1、 真空预压法相关知识真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。真空预压的原理主要反映在以下几个方面：1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。2)地下水位降低，相应增加附加应力。3)封闭气泡排出，土的渗透性加大真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使
2、粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。 当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。 真空预压的原理主要反映在以下几个方面： 1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。
3、 2)地下水位降低，相应增加附加应力。 3)封闭气泡排出，土的渗透性加大 真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。 真空预压施工前，应充分作好施工准备工作，制定施工技术措施。检验沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技术标准及设计要求，并将检验报告提交监理工程师审核批准。在取得监理工程师批准后，开始进行真空预压的下一步施工。 真空预压施工流程 ：测量放线铺设主支滤排水管铺设上层砂垫层砂面整平铺设聚氯乙烯薄膜施工密封沟设置测量标志安
4、装真空泵抽真空预压固结土层。2006 年 8 月 31 日，国务院批准在天津港东疆港区设立天津东疆保税港区。东疆港区陆域是新近围海和挖泥吹填形成的泥塘，其地基土体大部分是淤泥质粘土，成流塑状态，具有很高的含水量和很低的强度，压缩性高、渗透性差，采用传统软基处理方法很难达到造地要求。经过多方论证，结合天津港的建设经验，设计采用真空预压法加固地基。真空预压法加固软基的基本原理是借助不透气膜通过射流泵和埋设在垫层中的管道，将土体中的空气抽出，形成真空，产生负压并通过砂井或排水板将软基中的地下水垂直排出地表，从而使地基压密。真空荷载作用下的土体固结过程也即是在总应力不变的情况下，孔隙水压力降低、有效应
5、力增长的过程。真空预压的另一作用，由于土体中含有大量的封闭气泡，在正压应力作用下该气泡只能微量溶解于孔隙水中而不能被排除，因而使土的渗透性降低，固结过程减慢，但在真空吸力下，封闭气泡易被吸出，从而使土的渗透性提高，固结速度加快。真空预压法具有加固费用低、加固工期短、无环境污染等特点。 “六五”国家攻关真空预压在现场获得成功后，在天津港得到了广泛地应用，并已成为天津港软土地基加固中最常用的方法。加固过程天津港东疆港区二线路管线带造陆工程某加固区宽 60m，长 600 米，面积约 36000m2，设计预压荷载 85kPa，真空预压满载时间 120 天。本工程土质为港池和航道挖泥。根据地质勘察报告可
6、以看出，本区回填土层以下 6 米内为吹填的欠固结淤泥，处于流泥状态，第二层为淤泥质粘土，这两层以下为粉土，其强度相对较高，再往下为 20m 左右厚的高压缩性粉质黏土和中压缩性软黏土，地基土含水率一般大于或等于 50，接近土体的液限，抗剪强度普遍较低。根据设计要求，经过真空预压法加固后的地基承载力不小于 80 kPa，地基土体的平均固结度大于 85%。该工程真空预压法施工过程如下：在吹填淤泥上铺荆笆两层，铺一层土工布，然后回填素土至设计加固标高，平整场地。铺设 0.4m 厚砂垫层，打设塑料排水板，间距 0.9m，板长21m。埋设监测仪器。在砂垫层中铺设直径 76mm 的波纹管，这些波纹管将塑料排
7、水板与真空加压设备相连。波纹管上设有小孔，用土工织物缠绕形成过滤层。埋膜下真空表，开挖压膜沟。而后在此区域分别铺设三层塑料膜进行密封，做覆水围堰，最后安装射流泵，接通真空设备进行抽气施加真空压力。工程效果观测1.地表沉降观测表面沉降观测是软基处理沉降分析的基础，沉降速率是判断软基处理成果的一个重要指标和加固效果最直接的反映。从打设排水板到抽真空期间沉降量约为 743mm。当排水板打设完毕后，为土体提供了竖向排水通道，土体在自重作用下固结，产生一定的沉降。真空预压期累计最大沉降量达1621mm，平均沉降量为 1439mm，平均总沉降量为 2182mm。在真空预压范围内，边缘地带沉降较小，中心地带
8、沉降较大。根据表面沉降观测资料（见表 1） ，最大沉降速率为 50.6mm/d，最小沉降速率为0.5mm/d，从沉降量随时间变化曲线可以看出，抽真空初期沉降速率随时间的延长逐渐变缓，说明土体主固结变化速率也是一个渐变收敛的过程，但沉降速率逐渐变缓速率偏慢所用时间较长，说明软土层比较厚，土质较差。通过沉降观测可以看出，真空预压的作用十分明显，完全可以满足设计要求。表 1 表面沉降观测记录2.孔隙水压力观测在真空荷载的作用下，地基土体中的孔隙水压力不断减小。图 1 给出了不同深度处孔压随时间变化的曲线。从图中可以看出，土体中不同深度的孔压变化在加荷一个半月到两个半月的时间后，趋于定值。由观测结果可
9、知，85kPa 的真空压力沿竖向塑料排水板均匀分布，说明真空压力的施加是相当有效的。3.观测结果分析（1）土体的固结度。由观测可知在真空压力的作用下土体发生了固结，在地表产生了近 2 m 的沉降量，且由图 1 可知，在土体加固深度范围内均发生了固结沉降。在加固的后期，沉降量明显减小趋于稳定，说明绝大部分固结沉降可在 3 个月时间内完成。（2）加固前后土性的变化。在真空预压前后，我们对场地内土体进行了十字板试验，图 3 给出了试验结果。从图中可以看出加固后十字板强度明显增长。对于软黏土其强度增长20，地基承载力到达 80kPa。（3）侧向位移。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
10、位移。图4 为水平向位移量随深度变化的曲线。由图可见，水平向位移在地表最大，随深度的增加急剧减小。距加固区数米外的土体在地表附近发生开裂，由于该工程场地附近没有邻近建筑物和其他设施，水平向位移不会导致不良后果。但是水平向位移应引起足够的重视，特别是当场地附近有建筑物时，这种位移是相当不利的。（4）加固深度。加固深度问题始终是真空预压法中的热点问题，一般认为真空预压法的有效加固深度为 10m。通过本工程的实际观测发现，真空荷载可到达地面 10m 以下的深度。结 论（1）对于非常软的软粘土地基，采用堆载预压法很难施工，真空预压加固法是行之有效的地基处理方法。经处理后的地基承载力可达 80kPa 以
11、上。（2）真空压力的实施和传递主要由两部分组成，间距 0.9m 的竖向塑料排水板和水平向铺设的直径 76mm 的波纹管，塑料排水板起到增加土体中竖向排水通道的作用，波纹管可同时起到传递真空压力和集水的作用。85kPa 的真空压力可达到地面以下 20m 处。（3）土体在 80kPa 真空压力的作用下，100d 固结度可达到 85以上。观测的地面沉降超过 2.0m。（4）在真空压力作用下加固区土体发生向内侧(加固区)的水平向变形，地面出现明显开裂。当采用真空预压法加固软土地基时，如在加固区附近有建筑物或道路，这种较大的侧向位移必须引起足够重视。（5）真空预压法在类似工程中应用也是可行的。 （作者单位：天津港东疆建设开发有限公司）
