真空预压法加固机理及设计要点

2015-06-29贺亚飞杨芳

四川水泥 2015年8期

关键词：砂井真空度垫层

贺亚飞杨芳

（重庆交通大学，重庆 400074)

真空预压法加固机理及设计要点

贺亚飞杨芳

（重庆交通大学，重庆 400074)

公路工程基础面临软弱地基的加固问题，地基处理的核心是处理方法的正确选择与实施。本文针对软土地基处理和加固，根据排水固结法原理，着重介绍真空预压法的加固机理，通过进一步剖析土体真空度变化，研究真空预压法对地基周围土体变形的影响，揭示地基土体内部有效应力的变化，从而推导出真空预压法的设计要点。通过本文的分析，正确选择软土地基加固的真空预压法，规避施工过程中的不利因素，从而达到采用真空预压法的预期目的。

排水固结法；真空预压法；加固机理；土体变形；设计要点

1 真空预压法

真空预压法是软弱地基加固中排水固结法的一种。在预压荷载作用下，经过一定的作用时间，地基土被压密、沉降、固结，从而提高地基土的强度，减少沉降量。待沉降基本稳定后，卸去预荷载，再建造上部结构，从而有效保障地基的稳定性要求和沉降变形要求。若天然土层的渗透性较小，可设置竖向排水通道，如砂井、排水板等，缩短渗透固结的时间，加速固结速率。施作的预荷载，常利用建筑物自身荷载、堆载或真空预压等。

1.1 真空预压法的加固机理

真空预压法是先在待加固的软土层顶面铺设砂垫层，埋设垂直排水管道，然后用不透气的封闭膜将地基土与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，再用抽气装置经过砂垫层内预先埋设的管道进行抽气，形成真空层,增加地基的有效应力[1]。

抽气时，地表砂垫层及竖向排水通道内逐步变成负压，而地基土内部压强变化不明显，这样就使土体内部与砂垫层、排水通道之间形成压强差。在此压强差作用下，土体中的水渗向排水通道，土体逐渐固结。

在土体总应力基本上不变的情况下，真空预压法加固机理的实质是降低加固区边界上的 u值，形成 u（势）的不均衡分布，通过最大限度发挥土体有效应力的方法来加固土体。理论上，因密封膜将土体与大气隔绝，则 u最大可降至绝对压力零点。而实际情况中，各工作要素不可能完全处于理想状态，因此 u的降低值有下限，故其加固效果也有限。

1.2 真空预压法对地基土体的影响

1.2.1 加固区内土体的固结

加固区内土体的固结收缩会造成加固区边缘一定范围内土体的位移，这种附加位移会对周边构筑物造成不良影响，但由于该位移仅通过土体本身的粘聚力传递，故一般不会造成现场构筑物的开裂，裂缝也不可能发生在远离加固区的位置，而多半发生在加固区边缘。

1.2.2 加固区外土体的固结

真空预压开始后，加固区内地下水位不断下降，造成加固区外的水位随之降低，其降低值随距加固区边界距离的增大而减小。这有利于加固区周围土体的固结，但却容易造成加固区外土体的不均匀沉降[2]。

1.2.3 侧向卸载作用

对于地基来说，加固区外的天然土体处于K0固结状态即σ30= K0σ10，但由于真空的负压作用，靠近加固区一侧的土体相当于荷载降低，此时处于侧向卸载状态发生固结收缩。

抽真空时，加固区内是负压，加固区外是正常气压，因此必然存在着“ 0 ”真空度点。在软土地基中，真空度沿水平方向和竖直方向都存在沿程损失，故密封沟外某一距离的土层中必然存在 “ 0 ”真空度点，且从竖直方向上看，“ 0 ”真空度点自上而下连接起来应为向加固区倾斜的一条斜线。对加固区边界和“ 0 ”真空度点之间的土体分析，如图 1所示，由于侧向卸载作用，该土体将受到加固区内的“吸”力作用，因而具有向内发生位移的趋势，当土体所受剪应力超过其抗剪强度时，土体将会产生裂缝。

图1 加固区外土体受力分析

图 1所示仅为一种理想状况，在实际工程中，砂垫层透水性较强，水平方向的真空度传递与淤泥层必然有较大差别。另外，由于密封沟的阻断作用，沿竖直方向的真空度分布也比较复杂的，侧向卸载情况各有不同。再次，影响深度以下的土层会在一定程度上阻碍影响深度内的土层位移。根据现场观测结果，裂缝通常产生在加固区外 10～20m处。据此推断，在该范围土体未发生改变的情况下，该处土体承受的剪应力最大，最易产生裂缝，且裂缝是延续到地下一定深度的。当裂缝产生并逐渐扩大后，由于土体一定深度内无法传递真空度，所以对裂缝外土体的影响将大大降低。