真空预压法加固软土地基中真空井作用范围的试验研究

刘 坤,史 爽,袁 金

(1.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031；2.国网天府新区供电公司，四川成都 610041)

随着城市基础设施建设的进一步加快，土地的合理以及充分利用要求的提高，工程中经常会遇到软弱地基处理的问题。工程中常用的软弱地基加固方法有：强夯法、土工织物加固法、振动水冲法、换土垫层法、深层搅拌法和真空预压法等。而真空预压法具有对环境影响较小、加固速度快、加固深度大、加固面积大以及加固过程中不产生剪应力等优点而被广泛采用。

由于真空预压法具有上述优点，很快被工程界所接受并应用到各种软地基处理中，李晋骅[1]采用真空预压加固南沙软土，研究其排水板淤堵机理，提出了针对软土的修正防淤堵准则，以及在真空预压地基处理过程中沿深度方向与淤堵行为相关联的修正砂井固结理论。郭红燕[2]把吹填土软土地基作为主要研究对象，提高了真空预压加固技术在该类软地基上的作用效果。

张帆[3]等人通过对国外高压喷射注浆加固法和MJS加固工法的研究，并与我国常用高压喷射注浆工艺进行比较，对这两种新型加固软地基方法中传统的工艺做了改进，拓宽了该法的应用范围。严露[4]针对真空预压加固软土地基变形等问题进行了较深入的探讨，推导了特定模型下变形及体积应变计算公式以及真空预压加固技术和真空联合堆载预压加固软土地基固结解析解。彭劼[5]通过从理论和试验的角度对真空联合堆载预压法探究，得出采用该法加固软土地基固结度简化模型。Chai,JC.et al.[6-8]提出将传统砂井地基研究转换成均质地基研究，从均质地基再应用至多层地基的方法，增加了砂井加固软土地基的范围。

但在实际实施中，真空井的合理作用范围却受制于各种条件，大多依靠工程人员的经验。因此，本文采用试验的研究方法，探讨井点井预压加固技术在几种常见的软土地基上的作用规律，为现场试验和工程应用提供参考。

1 真空预压法模型试验

1.1 试验材料

现行城市道路、管道以及建筑在两层以下的构筑物规范中要求地基承载力特征值必须要达到fak=120 kPa以上，故现取砂土、淤泥质土以及黏性土三种常见软土地基进行实验加固处理，以得出真空预压法对承载力提高后的范围值。三种常见软土基本性质如表1。

表1 三种软土基本性质

1.2 试验装置

本试验装置主要采用测量装置、真空泵、试验箱以及连接装置。测量装置主要包括真空表以及刻度尺；真空泵采用藤原550D型真空泵，为试验提供稳定真空值；为方便观测土体纵向沉降变化趋势，试验箱的长宽高分别取120 cm、宽50 cm、高50 cm。试验主要通过测量砂土、淤泥质土和黏性土在井点井加固作用下距离井由近及远的沉降量，通过试验沉降量与理论沉降量进行对比，然后修正理论沉降量值，最终通过沉降量求出真空井加固软土地基的影响半径，真空泵、试验箱、真空井以及抽水泵试验装置连接示意图如图1所示、实际装置连接图如图2所示，试验填土深度基本与试验箱高度相等。

图1 试验装置连接示意

图2 装置实际连接示意

1.3 实验方法

在试验箱上每隔20 cm竖向标记刻度尺，以便试验土样沉降后通过竖向刻度尺观测并记录沉降量(图3)；按照距离真空井的远近，每间隔20 cm记录土体初始沉降量，测量距离分别是0 cm、20 cm、40 cm、60 m、80 cm、100 cm、120 cm。为减小误差，在距离真空井影响半径为R的地方选取4个点测量取平均值如图4所示；抽真空后，待沉降值不再有明显变化，再次按上述方式测量最终沉降量。

图3 试验装置刻度尺示意

图4 选取4个观测点

1.4 试验结果与分析

1.4.1 砂土试验结果分析

根据试验记录的砂土最终沉降量与沉降位置关系绘制如图5所示砂土实验沉降与理论沉降对比图。图中沉降量较大的曲线是试验沉降值，沉降相对较小的曲线是理论沉降值。由图5可知，虽然实测沉降量上下浮动，但理论沉降和实际沉降曲线的走势相近，理论沉降量始终比实际沉降量小，并且理论与实测沉降量曲线变化趋势基本一致。

图5 砂土沉降对比曲线

1.4.2 淤泥质土试验结果分析

根据试验记录的淤泥质土最终沉降量与沉降位置关系绘制如图6所示淤泥质土实验沉降与理论沉降对比图。图中理论沉降量和实测沉降量由近及远都呈现出递减趋势，而沉降量较大的曲线是试验沉降值，沉降相对较小的曲线是理论沉降值；理论沉降曲线和实际沉降曲线变化趋势基本相近，理论沉降量始终比实际沉降量小；理论沉降曲线均匀递减，实际沉降曲线呈现出上下波动。

图6 淤泥质土沉降对比曲线

1.4.3 黏性土试验结果分析

根据试验记录的黏性土土最终沉降量与沉降位置关系绘制如图7所示粘性土实验沉降与理论沉降对比图。图中沉降量较大的曲线是试验沉降值，沉降相对较小的曲线是理论沉降值。由图7可知，理论沉降和实际沉降曲线变化趋势基本一致。

2 结论

本文通过试验研究砂土、淤泥质土以及黏性土理论沉降与实际沉降曲线走势，对比发现以下结论：

(1)理论解析与试验结果走势相近，基本符合理论预测情况。

图7 黏性土沉降对比曲线

(2)三种土体实际沉降均大于理论沉降是由于土体转运填埋过程中孔隙率变大。

(3)结果显示其沉降量由大及小分别是淤泥质土、黏性土和砂土，沉降量减小速度由大及小分别是黏性土、淤泥质土和砂土，因为砂土土体压缩模量最大，所以沉降量最小，砂土孔隙率最大，附加荷载地基速度慢，所以沉降地基速度最慢；淤泥质土由于孔隙率大于黏性土，所以沉降量大于黏性土，又其孔隙率大，附加荷载递减速度小于黏性土，因此沉降地基速度小于黏性土。沉降对比曲线显示，理论沉降与实际沉降的差值在一定的误差范围内，符合实际应用要求。