真空预压法在道路软基处理工程的应用探讨|真空预压软基处理

　　【摘 要】真空预压法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。本文通过某工程实例，对真空预压法加固软基的研究、分析及加固效果，得到一些有益的结论。
　　【关键词】真空预压法；加固效果；变形；工后沉降
　　在1952年由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授提出的真空预压法 ，是软弱地基处理较为有效的方法之一，该方法利用抽真空使加固区内形成负压，可以加快地基土体固结沉降速率，提高土体的强度，同时较好地解决了地基基础工程中的稳定问题，缩短了工程的施工工期。
　　1、真空预压加固机理
　　真空预压法和堆载预压法两者都属于排水固结法，先在软基打设塑料排水板或袋装砂井作为竖向排水体，并在软基上铺设砂垫层作为水平向排水体，通过真空压力(负压)或堆载(正压)使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在这种不平衡力的作用下通过竖向排水体逐渐排出，从而使土体产生固结变形。堆载预压时，地基土由于荷载作用而产生的附加应力开始由孔隙水压力(u)所承担，而有效应力不变，随着时间的推迟，孔压逐渐消散并全部转变为有效应力，土体强度得以提高。而真空预压法是总应力( )不变，通过抽真空降低边界孔隙水压力，而使土体孔隙水压力(u)降低，孔压消散全部转变为有效应力，土体强度进一步提高；同时，由于抽真空产生负压，增加的是球向应力，土体向内收缩变形，地基不会因填土速率快而出现稳定性问题，路基可快速填筑，而堆载预压加载时引起土体向外挤出变形，路基不可快速填筑。因此，真空预压法比堆载预压法安全可靠，效果更好。
　　用真空预压处理方法加固软基时，在地基上施加的不是实际重物，而是把大气作为荷载，在抽真空前，薄膜内外都受大气压力Pa作用，土体孔隙中的气体与地下水面以上都是处于大气压力状态；抽气后薄膜内砂垫层中的气体首先被抽出，其压力逐渐下降至P，薄膜内外形成一个压差(Pa-P)，使薄膜紧贴于砂垫层上，这个压差称之为“真空度”。砂垫层中形成的真空度，通过塑料排水板或砂井逐渐向下延伸，同时真空度又由塑料板或砂井向其四周的土体扩展，引起土中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力，使土体孔隙中的气和水向塑料排水板或砂井渗流，最后由塑料排水板或砂井汇至地表砂垫层中被泵抽出。从沙基的有效应力原理来看，真空排水预压法加固的整个过程是在总应力没有增加的情况下发生的，加固中降低的孔隙水压力△u就等于增加的有效应力△ ’，如下式所示。
　　
　　根据前面分析可知，降低的孔隙水压力就等于增加的有效应力，加固区域内土体就是在该有效应力作用下得到加固的。所以进行真空预压时，软土是在有效应力作用下得到加固的，而且塑料排水板或砂井在真空预压法中起的作用为：①是作为垂直排水通道、减少排水距离、加速土体固结；②转递真空度，“预压荷载”在这里是通过塑料排水板或砂井向土体施加的。
　　2、工程概况
　　1）工程概况
　　某工程，全长约2.5km，路宽50～56m，为地面道路。由于该路段原始地貌为河积阶地，沉积物以河相沉积物居多，使得该地区的淤泥具有含水量高、压缩性大、强度低、厚度大的特点。根据设计院的设计，对此路段采用真空预压法进行软基处理，具体区间为kl+300～k0+450。真空预压处理段先打设塑料排水板，长度12.0m，间距1.5m，梅花形布置，然后进行真空预压。设计真空度80kPa，抽真空2个月，最终沉降35.9cm，工后沉降9.6cm。
　　2）工程地质条件
　　根据工程地质勘察报告中的钻探资料和室内试验结果揭露，该段地层有上到下分别为：
　　(1)-1杂填土：褐灰一灰色、松散、夹较多的碎砖，三合土及建筑垃圾，混有少量粉质粘土沉积，局部为硬层地面，层厚0．2m
　　(1)-2素填土：灰黄一褐灰色，软塑，夹少量碎石，粉质粘土填积埋深0～0．5m，层厚0～3．9m
　　(2)-1粉质粘土～粘土：灰色，软～可塑，埋0.8～1.7m,层厚0～3.6m
　　(2)-2淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，埋深0.8～4.4m
　　(2)-3粉土：灰色，稍密。局部夹淤泥质粉质粘土，分布不均，埋深13.4-16.3m，层厚1.2～7.0m
　　(2)-4粉砂：灰色，稍～中密，埋深17.5～18.0m
　　(3)-1强风化泥岩：棕红色，岩石风化强烈，呈散体状
　　3)施工情况
　　真空预压加固软基施工准备工作于年9月初开始，包括：清表、购买材料、铺设矿渣和砂垫层(厚度50mm左右，作为横向排水体)、打设塑料排水板(间距1．5m、长度12m左右，梅花形布置)、开挖密封沟等。排水滤管埋设，密封膜铺设及真空系统安装9月10日结束，布设7台真空泵，9月11日开始抽真空，9月12日膜下真空度达到65kPa，9月13日真空达到82kPa左右，在抽真空的2个月内真空度一直保持在80—84kPa之间。从施工后真空度看，密封膜、膜面及膜周边密封良好，膜下真空度达到设计值，并保持稳定，真空预压施工是成功的。
　　3、现场观测结果
　　1）表面沉降观测
　　表面沉降观测是软基沉降分析的基础，其变化规律是控制工程施工进度和安排后期施工的最重要指标，也是理论研究结果是否正确的最直接检验标准和加固效果最直接的反映。表1是真空预压阶段各测点的沉降资料，可以反映加固过程中土体的变化特点。
　　表1 加固区各测点表面沉降统计
　　
　　在整个处理段3块沉降板中，抽真空历时2个月，最大沉降量已达到428mm，考虑到排水板施工时的沉降量，总沉降量已超过观测的数值，按照设计的要求计算，主固结平均固结度已超过100％左右，工后沉降主要是次固结沉降。在真空预压范围内，边缘地方沉降较小，真空预压中心地带沉降较大，使得整个加固区的土体向里收缩，对土体稳定有利．说明真空预压加固方法对加速土体沉降的效果是十分显著，表中最大沉降速率为57.0mm/d，最小沉降速率为-4mm/d，平均最大沉降速率在8.63mm/d。从表面沉降随时间变化曲线图1可以看出，抽真空初期沉降速率较大，随时间的延长，沉降速率逐渐变缓，说明土体主固结变化速率也是一个渐变收敛的过程，与堆载预压基本一致，但沉降速率比堆载预压要大，说明真空预压方法比堆载预压方法具有一定的优势。同时，从表面沉降随时间变化曲线图(见图1)中可以看出：当10月28日停止抽真空后，沉降有所反弹，最大的反弹量为9mm，最小的反弹量为7mm。由此可以看出真空预压的作用十分明显，可以保证路面结构施工时不会产生大的沉降。