某公路软土地基真空预压环境效应试验研究

摘要:真空预压极有可能引发相邻建（构）筑物倾斜、开裂、地下管线变形等环境效应。结合某市某公路工程真空预压处理软土地基实例，针对其在道路两侧真空预压影响区产生的沉降和侧向位移等环境效应问题，通过现场试验研究影响区土体的沉降和侧向位移变形规律。结果表明:某公路工程使用真空预压法处理软基时，应采取防护措施，会对周围产生较大影响。最大沉降发生在加固边界处，随着与加固边界距离的增加沉降衰减较快;侧向位移随着真空预压加固边界距离的增大和土层埋深的增加，呈现逐渐减小的趋势;抽真空前期以上部土体变形为主，后期以深部土体变形为主。

关键词:真空预压;现场试验;环境;沉降;位移

引言

真空预压是一种有效的处理软土地基的方法，已成为排水固结法中的重要组成，其适用范围日益扩大，被广泛应用于高速公路和工民建等工程建设中。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等优点，一般可使地基稳定性显著提高、工期缩短、造价降低。虽然真空预压法加固软土地基具有较大的优势，但在抽真空过程中土体向着负压源内收缩产生变形，若变形过大则导致附近房屋开裂、管道断裂和路堤坍垮等严重事故。真空预压在抽真空过程中产生的环境效应主要表现在:①加固区外真空预压影响区土体向加固区内产生水平收缩的侧向位移;②真空预压引起加固区外土体水位下降，而降水预压将引起不均匀沉降。这些环境效应对周边环境和真空预压的影响是相互的，它既影响真空预压的加固效果，又干扰加固区外附近的建筑物、管道等的正常使用。

目前，对真空预压的机理研究较多，对真空预压的环境效应研究较少，对如何减小这种影响的措施也较少进行深入研究。本文结合某市某高速公路真空预压试验段项目研究真空预压的环境效应。

1工程概况

某市某公路拟建为城市次干道，所处地域为某冲积平原，路基中均有数米厚的软土层，具有含水量高、压缩性大、强度低等特点。该项目以某段作为真空预压试验段，试验段长260m，路基宽120m，相关技术要求为:

(1)塑料排水板打设标准。间距1.2m,梅花形布置，深度12.0~18.5m;

(2)真空预压荷载。膜下真空度稳定在85kPa，最大达到92 kPa。.

(3)卸载标准。连续5昼夜实测地面沉降小于0.7cm/d，地基固结度达到设计要求的80%时即可终止抽真空。

2工程试验方案

2.1真空预压环境效应监测方案

为了对真空预压法处理软土地基的加固效果进行研究，以便为今后施工做指导，根据试验段现场情况，在真空预压加固影响区内埋设3块沉降板，试验段的监测项目包括：表面沉降、侧向位移等。监测断面布置见图1。

2.2荷载施加过程

从图2中可以看出，抽真空12 d后，膜下真空度就已经达到了设计值85 kPa，再往后，真空度基本上都维持在85―88 kPa之间，因而可以看出真空压力保持比较稳定。

3环境效应现场监测数据分析

3.1沉降结果分析

地表沉降直观地反映了真空预压对周边场地的影响程度，各点的表面沉降随抽真空时间变化曲线如图3所示。在同一时间段内，距离加固边界越近表面沉降越大，离加固边界越远表面沉降越小，随着与

加固边界距离的增加表面沉降衰减较快，其中最大沉降量为115.3cm(沉降板2)。真空预压加固影响区土体沉降主要有两个原因:一是在抽真空过程中，土体向加固区内移动，对加固区外侧土体产生拉力作用，使外侧土体产生侧向膨胀，竖向压缩; 二是抽真空降低了加固区外的水位，导致土体自重应力的增加，从而使土体产生竖向沉降。由表2可知，在抽真空初期表面沉降发展较快，抽了一段时间后，加固影响区内的土体强度和变形模量增大，沉降速率和沉降量均有所减小。各断面沉降量由于软土层厚度不同有较大差别，但所反应的沉降规律基本一致。

根据观测资料进行分析，说明真空预压加固方法对加速土体沉降的效果十分显著；沉降速率方面，最大值为9 cm／d，发生在抽真空初期；经过一段时间之后沉降速率减小到0.2～0.7cm／d，说明土体沉降基本稳定。从图上可以看出，在抽真空初期曲线较陡，而最后趋于平缓。即沉降速率较大，随时间的延长，沉降速率逐渐变小，说明土体主固结变化速率是一个渐变收敛的过程，到l0月份为止，各条曲线趋近于水平，说明沉降趋于稳定。

真空预压环境效应中加固影响区产生的最大沉降发生在真空预压边界处。影响区产生的沉降也与抽真空时的真空度大小、软土层厚度、影响区土体的渗透系数及密封沟密封效果等有关:真空度越高，软土层厚度越大，土体的渗透系数越大，密封沟的密封效果越好，真空预压影响区内产生的沉降量越大。当土层分布中存在夹砂层时，真

空预压影响区的沉降影响范围较广，沉降量也较大。

3.2侧向位移结果分析

(1)除地表沉降外，真空预压所导致的加固场地两侧的加固影响区内的侧向位移，也直观地反应了真空预压对周边场地的影响程度。

图4为侧向位移曲线图，由于真空压力的作用，引起加固区内土体发生向内侧的水平位移。从图2可见，总体来看，上部土层水平位移量明显大于下部土层。最大位移一般发生在3~5m处，最大位移一般发生在3～5 m处，最大水平位移值为42.7 mm，从4 m往下，位移量逐渐减小，l0m以下，位移量仅为2 mm左右，表明对深层位移的影响深度主要在10 m以内，这是因为浅部软土的强度低，受到外力作用后，容易产生水平位移。

抽真空阶段，加固区处于负压状态，由于真空压力的作用，土体产生收缩，引起加固区内土体发生向内侧的水平位移。从图中可见，抽真空的初期，地表的水平位移速率达到5～6 mm／d，随着时间的增长，水平位移速率减小，到路堤正式填筑前，水平位移速率已经下降到2～3 mm／d。水平向位移在地表最大，随深度的增加侧向位移变小，即随真空度的减小，水平位移变小，这主要是由于在近地表区域内，受抽真空的影响较大，抽真空引起的向内侧的水平位移也就越大。

侧向位移随着与真空预压加固边界的距离增大和土层埋深的增加，呈现逐渐减小的趋势。离真空预压加固边界越近，侧向位移越大且影响深度越深，距离加固区越远受影响的程度越小;随着与加固区边界距离的增加，表面土体的侧向位移衰减较快，而深层土体的位移衰减则慢得多。在水平方向，随着距离的增大，侧向位移衰减较快;在竖直方向，深层土体也有比较明显的侧向位移，随着土层埋深的增加，呈现减小的趋势。

4结论

(1)某工程使用真空预压方法处理软土地基时，软土层厚度在10―20m之间，应采取防护措施，缩小影响范围。

(2)真空预压加固影响区的沉降与距离加固边界的远近有关，离加固边界越远沉降越小，随着距离的增加表面沉降衰减较快。最大沉降发生在真空预压边界处。

(3)侧向位移随着与真空预压加固边界距离和土层埋深的增加，呈逐渐减小的趋势。抽真空前期土体变形以上部土体变形为主，后期以深部土体变形为主。

参考文献:

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【2】张延军，张延洁.国内真空预压加固软土地基的现状与趋势[J].世界地质，2002.

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。