淺談真空預壓法在軟基加固中的運用

吳玉金

南京工程高等職業學校，江蘇 南京 211135

0 引言

我國沿海地區分布著大量海相和湖相沉積的軟土地層，這種軟土地層含水量高、孔隙比大、滲透性差、強度及承載力低，且具有明顯的流變性。在這種軟弱地基上修建工程，常常會出現基礎或路堤沉降過大，難以穩定。為此，必須要對天然地基進行加固處理。目前多采用技術上較為成熟、費用較為節省的排水固結法。真空預壓是排水固結法的一種，具體的操作方法是在地基表面鋪設密封膜，并通過特制的真空設備抽取空氣形成真空，使砂墊層內和土體中垂直排水通道內形成負壓，加快孔隙水的排出速度，加速土體固結，并提高土體強度。

真空預壓法最早是瑞典的杰爾曼（W.Kjellman）教授于1952年提出，但直至1980年，交通部第一航務工程局科研所在天津新港開展現場試驗研究，1982年在天津新港軟基加固工程中成功應用，解決了實用密封薄膜、抽真空裝置及關鍵施工工藝，使該法由理論轉為實踐。目前，真空預壓法已在港口工程、石油、化工、建筑、公用事業和機場等工程中得到廣泛應用，并取得了良好的社會效益和經濟效益。

1 真空預壓法加固機理

式中，σ是總應力，σ'是有效應力，u是孔隙水壓力。

對于真空預壓，土體的總應力不變。在真空預壓過程中，由于真空預壓是一種球應力，三個方向的應力增量均相等，也就是說土體的有效主應力同步增大-du。同時，隨著土體有效應力的增大，土體發生排水固結，最大剪應力與莫爾強度包絡線對應點的距離增大，即逐漸遠離破壞線，土體越來越安全。所以真空預壓加固過程中不會出現地基失穩的現象也不會發生剪切破壞。

2 工程實例

某工程位于上海市浦東新區，具體的地質條件是一層1.5m的填土，一層1.5m厚的粉質粘土，一層6m厚的淤泥質粘土，第四層是8.5厚的淤泥質粘土，第五層為約8.0m厚的粘土，第六層是4.0m厚的粉質粘土，其下是未鉆穿的粉砂層，加固場地為90m90m的正方形。

3 施工概況

施工程序：場地地表水疏干→場地平整→鋪設一層土工布→鋪設下層風化砂墊層→鋪設下層排水砂墊層→粘土帷幕、打設塑料排水板→埋設真空分布管→鋪設上層排水砂墊層→鋪設一層土工布→鋪設密封膜→真空泵安裝連接→抽真空預壓固結土層。

加固場地的塑料排水板按照三角形排列、間距1.6m，打入深度為20m。砂墊層的厚度均為0.5m，砂墊層填筑之后立刻插塑料排水板，之后迅速進行真空預壓施工。該工程從2008年12月18日開始抽真空，至2009年3月28日卸除真空荷載，真空穩定在85kPa左右之后。

4 現場監測及成果分析

我們在檢驗真空預壓法加固軟基的效果時，往往根據地基是否穩定來判斷，在加固區內埋設大量現場設備，包括表面沉降板、分層沉降、真空度加固區外的測斜監測等，根據監測地基不同深度土體的側向變形情況來研究真空預壓加固機理。

4.1 表面沉降

通過實驗，我們可以根據結果繪出沉降曲線，曲線顯示卸載前中部最大沉降一般在9m以內，邊緣沉降在7.5m左右；卸載后中部沉降為8.3m，邊緣沉降在7m左右，隨著時間的推移，沉降速度減緩，這充分說明了土體主固結變化速率是一個漸變收斂的過程。

4.2 分層沉降

實驗顯示，真空預壓區18m～30m得土層壓縮量小，12m以內的土層壓縮量大，沉降明星，12m～18m得深度會出現前期沉降，后期土質趨于穩定，沉降也不太明顯，隨著制造真空的過程的深入，不會出現大規模沉降現象。

4.3 水平位移

真空預壓區測斜管水平位移在開始抽真空后，測斜管有向加固區內的水平收縮變形。17m以上的土層會隨著抽真空的過程進行發生明顯的水平位移，而17m以下的土層，土質穩定，不會出現明顯的水平位移。

5 結論

1）真空預壓法的主要加固機理是改變地基的孔壓邊界條件，針對本研究的實際工程，表明真空預壓的直接作用范圍可到地表以下18m；

2）加固過程中土體除產生豎向壓縮外，還伴隨側向收縮，不會造成側向擠出，特別適于超軟土地基加固；

3）真空預壓使土體產生等向固結應力，而不會產生剪應力，因此真空荷載可以一次性施加，土體不會產生失穩；

4）施工設備簡單，易于購買，不易損壞，維修費用低廉，而且操作方便，便于施工的進行，可以得到大規模的推廣；

5）施工過程中不會產生噪音，不造成環境污染，而且不需要大批量的堆載材料，可以避免大規模車輛的進進出出，減少運輸壓力，避免運輸對施工的干擾。

[1]蘭常光，江濤.南紙生活區軟基大填方施工技術[J].廣西土木建筑，1994(4).

[2]黃俊民，王先云.應用深層攪拌法加固渠道軟基[J].江西水利科技，1993(3).