不同设计参数对真空预压处理效果影响的对比

孙开妍 张 吉

(1.天津东疆置业有限公司，天津 300456; 2.天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司，天津 300459)

1 概述

随着经济建设的不断深入，土地资源日益成为制约经济社会发展的一大瓶颈。在目前土地资源紧张、用地成本增高的情况下，沿海城市利用真空预压法加固吹填软土地基是较为成熟有效的一种地基处理方法。但近年来，沿海区域已吹填原地面标高相对更低，需要吹填土层厚度更大，加之工期紧迫要求成陆周期更短，与以往吹填后经过晾晒后的吹填土地基已有所不同。对于此类含水量高、压缩性比较大，深厚吹填土层需要寻求更好的真空预压地基处理效果，因而也需要探寻更好的真空预压地基处理技术参数以便在实际工程中推广应用。

2 真空预压工艺及技术参数

真空预压法(Vacuum Preloading)由瑞典皇家地质学院杰尔曼(W.Kjellman)于1952年提出的一种地基处理方法，该方法是在土体中总应力保持不变的条件下通过孔隙水压力逐渐降低而使总应力逐渐转化为有效应力的方法。具体机理是在总应力不变的条件下，抽真空形成的负压首先作用于排水通道中，使竖向排水体内(砂井或塑料排水板)形成负压，与土体中孔隙水压形成压差和水力梯度，发生由土体向排水体的渗流使孔隙水排出，使得土中的孔隙水压力减小，有效应力增加的方法[1]。即σ′=σ-u，抽气过程中总应力σ不变，对上式两端取微分有：dσ′=-du,表明土中孔隙水压力的降低值即为有效应力增加值，如图1所示。

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组成，施工工艺如图2所示，根据目前的施工经验，膜下真空度可以维持在85 kPa～95 kPa左右，一般的可取80 kPa作为设计压差，当固结度和沉降速率达到一定的设计要求时停止抽真空加载[2]。

固结度的计算是真空预压法加固软土地基设计中的一个重要问题，通过固结度的计算可以推算地基强度的增长，从而进行稳定分析，在这个基础上确定适应地基强度增长的加荷计划。如果已知逐级加荷下不同时间下的固结度，还可以推算各个时期的沉降量。根据JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范土层的平均固结度普遍表达式如下[3]：

(1)

其中，α，β均为和排水条件有关的参数，β值与土的固结系数、排水距离有关，它综合反映了土层的估计速率，根据地基土排水固结条件可按表1采用。

表1 α和β取值

3 真空预压参数对比试验

天津港保税区临港区域(北区)累计造陆83 km2，已进行地基处理面积约为62 km2，均采用传统真空预压技术。

传统真空预压技术在软土地基表层铺设砂垫层，以砂垫层、水平滤管、排水板构成排水系统；通过射流装置抽真空，将土体中的水气混合物由排水系统排出，达到土体加固效果。但存在工程成本高，耗电量大，安全风险高，易造成资源匮乏和生态环境恶化。

本文主要对不同参数对真空预压处理效果的影响进行对比，工程位于天津港保税区临港区域(北区)二期围海T7吹填区内，真空预压处理总面积约10万m2，吹填土层厚度约8 m，平均含水率79.1%，属于流塑状高压缩性、高含水率、高灵敏度、低强度的淤泥或流泥。本工程浅层处理阶段分为6个小区，每个小区通过打设排水板深度、抽真空方式、增压技术、打设排水板间距的不同进行组合，具体各小区设计方案见表2，各小区位置示意图见图3，真空预压处理后航拍图见图4，集成抽水技术及增压技术见图5，图6。

表2 浅层真空预压的设计方案及参数

4 监测数据分析

4.1 数据统计

本工程浅层真空预压处理时间60 d，各小区测得平均沉降量如表3所示，各小区沉降差异见图7～图12。

表3 各小区平均沉降量统计表

4.2 数据分析

由于本工程各小区真空预压处理区域临近，且浅层处理范围均为同期吹填土层，本次针对真空预压处理效果分析，忽略各小区地质条件差异，仅对各区浅层处理过程中沉降差异进行对比，分析各个参数对真空预压处理效果的影响。

1)从图7，图8可以看出，本工程传统抽真空方式相比采用的集成抽气技术沉降量相差分别为6.45%，5.41%，在均满足加固区内真空压力条件的前提下，传统抽真空方式真空预压处理效果略好于集成抽真空技术。

2)从图9，图10可以看出，浅层处理过程中插板深度7 m相比于插板深度4.5 m沉降量相差分别为36.06%，34.73%，真空预压处理插板深度对浅层真空预压处理效果影响大。

3)从图11可以看出，本工程浅层真空预压处理过程中，增压技术对沉降量影响仅为0.13%，有无增压技术对真空预压处理效果影响不大。

4)从图12可以看出，打设排水板间距0.7 m相比于间距0.8 m沉降量相差11.80%，真空预压处理插板间距对真空预压处理效果影响相对较大。

5 结语

1)从本工程试验结果来看，浅层真空预压处理中各参数影响真空预压处理效果大小依次为打设排水板深度、打设排水板间距、抽真空方式和增压技术。

2)浅层处理作为区域深层处理的前提，一般仅对区域吹填土层进行处理，吹填土层地质条件相对较差，浅层处理效果直接影响后续深层真空预压处理。

3)本次仅对各参数对真空预压处理效果进行分析，未考虑经济因素，后续工程可对此进行综合评价分析。

4)本次试验仅对浅层同期吹填土层真空预压处理进行对比，深层真空预压处理地质条件相对复杂，各项参数对地基效果影响应综合考虑。