不同真空预压工艺处理软土地基效果分析

周俊辉，董淑海，金晖

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

0 引言

真空预压法自20世纪80年代引入中国以来得到了广泛的应用和发展，是处理软土地基最为快速、有效和经济的工法之一，理论基础[1-3]逐步成熟，应用实践日益积累，真空预压处理工程已超过200 km2。与堆载预压法相比，由于真空预压的快速加压、不需堆载料和节约时间的特点，在缺乏砂石料的地区，真空预压优势越发明显。在常规工法日益成熟的基础上，真空预压的应用也得到不停的探索，如浅层真空预压、低位真空预压、直排式真空预压[4]等，均是为了寻求更为经济、有效的处理工艺，使地基加固效果更佳，适应性更强，并节约成本、缩短工期，但新工艺的研究和应用案例还偏少，成果也存在差异。

本文基于越南河静钢厂基地工程的软基处理试验，对传统真空预压、直排式真空预压、水平排水带真空预压等工艺进行典型试验，通过现场监测数据和加固后效果检测，对不同工艺、加固效果、成本等进行综合分析评价，为本工程大面积地基处理提供设计和施工参数，也确定大面积处理的验收依据。本试验和研究成果也为真空预压的发展提供坚实的数据资料和案例。

1 真空预压加固机理

真空预压加固原理已逐步成熟，众多文献[1-3]对其进行了详细论述，也形成了相应的规程[5]。总体来说，真空预压通过真空抽水，引起土中孔隙水压力降低，使土中形成负的超静孔隙水压力，在总应力没有增加的情况下，降低的孔隙水压力就等于增加的有效应力，从而使土体发生固结。

常规真空预压法通过设置排水砂垫层和竖向排水通道，真空度的传递从排水主管，经砂垫层再传至塑料排水板，进而加固下卧软土层。一些工程测试数据显示，由于真空度的传递经过排水主管、支管、砂垫层及塑料排水板，传递途径的多样造成了真空度的损失，影响了真空预压的效果。另外，由于大部分地区砂石料价格飞涨，使真空预压整体费用增加，或者寻找不到满足要求的中粗砂垫层，造成加固效果不佳。为了尽量缩短预压时间，提高固结效果，降低地基处理的费用，直排式真空预压等工法应运而生，在一些工程中被应用和总结。

直排式真空预压是将排水主管通过转接器、支管直接与塑料排水板连接，或仅设置条带砂垫层包裹真空管，使真空压力直接通过排水主管、转接器、支管传入到塑料排水板内的一定深度。简言之，减少砂垫层或不用砂垫层，将真空管与排水板直接连接，目的是希望改变真空度的传递途径。减少真空度的传递损失，提高排水板中的真空压力，另外，节约砂垫层也节约了大量成本。

2 真空预压典型试验

2.1 工程概况

拟建工程位于越南中北部河静省奇英县东部约15耀20 km的三面环山、一面临海的滩涂湿地，工程占地面积约21 km2，拟建为钢铁生产基地，场区采用吹砂造地，场地最终设计标高平均为4.5 m。场区天然泥面标高为原0.5耀+1.0 m，存在较深厚的软土层，软土分布呈“锅底”状，工程外围软土较薄，0~3 m，中间区域3~8 m，中心区域8~18 m，主要软土层为于1层深灰色淤泥。主要物理力学指标[6]见表1。

表1 于1层土的物理力学性质指标表（平均值）Table1 Physical mechanical parameters of于1 stratum(average)

2.2 典型试验参数

由于本工程面积巨大，场区上部使用要求较高，在场地存在深厚软弱土层的情况下，选用合适的地基处理工法至关重要，既要消除沉降、提高承载力满足使用要求，也要控制工期和造价。为此，针对本区地质分布特点，专门进行了典型试验，包括强夯试验（试验不同的夯击能量、参数适应场区周边无软土区域）、动力排水固结（寻找适合工艺处理较薄软土区域），以及真空预压试验（寻找适合加固深厚软弱土层的参数），本次试验为本工程后续大面积地基处理提供工艺参数和验收标准。因现场条件所限，本次真空预压试验选取了软土厚度8~10 m左右的区域，试验区总面积2.0万m2，划分为4个子区，试验参数及工艺见图1。

图1 真空预压分区图Fig.1 Layout of vacuum preloading subarea

VC-1和VC-4区为直排法工艺（VC-1区采用了50 cm厚和50 cm宽的砂垫层条带包围滤管、VC-4区采用排水板与排水带直接连接），VC-2区和VC-3区为传统真空预压法，试验不同排水板间距下的加固效果差异，4个区域排水板均为C形板。4个试验子区软土平均厚度依次为9.8 m、9.3 m、8.2 m、8.9 m。

2.3 试验区施工情况

图2为不同试验区现场施工情况。

图2 现场施工Fig.2 Construction site

2.4 观测资料分析

真空预压的主要观测内容为膜下真空度、孔隙水压力、地下水位平均降深、总沉降量、区边侧向位移等，本试验区主要观测数据见图3及表2，并对各项数据进行分析比较。

图3 各区膜下真空度记录曲线Fig.3 Curves of vacuum degree under membrane at each subarea

表2 各区主要观测数据表Table 2 Main monitoring data of each subarea

1）膜下真空度

从图3可以看出：真空抽气10 d左右，VC-2、VC-3区逐渐趋于稳定，真空抽气20 d左右，VC-1区逐渐趋于稳定，真空抽气40 d左右，VC-4区才逐渐趋于稳定。从本次试验成果来看，传统真空预压膜下真空度更容易提高并趋于稳定，直排式排水板缠绕滤管工艺的真空传递能力稍弱；水平排水带传递真空度较慢，且不稳定。

由表2可以看出，真空度稳定期间，VC-1—VC-3区平均真空压力均达80 kPa左右，基本满足加载标准；VC-4区真空稳定后，平均真空度仅达到75.2 kPa，基于对水平排水带工艺的分析及国内类似项目的经验总结，是由于连接方式、细颗粒进入排水带等原因引起真空压力的传递衰减，这也是目前水平排水带工法普遍公认的一个弊端。

2）沉降值

沉降值最为直观地反映了地基加固的效果，由表2可以看出，各试验区真空抽气120 d，各区的平均总沉降量值关系为VC-3（0.8 m间距排水板）跃VC-2（1.0 m间距排水板）跃VC-1（直排法）跃VC-4（水平排水带）。VC-4区沉降量较其它区小较多，表明水平排水带工法效果较差。

3）地下水位观测

各试验子区内分别布置了2组水位观测孔，从地下水位降深来看：真空预压初期，地下水位下降较快，后期逐渐趋于平缓。各试验区水位降深值关系为 VC-2跃VC-3跃VC-1跃VC-4，水位下降与真空度观测成果是吻合的。VC-4区由于水平排水带在真空抽气作用下受挤压导致排水通道受阻，且局部因挤压破裂泥砂等进入排水带影响土体的纵向排水，从而影响下部土体排水固结。

4）深层水平位移观测

本次在试验区外侧3耀5 m处均匀埋设8组深层水平位移观测孔，在真空预压过程中，试验区周边上部土体位移量较大（基本发生在表层0~2 m范围），随着深度的增加位移量逐渐减小。位移呈内缩形式，最大位移量为235.8 mm，最大侧向位移发生在VC-3区，沉降最大值也发生在该区，反应出处理效果的吻合性，各试验区周边深层水平位移值见表3。

表3 深层水平位移观测表Table3 Horizontal displacement at deep stratum

2.5 地基加固效果分析

地基加固前后各试验分区于1深灰色淤泥的物理力学性质统计见表4、表5。

表4 加固前后于1土层的主要物理指标表Table4 Main physical parametersof于1 stratum before and after improvement

表5 加固前后于1土层的主要力学指标表Table5 Main mechanical parametersof于1 stratum before and after improvement kPa

表4、表5指标显示，真空预压后于1深灰色淤泥的物理力学性质均有改善，各区指标变化为：软土含水量下降了9.8%~13.6%，孔隙比下降了0.31~0.39，液限降低了17.3%~21%，物理指标的改良幅度达到20%~35%；力学指标中，三轴UU提高了2~5 kPa，十字板原状土强度提高了3.3~8.2 kPa（VC-1—VC-3区均有50%左右的提高），加固效果基本达到预期，本次加固试验效果或对土体强度的改善关系为：VC-3跃VC-2跃VC-1跃VC-4。

3 结语

1）从对比试验地基土物理力学指标改良效果来看，VC-2、VC-3区传统工艺较直排法VC-1区处理效果略佳，水平排水带工法的效果较差，真空度的传递改良仍有研究空间。传统工法中VC-3区（垂直排水带间距0.8 m）加固效果较VC-2区（垂直排水带间距1.0 m）略优，即针对该软土层，排水板间距小于1.0 m后，效果提高不明显。

2）本次对比试验显示：直排式真空预压法从真空压力的传递、地基土的预压沉降量、影响深度及加固效果等方面虽稍逊于传统真空预压法，但考虑到直排式真空预压法可以节省中粗砂垫层，成本更节约，因此，直排式真空预压的运用仍有较好的市场前景。

3）本次真空预压试验后确定本工程大面积地基处理主要采用传统真空预压法，辅以部分直排式工艺，为大面积处理提供了设计和施工参数。4）真空预压新工艺的工程实例日益增多，因其处理效果还不稳定，还需对真空传递接口、排水板形式等进行试验与对比，需在加固时间、效果、经济性等方面积累不同地区的经验，逐步推广应用并进入规范。