真空预压方法在广州南沙地区软基处理中的应用及效果分析

张鹏，何足惜

(1.广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060;2.重庆中设工程设计股份有限责任公司，重庆 400023)

1 前言

近年来，广东珠江三角洲地区经济迅速发展，工程建设也在不断地进行中，而南沙位于穗港地的几何中心，具有优越的地理位置和较好的自然条件，是广州未来发展的核心地区，各项经济建设都得到快速发展，各种建筑群也在不断规划与建设当中。由于南沙地区的地质情况大部分为滨海相与河湖相交互沉积的软弱黏性土，受到近海潮位的影响，导致工程地质和水文地质条都较为复杂，在天然状态下，软弱黏性土具有含水率高，孔隙大，压缩性大，强度低的特点，且分布范围广，厚度大。软土下卧层为一般中粗砂、黏性土或残积土层，有的则直接覆盖于基岩面上。厚度较大的软土在工程建设中须进行软土地基处理，其方法有动力排水固结、堆载预压法、真空预压法等而真空预压法是种常用的方法［1］。

本文结合真空预压原理对广州南沙坦头安置房场地处理工程实例，通过对监测数据的分析，得出合理的结论。该区域地表特征和土层分布等方面在珠江三角洲地区具有较强的代表性，因此，结论具有一定借鉴意义。

2 项目概况及地质概况

拟建的南沙坦头农民安置区首期工程，为3栋3层和1栋6层建筑物，拟处理面积约 4 095 m2，位于广州市南沙区坦头村。为控制场地的工后沉降和差异沉降，需对整个场地进行软基处理。考虑到本项目建设工期较紧，且软基处理将直接影响本地块的总体控制工期、工程总造价以及安置区建成的使用效果，拟采用真空预压法对坦头安置区首期地块进行处理。

由现场勘察资料，处理区软土层厚度为 9.00 m～12.70 m，属淤泥和淤泥质粘土，工程力学性质极差，主要表现为抗剪强度低，含水率高，压缩性高等特性。场地岩土体从上至下分别为上部素填土、中部为软土、下伏中微风化的花岗岩。

3 真空预压加固原理简述

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，用真空泵进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。

在抽真空时，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、垫层之间形成压力差。在压力差作用下，土体的孔隙水不断由排水通道流出，从而使得土体固结［2～4］。

4 施工现场监测

为了更好地指导施工，验证软基加固效果，在区域进行了3项关于软基变形的现场测试:①地表面沉降，了解及监测土体沉降和总体平均固结情况;②土体分层沉降测试，了解及监测分层土的固结与变形情况;③真空度，了解及监测预压真空情况。测试仪器埋设如图1所示。

图1 测试仪器埋设位置图

5 加固效果分析

广州南沙坦头一期工程处理区，总面积为 4 095 m2。其中处理区呈三角形，三个边的边长约 100 m。以下通过监测数据对加固效果和过程进行分析。

5.1 整体沉降

从表面沉降点的沉降曲线图(如图2所示)中可看出整个沉降过程的曲线上有两个拐点，三个阶段。

(1)初始变形阶段:由于土中孔隙水来不及排出，孔隙体积没有变化即土体不产生体积变化，但荷载使土体产生了剪切变形。5个表层沉降标的平均沉降值为80 mm。

图2 沉降曲线图

(2)真空预压阶段:排水系统和加压系统正常工作后，随着孔隙水排出，土体固结。平均日沉降最大值45 mm。观测到此阶段地表最大沉降量值 873 mm，最小为 683 mm，平均沉降值为 815 mm，停止抽真空前的 5 d，平均日沉降值均已小于 2 mm。

(3)沉降收敛阶段:随着真空预压时间的增长，沉降速率逐渐收敛，既随着加压时间的延长，土体固结沉降在极其缓慢的进行。根据实测沉降值，采用对数曲线法，推算出最终平均沉降量为 980 mm;加固深度内土层的固结度为83%。

经过 90 d的预压，底面沉降最大发生在预压区中心，地面的变形特征是中间大、两侧小，整个地面呈一锅底状［5，6］。

5.2 分层沉降

通过监测资料分析，表明在抽真空期间内测点处的土体平均压缩量为 815 mm(均为固结土层淤泥及淤泥质土层)。从所监测到的数据中可以看出，经过真空预压加固后的地基，上层淤泥质土(膜下 1.0 m～7.0 m)的压缩量占约80%，而下层土(膜下 7.0 m～12.0 m)还在进一步压缩，上层土的排水固结已基本完成，下层土体随着预压时间的继续而缓慢固结［5，6］。

5.3 真空度

分布在场地的3个孔压计，从开始抽真空到最后卸载，孔压逐步上升至约 85 kPa后稳定，说明该场地在进行抽真空过程中周边围蔽很好，没有出现漏气的情况，也说明在要求时间内可一次上满预压荷载。另外，顶部四周整体的密封系统就很重要，基于此考虑，在施工的过程中对压膜沟精心施工，并覆水围埝，对抽真空度及其保持有着重要的作用。

6 结论

(1)通过对监测资料的分析得出:对于软粘土地基，真空预压加固法是很有效的处理方法，加固范围内各土层固结度均可达到设计之要求，加固效果较好。

(2)真空预压作为超载荷载，在预压过程中，有效应力增量是各向相等的，剪应力不增加，不会引起土体剪切破坏，可一次性完全加载。预压时间长，使得软土地基压缩层土层在预压期内完成约80%的沉降，可减少工后沉降及差异沉降过大的问题。

(3)真空预压法在类似地质条件中的应用是可行的，在处理本地区软土地基是值得借鉴的。

［1］朱超，张季超，刘晨．真空预压处理广州南沙区软基的加固深度探讨［J］．岩土工程学报，2010，S2．

［2］ 叶书麟，叶观宝．地基处理与托换技术［M］．北京:中国建筑工业出版社，2005．

［3］ 《地基处理手册》编写委员会．地基处理手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2008．

［4］ 广东省建设厅．建筑地基处理技术规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2005．

［5］葛安定．真空预压法在北方某场地工程软基处理中应用探讨［J］．科技资讯，2011，01．

［6］姜增国，姚志安．真空预压方法在沿海软基处理中的应用及效果分析［J］．岩土工程技术，2005，26．