，而不会产生剪应力，因此真空荷载可以一次性施加，土体不会产生失稳；

4）施工设备简单，易于购买，不易损坏，维修费用低廉，而且操作方便，便于施工的进行，可以得到大规模的推广；

5）施工过程中不会产生噪音，不造成环境污染，而且不需要大批量的堆载材料，可以避免大规模车辆的进进出出，减少运输压力，避免运输对施工的干扰。

参考文献

[1]兰常光，江涛.南纸生活区软基大填方施工技术[J].广西土木建筑，1994(4).

[2]黄俊民，王先云.应用深层搅拌法加固渠道软基[J].江西水利科技，1993(3).

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