真空预压在港口工程陆域软基处理中的应用

任瑞利

摘 要：随着社会的不断发展，真空预压法施工技术日益成熟，与此同时，人们对加固机理的认识也更加深入，更是广泛应用于码头、港口、民用建筑、堆场等各种工程的地基加固环节。真空预压法不仅可以满足于高速公路的软基处理，还可以应用于排水固结预压法的区段，由此可见，真空预压法可以适用于大面积软基处理。

关键词：真空预压法；大面积；软基；处理

1 前言

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，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。该法由瑞典的杰尔曼教授于20世纪中期率先提出的，我国对真空预压法的应用也比较广泛，尤其是80年代初期，不仅密封闭气技术得以解决，还首次应用于天津港的软基处理中。

2 真空预压法加固的机理

真空预压法的加固机理是通过对加固区域的土体制造负压，来降低边界孔压，从而使其与土体中的原有孔压形成压力差，进而发生不稳定的渗透。土体中的孔压会随着时间的延长而降低，并最终转变为土体的有效应力。孔隙的水压力属于球应力，因此真空预压时各向所增加或减少的孔压是相同的，也正是基于此，只是地基中土地单元的莫尔圆大小并没有改变，只是向右平移了，等到卸除荷载之后，被加固土体就会比加固前的强度增加，由正常固结状态加固成为超固结状态。需要注意的是，因为真空预压的过程中，土体并没有发生剪应力，所以地基土并不会因为真空荷载的突然增加而遭受剪切破坏，这样可以进一步缩短工期。

3 关于真空预压停泵标准的探讨

目前而言，真空预压停泵标准主要包括两种标准：其一，施工消除的地基沉降比设计要求大。这种标准的理论基础是：以设计计算值为标准的最终沉降与施工沉降后残余的沉降量之差，必须控制在所允许的范围之内。这种标准存在的缺陷是：第一，仅仅通过工勘或者室内土试验，是很难精确把握地基土的物理学性质的，进而致使用来计算沉降的土性参数难以精确；第二，用来计算沉降修正系数的设计计算公式，往往是以简化假设为基础的，很难精确计算出瞬间沉降和次固结沉降的数量。其二，停泵前地基沉降的速率比规定值小[1]。这一标准的理论基础是：路面结构施工前的沉降速率与施工后的沉降存在相互关系，可以通过控制预压结束时沉降的速率，来控制工后沉降。这一标准的缺陷在于：软土是非线性弹性材料，且具有超固结特性，因此预压地基的沉降速率在卸载前后差异非常之大。

4 真空预压新型排水材料的概述及发展应用

4.1 新型排水材料的类型

传统的真空预压材料分为竖向排水体和水平排水体两方面：竖向排水体包括塑料排水板和袋装砂井两种，水平排水体包括砂沟、盲沟和砂垫层三种。但是，随着科学技术的不断发展，更多新型排水材料应用于真空预压之中，具体包括：

4.1.1 整体式排水板

分体式排水板是目前真空预压的主要运用材料，但这种分体式排水板的滤膜包覆在芯板的外面，且不与芯板粘结，因此存在芯槽易堵塞、外观差、隔土性差以及强度低等缺点[2]。

整体式排水板与分体式排水板不同，它的滤膜与芯板是紧逼贴合的，这样一来，不仅整体性好，排水空间大，而且在一定程度上节省了滤膜材料。

4.1.2 可测深排水板

可测深排水板分为钢丝式和数字式两种形式，可以对排水板经过打设后，在软土地基中的深度进行准确地反映。它符合严格控制打设深度，提高地基加固质量的要求，并且有效避免漏打和少打等偷工减料现象[3]。

4.1.3 塑料盲沟

20世纪七十年代，国外就已经对塑料盲沟进行了开发和应用，我国直到八十年代才开始研制，九十年代研制成功，目前我国已经开始研究对塑料盲沟的进一步推广和发展。一般情况下，塑料盲沟都被当作水平排水体来应用。塑料盲沟包括外包土工无纺布的滤膜和塑料盲沟体两个部分。塑料盲沟比传统盲沟的排水性好、重量轻、柔韧性更好、加工更简单、耐压力也更强，施工也要方便很多。

4.1.4 软式透水管

软式透水管是一种复合型的土工合成管材，它的骨架是经过防腐处理且外覆PVC等材料作为保护层的弹簧钢丝圈，管壁包裹材料则是聚合物纤维编织物或者渗透性土工织物。软式透水管可以作为水平排水体或者竖向排水体使用。

4.2 新兴排水材料的功能

如果区域密封良好，软式透水管的真空度上升速度基本等同于普通砂垫层中膜，而从整体来看，采用塑料盲沟和软式透水管作为水平排水体，可以保证在真空抽取后的一段时间中，膜下真空度符合设计要求。由此可见，软式透水管和塑料盲沟已经具备传递真空度和作为水平排水体排水两大功能。

5 真空预压设计施工

5.1 地表沉降

地表沉降觀测是软基沉降分析的基础，其变化规律是控制施工进度和安排后期施工的最重要指标之一，也是加固效果最直接的反映。真空预压处理地基土可分为工前沉降和施工沉降，本研究中设定地表沉降监测的为施工沉降。其中，真空预压区平均沉降量为383mm，最大沉降点发生在加固区中心Z3点为-416mm。在真空预压范围内，边缘地方较小，中心地带沉降较大，使得整个加固区的土体向里收缩，对土体稳定有利。沉降曲线在抽真空初期较抖，而后慢慢趋于平缓。即沉降速率较大，随时间的延长，沉降速率逐渐变缓，说明土体主固结变化速率是一个渐变收敛的过程。

5.2 分层沉降

通过分层沉降的观测，可以了解地基不同层位的分层沉降量；根据分层沉降变化规律，进一步分析深层土的加固效果和加固影响深度。从理论上讲，真空预压是通过抽真空使加固区生产负压，该负压与大气压力差，将土体内孔隙中的部分水排出，达到使土体加固的目的。土体具有一定的渗透性，塑料排水板内的负压对底部以下土体仍有影响。在开始抽真空至加荷时期，各磁环的沉降较大，随时间的延长，沉降速率逐步变小，表明各层的沉降也是一个渐变收敛过程。由于加固区淤泥层较厚且性质比较单一，不同深度的土层沉降变化规律明显，上部的磁环沉降最大，随深度的加深，磁环的沉降呈递减变小。

5.3 孔隙水压力观测

孔隙水压力是了解地基土体固结状态最直接的手段，根据孔隙水压力的变化规律，分析地基土体的固结机理，进一步研究真空预压法加固软基的机理和土体强度增长规律，亦可判断被加固土体的加固效果。各探头的稳定初始值基本接近地下水位压力的初始值，在真空预压阶段，孔压不同深度的28个测点随时间的延续呈下降的趋势，从一开始孔压有一个明显的下降过程，而5m范围内各探头的孔压值下降较快，在前三天下降变化最快为埋深1米的孔压计，随深度增加孔压变化量逐渐减少。

6 结语

随着科学技术的不断发展，当前工程技术界的新思想是以控制工后沉降为目的，来进行地基处理设计和施工，因此，对稳定性控制的要求越来越高，作为真空预压法，也应当顺应这一理念，不仅深化自身发展，还要研究将真空预压法与其他技术相联合，进而解决施工过程中如何控制工后沉降等严峻问题。

参考文献：

[1] 彭湘林.真空联合堆载预压法处理软基的影响深度与沉降预测[D].吉林大学，2012.

[2] 郭红燕.真空预压加固新吹填土地基排水板弯折对有效加固范围的影响[D].华南理工大学，2015.

[3] 吴俊桦.基于变形机理真空预压变形实用计算方法[D].华南理工大学，2013.