浅谈真空预压法在加固软土地基中的应用

摘 要：根据天津临港产业区纬二路工程中，介绍了真空预压法在加固软土地基施工中的应用，同时对真空预压效果进行了分析，对其加固机理进行了总结。

关键词：真空预压 软土 加固 应用 分析

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0034-03

真空预压法是利用抽真空来加固软土地基的一种地基加固方法，属于排水固结法。最早是由瑞典皇家地质学院杰尔曼 （w.Kjellman）教授于1952年提出的。该技术于20世纪80年代之后在我国取得了长足的发展和应用，目前已成为加固软土地基的一个行之有效的、常规实用的方法，在沿海地区应用较为广泛。

1 工程概况

天津临港产业区位于滨海大道东侧，临港工业区三期以南填海区域。纬二路位于产业区北部，西起滨海大道，东至临港产业区规划的三经路，起点K0+012.804，终点K1+276.707，全长1263.903 m。其中采用真空预压方法加固的地基处理面积为79031.925 m2。

2 真空预压法简介

真空预压法处理地基，首先在新吹填泥面上回填素土作为工作垫层，再将袋装砂井或塑料排水板打入土体，作为垂直排水通道；其次在素土工作垫层上面铺筑20 cm左右厚的砂垫层，作为水平排水通道；然后，将不透气的薄膜铺设在需要加固的软土地基表面的砂垫层上，薄膜四周埋入土中，借助埋设于砂垫层中的管道，将薄膜下土体中的空气抽出，使其形成相对负压，从而在塑料排水板和周围土体之间形成压力差，使土体中的孔隙水注入塑料排水板被排出，从而使土体达到固结。真空预压系统由抽真空系统、排水排气系统和密封系统三部分所组成，排水系统主要改变地基原有的排水边界条件和传递真空压力，增加孔隙水排出的路径，缩短排水距离，减少加固时间。根据本工程要求，膜下真空度保持在在650 mmHg以上（相当于85 kPa）作为设计压差。

3 真空预压加固软基施工控制

3.1 主要施工工序

平整场地→工作垫层铺筑→打设塑料排水板（含冲孔）→铺砂垫层→铺设滤管、安装射流泵→挖压膜沟、铺密封膜→设置地表沉降杆、安装观测仪器→连接真空设备、试抽气→真空满载预压（真空预压断面示意如图1）。

3.2 平整场地

施工前先对场地进行整平，作为真空预压法的第一步工序，根据以往的工程实践经验，真空预压场地在抽真空加固以后，一般呈锅底形状，即中间沉降量大，四周沉0B8RK3EmSwgWvvqsLqgROcA61ZvjZHVfhy1n4VPdvDs=降量小。因此，在平整场地时，基本上应做到中间略高，四周稍低。

3.3 铺筑工作垫层（一层荆笆+一层土工布+回填30 cm素土）

在原吹填泥面上铺一层优质荆笆。荆笆铺设时采用铅丝绑扎牢固，间距不大于40 cm，层间采用错缝搭接，搭接宽度为20 cm，提高荆笆的承载能力。

在荆笆上铺设300 g/m2聚酯长丝纺粘针刺土工布。土工布采用人工连续缝制，确保不开缝，现场缝合搭接宽度不小于100 mm。

在原地面上铺设一层荆笆及一层土工布后填筑素土，铺设素土工作垫层边界为真空预压边界外扩5.0 m。填土前，将基土上的洞穴或基底表面上的树根，垃圾等杂物处理完毕，清除干净。每层素土整平后用压路机进行碾压，碾压时先慢后快。且保证上部砂垫层不下漏，地表平整度±50 mm，且压实度达到设计要求，以便打板机械在上行走。

3.4 打设塑料排水板（采用轻型门架式打设机如图2）

打设设塑料排水板施工工序：排水板检验、进场→排水板桩位测量→插板机进场调试→插板机移机定位→装排水板桩靴→下插桩管至设计标高→上拔桩管至其下端离地100 cm→切割排水板→回填排水板桩孔、装桩靴→移至下一排水板桩位在塑料排水板的打设过程中的注意点如下。

（1）塑料排水板的规格、质量和排水性能等指标，必须符合塑料排水板技术参数与设计要求，检查和验收合格后，才能投入使用。

（2）严格控制塑料排水板桩靴位置的准确度和板的垂直度。施打作业时，板机的桩靴落地定位由插板机操作员在控制室内控制，其误差控制在±50 mm范围内；其次根据安装在插板机上的金属活动垂针和刻度盘，控制桩管下插时的垂直度，偏差不得大于±1.5%。

（3）塑料排水板滤膜在转盘和打设过程中应避免损坏；防止淤泥进入带芯堵塞输水孔，影响塑料带的排水效果。

（4）塑料排水板与桩尖连接要牢固，避免提管时脱开，将塑料带拔出。

（5）桩尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在打设过程中进入导管，增大对塑料带的阻力，甚至将塑料带拔出。

（6）严格控制塑料排水带间距和深度，上拔桩管时，注意仔细观察排水板有没有回带现象，若回带长度超过50 cm，则在板位旁45 cm处补打一根。

（7）切割排水板时由于打板时尚未铺设砂垫层，考虑砂垫层的厚度后，剪断时的外露长度为1.2 m，排水板施工过程中，派专人做好施工原始记录，以备抽查。

（8）塑料排水板搭设验收合格后，及时用粉砂仔细填满打设时在板周围形成的孔洞，清理加固区杂物和打设板过程中回带上来的淤泥，以便更好地形成排水通道。

3.5 铺砂垫层

在砂性土工作垫层上铺筑200 mm厚的中粗砂垫层作为水平排水通道，其主要作用是作为土体内部塑料排水板（竖向排水系统）和滤管与主管（水平排水系统）的中介层，一方面真空度通过砂垫层向塑料排水板或淤泥中传递；另一方面软土中的地下水通过塑料排水板先到达砂垫层，然后通过砂垫层流向滤管与主管，经真空泵排出。

3.6 铺设滤管、安装射流泵

滤管与主管组成地下水的水平排水体系，铺设是否合理，将直接影响真空预压的成败。

滤管采用管径63 mm的软式透水管，采取工厂化集中生产，管体打孔并外包透水滤布后，成卷运至施工工地使用。

3.6.1 连接排水板与滤管

滤管间距纵、横向呈框格形布置于之前挖好深约25～30 cm的滤管沟中，且位于两侧排水板的中间。再将滤管摆设并连接好，接头处用铁丝绑扎牢固。为确保滤管上的滤膜不被破损，出膜处采用无缝镀锌钢管和接头相连接，出膜面约30 cm。由于直排式真空预压法利用每根排水板均与滤管相连的方式形成水平向排水信道，相邻的两排排水板与一条滤管直接相连，埋于砂垫层中间，距砂垫层顶面与底面的距离均应大于5 cm。滤管周围必须用砂填实，严谨架空漏填。滤管埋设完毕后应整平砂面，清除石块、瓦砾等杂物。

3.6.2 埋设真空管路和膜下测头

真空测头布置在两条滤管中间位置，按时间要求排布，真空细管另一端从密封膜引出，制成喇叭口和真空表相连接，以直观反映膜下真空度。

3.6.3 安装射流泵

将出膜弯管一端与滤管连接好并铺设密封膜后；另一端与射流泵连接。射流泵的功率应不小于7.5 kW，扬程不小于26.0 m；安装后的射流泵应能形成不小于0.096 MPa的真空压力，射流泵的开启功率为100%。

3.7 密封膜的铺设

（1）密封沟采用挖掘机开挖。挖至不透水层顶面以下500 mm，保证彻底切断透水层。压膜沟外观表面平整光滑直顺，无高低起伏现象。挖沟时如沟内有塑料排水板，则排水板不能剪断，应沿沟边向上与邻近的滤管相连接。

（2）密封膜选用抗老化性能好、韧性大、抗穿刺能力强的材料，本工程密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜在工厂热合一次成型。热合时宜用双热和线平搭接，搭接长度大于15 cm。若现场搭接，搭接宽度不小于2 m。加工后的密封膜面积不得小于设计面积，每边长度要大于加固区相应边4 m。

（3）铺设密封膜前认真清理、整平砂垫层，拣出贝壳及带尖角石子等可能刺破密封膜的杂物。铺膜时必须统一指挥，参加人员必须穿软底鞋，选无风天气，并在一天内铺完；四周埋入密封沟内，深入沟底20 cm，然后用粘土填筑密封沟。在铺膜过程中，要及时地每隔10 m放一砂袋，压住密封膜。

3.8 修筑蓄水围埝

在抽真空过程中，加固区内必须覆水30～40 cm深，以保证膜的密封，因此在铺膜完成后，在加固区四周要填筑覆水围埝，覆水围埝可以同填密封沟一起完成。压膜沟回填面应低于膜面1.0～1.5 m，以便抽真空过程中抽出水的存放，起到保持压膜沟内湿润，加强密封效果的作用，在压膜沟内侧人工修筑高1.2 m、上宽0.5 m下宽1.0 m的止水粘土围堰，以便在抽真空过程中抽出的地下水排向加固区，形成1.0 m左右的蓄水，作为补充荷载。

3.9 设置地表沉降杆、安装观测仪器

密封膜铺好后，将地表沉降标施放于膜上，沉降标采用600×600×5 mm钢板与40×40×3150 mm角钢焊接成，角钢内喷防锈漆，外喷黑白漆制成双面标尺，标线刻画清晰，用砂袋压住底板，防止大风刮倒。布设完后在抽气前要测初读数，并做好记录。

3.10 真空抽气

3.10.1 试抽气（如图3）

在覆水前，进行试抽真空。调整各种仪器的初读数，进行开泵抽气，同时检查每台泵的运转情况及薄膜的密封情况，发现问题及时处理。

本工程的真空泵分三次开启，每批间隔为5～7 d。

试抽真空阶段，膜下真空压力应达到0.06～0.085 MPa，若低于此值属于不正常，应立即查找原因，在膜面上和密封沟处仔细检查有无漏气处，漏气孔眼会发出鸣叫声，循声彻底检查，一旦发现漏气后及时补好。从试抽气开始，即应进行真空压力、沉降量等参数观测。

3.10.2 正式抽气

①监理工程师验收合格72 h后，进行覆水转入正常抽气，一直持续90 d，此阶段是真空预压加固地基的主要阶段。

②覆水厚度为30～40 cm。覆水后，膜下真空压力要保持稳定在650 mmHg以上。

③在抽气过程中，维持泵的正常运转，射流箱内循环水要不断补充。

④真空压力值观测每4 h一次，发现真空压力有下降现象，立即查找原因，及时处理。

⑤抽真空时保持膜内真空度650 mmHg以上，如发现密封出现问题，应及时查找原因并进行处理。

3.11 真空预压卸载标准

按实测沉降曲线推算的固结度>85%；连续5天实测沉降速率不大于2.0 mm/d即可终止预压。拆除设备，并进行压膜沟换填。

3.12 真空预压加固效果分析

真空预压工程的成败主要取决于加固效果的好坏，要检验加固效果必须在施工过程中对加固区域进行实时的监测，真空预压监测包括：表层沉降监测、分层沉降监测、孔隙水压力监测等。

3.12.1 表层沉降监测

根据实测沉降推算的固结度是检验加固效果和确定是否卸载的最主要的指标，卸载时各区（块）的平均固结度不能低于设计要求。（表1）

3.12.2 孔隙水压力监测

在抽真空过程中，由于真空度向下传递，引起土体孔隙水压力降低，从图4中E1区的监测数据可以看出，在抽真空的初期，孔压下降到一稳定值，真空预压过程中孔隙水压力向深度方向传递明显，孔隙水压力消散情况良好。（表2）

从以上观测结果反映：固结度>85%；连续5天实测沉降速率小于2.0 mm/d，其它的各项指标也反映出真空预压加固后的土体有较大幅度的改良。这些数据证明了真空预压对于吹填造陆区的加固效果是明显的。

4 改进措施

（1）工程实践经验发现，在连接排水板与滤管的过程中，每一根排水板都与滤管相连在工程中的效果反而不好，由于排水板分布密集且外露长度较多，全部绑扎会将滤管堵塞，影响抽气效果。因此本工程中将30%排水板与滤管相连，既节省了工期，又保证了抽气的效果。

（2）本工程原设计采用三层聚氯乙烯密封膜，实际工程中，由于底层密封膜直接与砂垫层接触，容易受到杂物的摩擦，而塑胶布除了防渗效果好、抗老化、抗化学腐蚀性能之外，还具有极好的抗撕裂，抗穿刺能力，防渗透效果好。经业主批准，第一层采用塑胶布代替密封膜，其上再铺两层密封膜。

5 真空预压加固机理总结

通过真空预压的工程实践，对其加固机理进行总结：真空预压法加固软土地基时，对地基施加的不是实际重物，而是把大气作为一种荷载。抽气前，薄膜内外受大气压力作用，土体孔隙中以及地下水面以上的气体都处于大气压力状态，抽气后，薄膜内砂垫层中气体首先被抽出，而薄膜外仍然保持大气压力状态，薄膜内外就形成一个压力差，使薄膜紧贴于砂垫层上，砂垫层中形成的真空度通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同时真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩散，引起土中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力，从而使土体中的气和水由土体向垂直排水通道的渗流，最后由垂直排水通道汇至地表砂垫层中被泵抽出，随着水气的排出，超静孔隙水压力不断消散，土体有效应力不断增加，使得土体强度得到提高。

6 结语

本文对纬二路真空预压施工工艺的应用进行了详细的论述，对真空预压的效果进行了分析；并提出了本工程施工中的改进措施，不仅确保了工程质量，又加快了进度，同时对真空预压的加固机理进行了总结。采用真空预压法具有成本低、效果好、工期短的特点，是加固软土地基行之有效的方法之一。

参考文献

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