真空预压法在土建工程处理中的应用研究

2023-10-12周桂德崔剑伟彭文涛曾振宗李前通

中国建筑装饰装修 2023年18期

周桂德崔剑伟彭文涛曾振宗李前通

在土建工程中，土壤的力学性质对工程的稳定性和安全性有着重要影响。在某些地区和特定的土质条件下，土壤可能存在较高的含水量、低密度、弱筋结构等不利因素，这些不利因素会对工程造成严重隐患，如地基沉降、坍塌、侧滑等。传统的土壤处理方法包括压实、加固等手段，某些情况下的应用效果并不理想[1]。因此，研究人员开始尝试寻找新的土壤处理方法，改善土壤的力学性质。其中，真空预压法作为一种新兴技术，逐渐引起研究人员的关注。

真空预压法是一种利用真空技术进行地基处理的方法，它通过在地基区域放置真空抽气设备，在地下形成负压状态，引起土体孔隙中的气体和水分的流动，从而达到改善土壤力学性质和增加地基承载力的目的。该技术可提高土壤的排水性能，并通过抽气增强土壤的力学性能，施工成本及施工时间较低[2]。在此背景下，为优化该技术的应用，探讨真空预压法在土建工程处理中的应用。

1 工程概况

本次研究选自天津市某区的地基处理项目作为研究对象，由于该项目的面积过大，选取项目中的某一小区进行分析。根据该地的地质勘察报告可知，在距离地面向下20 m 以内的范围内，存在淤泥和淤泥质粉质黏土，且此地区降雨较多，导致浅层容易出现孔隙潜水，水位较浅，地下水的水位经常变化。施工时，须确保地基的固结度达到85%以上，并且地面测量显示的7 d 沉降率不能超过2.5 mm/d。基于此，本文探讨了真空预压技术在土体加固中的应用。

2 土建地基加固中真空预压施工设计

真空预压法是一种土建地基加固方法，通过在软弱地基上施加负压，使地基内部的水分被抽取出来，从而提高地基的强度和稳定性。真空预压法的施工原理如图1 所示。

图1 真空预压法施工原理（来源：作者自绘）

2.1 施工流程设计

根据该工程的地质，本次研究针对软土地基开展真空预压施工流程设计，如图2 所示。施工步骤主要包括地面清理回填准备、安装注浆桩加固、真空预压施工、沉降监测记录等步骤。本文主要根据施工要求，针对其软土处理及真空预压施工展开优化设计。

图2 软土地基加固真空预压施工流程图（来源：作者自绘）

2.2 地基清理回填施工

施工前利用挖掘机、推土机等机械设备清除场地的杂质和植被。如果工地上存在部分粒径为300 mm 以上的碎石，则必须用碎石机械将其粉碎，以确保工地平整，避免碎石对其后续的加固施工造成影响[3]。此外，针对场地中的低洼区域，应对其采用回填处理，以保证施工场地平整。即先在低洼区域周围铺设防渗透层，以防止水分渗透到软土地基中，后用合适的填料（如砂土或细土）进行逐层回填，并进行均匀压实，直至达到设计高度。施工完毕后，还需要将施工区域内的垃圾和废料清除干净，以确保施工过程的安全和整洁。地基清理回填施工流程如图3 所示。

图3 地基清理回填施工流程（来源：作者自绘）

2.3 布袋注浆桩加固施工

为改善软土地基的承载能力和稳定性，场地清理完毕后，先采用布袋注浆法对地基进行预处理。在施工过程中，为提升布袋注浆处理对地基的加固效果，本次研究改进了注浆的浆液，在常见成分的基础上添加适量三乙醇胺，以提升浆液的耐久性，改善其施工性能。根据实际工程场地情况设计孔位，利用钻机按照设计要求进行钻孔。钻孔完毕后进行注浆，即将带有布袋的注浆管放入预设位置，利用注浆管将增强后的浆液注入土工布袋中[4-5]。施工完毕后，浆液会在48 h内逐渐固化，通过这一操作可形成一个直径为300 ～400 mm 的圆柱状增强体，以达到对地基的初步加固作用，其施工流程如图4 所示。

图4 布袋注浆桩施工流程图（来源：作者自绘）

通过上述施工过程，可完成软土地基的初步加固工作[6-8]。施工完毕后，安装的桩体与土层形成了一个桩土增强体结构，依据该结构可对软土地基的承载能力进行增强，可有效减少地基沉降。

2.4 地基真空预压加固施工

为了提高地基的承载能力和稳定性，需要进行多项工作。

首先，铺设砂垫层，即先铺设一层250 kg/m2的土工布，后均匀覆盖厚度为500 mm 的中粗砂。其次，使用SPB100-B 型塑料排水带，将其插入淤泥层底部，并且使其呈正三角形布置，以减少地基中水分渗透和积聚，以保持地基稳定。再次，为了避免地下水流动影响地基加固效果，还需要在砂垫层上挖沟埋设管道，主管采用Φ63 mm 的聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）塑料管，间距设置为20 m；滤管采用Φ50 mm 的PVC塑料管，间距设置为6 m。最后，为避免真空预压过程中出现真空泄露，采用Φ700 mm 的粘土搅拌桩，搭接200 mm，其桩长约为8 m。通过建造密封墙，以有效封闭地基，确保施工过程中维持恒定的真空状态。为提供一个气密的施工环境，施工密封沟也是必需的[9]。该沟的顶部宽度约为3 m，开挖深度约为2 m，并采用1 : 0.375 的倒梯型修坡设计，以确保沟壁的稳定性。

在进行真空预压施工之前，还需要铺设真空膜，即先铺设土工布，完毕后在外粘贴3 层密封膜，使其总厚度不小于0.4 mm[10-12]。为确保真空系统能够稳定运行，应该选择功率不小于7.5 kW 的射流真空泵，并根据设计要求均匀布置在地基上。连接抽气管道和安装泵是关键的工作步骤，需要确保其稳固性和密封性。完成真空预压施工后，需要进行气密性检查和试抽测试，以验证真空系统的气密性能和运行状态。一旦检查合格，就可以开始正式抽真空。通过逐渐降低膜下压力，利用射流真空泵使真空度达到80 kPa 以上。通常情况下，真空预压工序需要持续至少90 d，以确保地基达到预定的稳定效果。最后，在地基达到预定的卸载标准后，进行卸载操作，即释放施加在地基上的荷载，实现地基的稳定和恢复。

3 实证测试

采用本文提出的方法和传统方法，分别对项目的特定区域进行软土地基的加固工作。施工完成后，在施工区域中选择了10 个监测点，并在每个监测点处设置多个沉降板，取均值以完成沉降监测，提升监测效果。在接下来的1 a 中，每个月记录并分析这些监测点的沉降情况，对比结果如表1 所示。采用本文提出的方法，其1 a 后沉降量为20.2 mm，而采用传统方法施工后，其在1 a 后沉降量达到34.8 mm，可见采用本文提出的方法的施工效果更好。

表1 监测点沉降情况对比单位：/mm

为了进一步验证本文提出的方法的可行性，采用该方法和传统方法，分别对项目的特定区域进行软土地基的加固工作。施工完成后，在施工区域中选择了10 个监测点，记录其使用寿命，如表2 所示。采用本文提出的方法后，软土地基加固的最大使用年限为12.5 a，比传统方法的最大使用年限增加了4 a，由此可证明该方法的施工效果更好。