真空預壓法簡介建筑土木工程

1、一.真空預壓法簡介真空預壓法(VacuumPrcloading)是指利用抽真空的方法，使土體中形成一個局部的負壓源，通過降低砂井或排水板中的孔隙水壓力而使土體中的孔隙水排出，從而增加有效應力來壓密土體的地基加固方法。如圖1-1所示，首先在原地基上打設塑料排水板作為豎直排水體，然后在地基表而鋪墊一定厚度的砂墊層，在砂墊層中鋪設排水濾管。將不透氣的薄膜鋪設在砂墊層之匕薄膜四周買入土中，通過埋設在砂型層中的排水灌管將膜卜.砂墊層中的空氣抽出，從而使砂型層和排水板中形成負的真空壓力，使排水板和周圍土體之間形成孔壓差，土體中的孔隙水在壓力差的作用卜.滲流到排水板中，通過排水濾管排出土體，以達到固結的目的

2、。真空預壓系統(tǒng)由抽真空系統(tǒng)、排水排氣系統(tǒng)和密封系統(tǒng)三部分組成，根據(jù)目前的施工經(jīng)驗，膜卜真空度可以維持在8595kPa左右，一般的可取8()kPa作為設計壓差。當固結度達到一定的設計要求時停止抽真空。密封膜真空預壓法具有以下主要優(yōu)點：(1)區(qū)別于堆載預壓，抽真空形成的壓差所產(chǎn)生的荷載，不會使土體產(chǎn)生剪應力，故地基不會發(fā)生失穩(wěn)破壞，我荷可一次快速施加，加固速度快，施工工期短；(2)加固過程中土體除產(chǎn)生豎向壓縮外，還伴隨向著加固區(qū)的側(cè)向收縮，加固后土的密實度較堆載預壓高，處理深厚軟基效果更好；(3)施工工藝、機具和設備簡單，能耗低，作業(yè)效率高，加固費用低，適用于大規(guī)模地基加固；(4)不需要大量堆載材

3、料，施工中無噪音、無振動、不污染環(huán)境；(5)更適用于狹窄地段、邊坡附近的地基加固等。二真空預壓加固吹填土地基室內(nèi)模型試驗研究目前，真空預壓法作為一種相對成熟的施工工藝已廣泛應用于沿海地區(qū)惘海造陸工程實踐，取得良好的經(jīng)濟效益。從施工的角度而言，真空預壓技術已相對成熟，但吹填土地基的真空預壓的理論研究缺遠遠落后工程實踐的需要，不少理論問題至今未能得到解決，如真空預壓中土體中真空度的縱向和橫向分布規(guī)律，了解真空度在土體中的分布情況將有助于真空預壓的理論研究和機理分析。目前國內(nèi)外時與真空度分布規(guī)律的研究較少，有必要通過試驗對其進行研究分析。隨著沿海刖星項目的發(fā)展，對土體的需求越來月迫切，陽海造陸生要是

4、由水力吹填的方式形成的吹填土地基，隨著吹填標高的降低，吹填厚度也越來月大，由原來的2m增加到現(xiàn)在的10m左右。吹填土地基是由含水量高達80%以上的吹填泥形成的軟土地基，在真空預壓過程中會發(fā)生很大的固結沉降。在吹填土地基真空預壓過程中發(fā)現(xiàn)很多理論上難以解解的問題，如加固一段時間后，土體中的水排出速度明顯降低，孔壓消散變得緩慢；加固完畢后上體上部強度增長明顯，但3m以卜土體強度增長很?。挥邢拊嬎憬Y果與實測數(shù)據(jù)存在一定的偏差等。這些現(xiàn)象一直沒有給出合理的解釋，對這些問題需要通過試驗的手段進行探索研究。21試驗目的為探索研究吹填土地基真空預壓過程中出現(xiàn)的問題，木大綱設計真空預壓模型試驗，通過室內(nèi)模型

5、試驗達到以下試驗目的：（1）通過記錄試驗過程中孔壓傳感器和真空表讀數(shù)研究真空度在排水板深度方向的分布規(guī)律，研究土體中真空度在橫向和豎向的分布規(guī)律。（2）通過對真空度、孔隙水壓力的變化以及土體固結沉降和排水情況觀察，探索排水板時間效應的存在，并分析其原因。（3）比較分析土體中相同位置處孔隙水壓力與真空度的相互關系。（4）走出能夠解決真空預壓過程中排水板效率降低的方法，本大綱通過二次插班來驗證排水板效率問題，并證明二次插板能夠解決排水板效率降低問題。2.2試驗裝置為了驗證高含水量超軟土真空預壓時間效應的存在性，并探究其產(chǎn)生的原因，本文設計加工了模型試驗裝置，如圖2-1所示。模型試驗裝置由模型槽、排

6、水體系、真空泵、真空表和量測系統(tǒng)組成。模型槽由鋼板和鋼構架定制而成，尺寸為長乂寬高=1.2mX1.2mX1.5m,采用鋼構架支撐外困鋼板槽，防止鋼板槽產(chǎn)生側(cè)向變形；排水體系由真空預壓濾水管、砂袋和塑料排水板組成，將排水體系打設于模型槽內(nèi)的土樣中，再將排水體系連接到由真空泵組成的抽真空裝置；量測系統(tǒng)由安裝在模型槽內(nèi)土樣表明的百分表和厘米刻度尺、真空表組成，匣米刻度尺用來量測泥面高度，真空表用來測量土體內(nèi)和砂墊層中的真空度，孔壓傳感器用來測量土中不同深度的孔壓。試驗模型見下面各圖：1200圖21試驗模型示意圖模型試驗所用的淤泥土樣初始狀態(tài)參數(shù)如表2-1所示，淤泥的體積為1.2mX1.2mXl.lm

7、,淤泥的初始高度為1.1m,初始含水量為90%,注入淤泥后的模型槽如圖2-2所示。淤泥注入模型槽后，在土體中打設排水板（打設過程如圖2-2所示）、埋設孔壓傳感器和真空表探頭（圖2-3）,其中排水板間距為30cm,成方陣形布置。6個孔壓傳感器在縱向上分別埋設于土體的30cm>60cm>90cm深度處，橫向上離排水板的距離分別為10cm、15cm、30cm。真空探頭的埋設方法根孔壓傳感器相同，孔壓傳感器和真空探頭的埋設如圖2-4所示。然后在上面鋪10cm的砂墊層，鋪設排水慮管，最后鋪設土工布并封膜（圖2-5）,連接并開啟真空泵（圖2-6）進行抽真空。土樣含水后廢液限/%烈限底型性指數(shù)容

8、乖（kN/m，）卜字板強澳（kPa）淤泥8550252514.792-5表2-1土樣原始物理性質(zhì)指標圖2-2土樣制備和排水板的打設圖2-3孔壓傳感器和真空表的布置圖2-4排水慮管及砂墊層鋪設圖2-5抽真空后的模型槽子圖2-6真空泵2.3 試驗方法該試驗由試驗模型槽子、排水板、真空泵、濾水管等組成，槽子尺寸為150cmx120cmx120cm,在槽子中放置110cm深的土樣，在土體中打設排水板，排水板的間距為30cm。在土體中分別放置兩組孔壓傳感器及真空探頭，一組為距離排水板10cm,深度為30cm、60cm、90cm,另一組距離排水板15cm,深度同樣為30cm、60cm、90cm,以讀取土體

9、不同深度以及距離排水板不同距離處孔壓與真空度隨時間的變化。在其中一個排水板不同深度分別為30cm、60cm、90cm處放置真空探頭（如圖2-8）,以測量真空度沿排水板縱向的分布。完成上述操作后，在土體上面鋪設30cm厚砂墊層，在砂墊層中鋪設濾水管，安置真空表以測量膜卜.真空度，在砂墊層上面鋪設土工布，最后在頂部封膜。將濾管與外面的真空泵通過定制的接頭相連，進行抽真空。試驗過程中記錄真空度、孔隙水壓力以及沉降量。加固一段時間后，當真空度、孔壓變化較小，并且低于設計值，沉降不在又明顯變化時，停止抽真空。這時打開封膜，對上體進行二次插設排水板進一步抽真空加固，并記錄后續(xù)真空度、孔隙水壓力以及沉降變化

10、數(shù)據(jù)。最后比較兩次加固的效果。排水板平面布置圖如圖2-7所示。圖2-7排水板平面布苴圖圖2-8排水板中真空探頭的分布2.4 試驗內(nèi)容為了達到前述試驗目的，在試驗過程中需要測量一下內(nèi)容：（1）實驗前測量上體的初始含水量、容重。（2）記錄試驗過程中的不同時刻不同深度處真空表及孔壓傳感器的讀數(shù)。（3）通過百分表記錄試驗過程中不同時間土體的表面沉降。（4）當抽真空一段時間后，連續(xù)幾天出水不明顯，孔壓及真空度上漲緩慢時，開膜測量土體不同深度及距離排水板不同距離處土體的含水量以及十字板強度。測試土體的容重。（5）完成第五步后在原先排水板之間進行二次插板，排水板間距變?yōu)?5,封膜繼續(xù)抽真空，其余數(shù)據(jù)記錄同前

11、一階段。<6）:式驗結束后測量上體不同深度及距離排水板不同距離處上體的含水量以及十字板強度。測試土體的容重。2.5 一次加固試驗結果分析2.5.1 現(xiàn)象描述土洋裝填至設定標高，排水板、真空探頭、孔壓傳感器插放完畢，濾管砂墊層鋪設完畢之后，將土體靜置30小時后開始抽真空，抽真空前測得其自重沉降為1.2cm,這部分沉降主要是因為土體是由含水量較高的淤泥泥漿形成的，為欠固結土，在土體自重作用和上部砂墊層重力作用，土體中存在超孔隙水壓力，當在土體中打設排水板后，相當于在土體中增加了排水通道，并且縮短了排水路徑，超孔隙水壓力迅速消散，從而產(chǎn)生了同結沉降。如第二章所述相同，這部分沉降為插板期間的沉降

12、，與現(xiàn)場情況相同。靜置30小時后，開啟真空泵抽真空。試驗開始階段，真空表膜下真空度上升速度較快，2小時內(nèi)即達到了60kPa的真空度。觀察孔壓變化,發(fā)現(xiàn)孔壓下降速率也較快，此時孔隙水已經(jīng)開始積聚在排水系統(tǒng)中。初始孔壓大于靜水壓力，表明存在由于土體自重和砂墊層自重作用產(chǎn)生的超孔隙水壓力還沒有完全消散，此時的孔壓消散是由抽真空和土體重力二者聯(lián)合作用的結果。觀察百分表讀數(shù)變化較快，6小時內(nèi)即發(fā)生了1cm的沉降，同時土體中心部分沉降速度較邊緣迅速,到了試驗后期，即加固400小時后，整個土體上部形成坑洼狀。抽真空大約兩小時后漉管出水管內(nèi)開始有水排出，出水清澈，較為連續(xù)，出水量較大。開始出水后10個小時內(nèi)，

13、水流較為連續(xù)，之后變?yōu)殚g歇性出水，在抽真空作用的過程中間歇時間不斷延長，由開始的10分鐘逐漸延長到1小時，到真空預壓作用后期，即連續(xù)抽真空作用持續(xù)了300小時后，間歇時間延長至12小時，400小時后則很少見到出水，間歇時間20至30小時不等。這種現(xiàn)象表明，在抽真空作用的過程中，排水板周南土體中的水漸漸推出，孔壓得到消散，而隨著抽真空作用的繼續(xù)，真空度不斷向周雨土體擴散，排水路徑延長，同時由于排水板周惘土體的固結，滲透系數(shù)變小，排水速率降低，砂墊層中的水有一個積聚的過程，因而才會出現(xiàn)間歇形排水。試驗開始后的前4小時內(nèi)未能觀察到土體中真空表的讀數(shù)，表明真空度由砂墊層和塑料排水板逐漸向周惘土體擴散需

14、要一個能量不斷積蓄的過程，真空表讀數(shù)表明淺層土體中較之深層土體首先開始形成真空度。當孔壓傳感器讀數(shù)為負值時，土體中真空表開始有讀數(shù)。之后隨著負的孔壓讀數(shù)的增長，土體中的真空度也繼續(xù)增長。膜下真空度在抽真空作用10()小時后上升到80kPa,之后緩慢上升到90kPa。隨著抽氣時間的增長，排水板與膜下的真空度均趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)，排水板中的真空度與膜下真空度的變化曲線相比，曲線形狀幾乎一致，在相同時間，排水板中不同深度的真空度值均低于膜下真空度并隨著深度的增加而逐漸減少，呈現(xiàn)一定的梯度反應了排水板存在一定的井阻作用。2.5.2 沉降隨時間變化分析試驗過程中記錄了不同時間的沉降值，建立了沉降與司結時間

15、的關系曲線，如圖2-9所示：抽口堂時間(H)25-圖2-9沉降隨時間變化曲線由曲線可以看出在抽真空初始階段，沉降較快，最初的50小時內(nèi)，沉降值基本呈線性增長，沉降值達到了8cm,完成了總沉降的40%,這也說明了土體為欠固結土，在真空預壓開始的階段是在土體自重和負的真空壓力共同作用下產(chǎn)生固結，當土體自重產(chǎn)生的超孔壓消散完畢后，真空預壓只有在負真空壓力作用下固結，因而會表現(xiàn)出開始階段沉降速率較快，隨著時間的峭長，沉降逐漸放緩，最后趨向于一個穩(wěn)定值。隨著土體的加固，土體孔隙比變小，滲透系數(shù)降低，真空度向距板遠處土體傳遞的難度加大，排水固結的效率降低，這也是后期沉降速率降低的原因。同時可由上圖看出，土

16、體中心部分沉降較大，邊緣處沉降值小于中心部分，差值達到3cm。253真空度隨時間變化分析（1）膜下真空度測試成果分析圖2-10為真空預壓過程中膜下真空度隨時間變化曲線，從圖中可以看出，膜下真空度隨著抽真空時間的增加，開始上升很快，經(jīng)過2個小時的抽氣，膜下真空度即可達到60kPa,5天即可達到90kPa左右，之后一直穩(wěn)定在90kPa左右。說明在抽真空的初始階段，隨著膜下砂墊層中的空氣被迅速抽出，膜下真空度隨抽氣時間的增加快速上升。抽真空時間（H）圖2-10膜下真空度隨時間變化曲線（2）排水板中的真空度測試成果分析隨著抽真空作用的開始，首先引起膜下砂墊層中真空度的變化，由于空氣的流體性質(zhì)，當膜卜.

17、砂墊層中的大氣壓發(fā)生變化，必然引起與之相通的塑排板中產(chǎn)生真空度，從而是負的真空壓力傳遞的土體中，使土體中孔壓不斷的消散。股卜真空度20100100200300400500600抽真空時間（H）圖2-11排水板不同深度真空度隨時間變化曲線圖2-11為排水板不同深度處真空度隨時間變化曲線，從圖中可以看出，排水板中的真空度，隨著射流泵抽真空開始，在抽氣的頭幾個小時，幾乎與膜下真空度同時快速上升。隨著抽氣時間的增長，塑排與膜卜的真空度均趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)，塑排中的真空度與膜卜真空度的變化曲線相比，曲線形狀幾乎一致，由于受到阻力的作用度，塑排板中的真空度隨著深度的增加而逐漸減少。證明了排水板井阻現(xiàn)象的存在

18、，塑料排水板中穩(wěn)定后的負壓分布沿深度方向的損失大約為3kPa/m,真空度的衰減率為0.25,根據(jù)這個規(guī)律，可以計算出現(xiàn)場插板深度為20m的排水板中延伸度的傳遞規(guī)律如圖2-12所示：-80kPa20kPa圖2-12排水板負壓分布規(guī)律2.5.4 土體中的真空度測試成果分析試驗過程中對土體不同深度的真空度進行了測試，土體中拈豎向真空度隨時間變化曲線如圖2-13所示：80 -050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600抽真空時間（H）(PCD!) MSJ圖2-13土中縱向真空度比較圖由圖2-13可知，土體不同深度處，真空度在抽真空作用開始時均上升較快，

19、上升速度表現(xiàn)為隨著深度增加遞減。抽真空一段時間后土體中真空度漲速放緩，開始逐步上升，但總體趨勢是趨于一個穩(wěn)定的數(shù)值。淺層30cm深處土體中真空度最終達到-70kPa,而深層90cm處真空度則最終穩(wěn)定在-55kPa。隨深度的增加,淤泥中真空度的衰減梯度較大，遠大于塑排真空度的衰減悌度。說明淤泥中的真空阻力相對較大，土體中真空度沿深度方向的損失大約為15kPa/mo由真空度在土體中隨時間變化曲線和真空度在排水板中隨時間變化曲線相比可以發(fā)現(xiàn)，真空度在上體增長是一個緩慢的增長過程，而真空度在排水板中則很快達到最大值，這說明其空度在土體中的傳遞是一個緩慢傳遞的過程，也是孔隙水壓力消散過程的一個反映。10

20、0抽a時間h)600圖2-14距板5cm處土體和排水板中真空度變化曲線圖2-14為距離排水板5cm處土體中的真空度，由上圖可見，隨著抽真空開始，在抽氣的頭幾個小時，板外近距離的土體幾乎與對應深度排水板中真空度同時快速上升。隨著抽氣時間的增長，塑排與土體的真空度均趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)。試驗開始階段二者真空度差值在10kPa左右，隨著抽真空的繼續(xù)，差位不斷減小，最終土體中的真空度逐漸與排水板吻合，表明真空能量的傳遞是需要一個長期的過程。圖2-15、2-16為土體在某一深度處距離板不同距離處的真空度隨時間的變化曲線，由圖可知，在橫向距離板越遠土體中的真空度越小，通過建立真空度一離排水板的距離之間的關系可

21、以發(fā)現(xiàn)真空度在橫向上也存在遞減現(xiàn)象，也可以建立類似輕向排水板中孔壓遞減規(guī)律，如圖2-17所示。600圖2-15 土體中30cm深度處離板不同距離的真空度變化曲線80圖2-17離板不同距離處真空度的變化曲線由以圖2-15圖2-17可以看出，距排水板不同距離處土體中的真空度的橫向分布規(guī)律是隨著與排水板水平距離的加大，土體中的真空度逐漸變小。表現(xiàn)為真空度沿著土體橫向的逐步衰減，這種衰減的幅度乂隨著土體深度的加大逐漸擴大。2.5.5 孔壓隨時間變化分析試驗過程中對孔壓進行了測試記錄，研究土體中不同位置的孔壓變化規(guī)律，圖2-18、圖2-19為土體內(nèi)不同位置的孔壓的變化曲線：抽真空時間(H)006O500

22、04- - oooooooooooo 2 1 123456 7 89(pen 二千5一抽真空時間(H)圖2-18距板15cm處不同深度的孔壓變化曲線O1000圖2-19距板不同距離處土體內(nèi)孔壓變化曲線由以上兩圖可以看出，淤泥中的孔隙水壓力隨著抽真空開始迅速卜.降，逐漸產(chǎn)生負的孔隙水壓力，隨著抽真空時間的增加，孔隙水壓力負值增大，孔隙水壓力卜.降幅度逐漸變小。由曲線圖可以看出，不同上體深度處孔壓的變化量明顯不同，淺層30cm處孔壓變化最大，由初始的5kPa變?yōu)樽罱K的-7()kPa060cm深度和90cm深度孔壓變化R明顯小于30cm深度的孔壓變化，達到的最大孔壓值為-52kPa和-48kPa&#

23、176;這從另一個側(cè)面說明了排水板中真空度傳遞的井租作用。圖中60cm和90cm深度孔壓變化曲線有所交錯，主要可能是因為排水板的彎曲變形，導致孔壓計與排水板距離的變化，從而引起孔壓數(shù)值不能真實反應設定位置的真實位置。另外，距排水板不同距離處土體中的孔壓消散表現(xiàn)為與真空度類似的橫向分布規(guī)律。隨著與排水板水平距離的加大，土體中的孔壓消散逐漸變小。2.5.6 真空度與孔隙水壓力關系曲線及分析真空度與孔隙水壓力作為兩個不同的概念，前者描述氣體狀態(tài)，后者描述液體狀態(tài)，兩者之間存在著怎樣的關系需要通過試驗數(shù)據(jù)來研究，為了探索孔壓傳感器測出的孔隙水壓力和真空表的讀數(shù)之間的關系，對同一深度距板同樣距離處孔壓和

24、真空度進行了測試，發(fā)現(xiàn)在數(shù)值上存在著近似的關系。圖2-20、2-21分別為30cm和60cm深度的孔壓與真空度的關系曲線。抽真空時間(H)(Bern 史WE至H200300400500600一一孔壓30cm 一真空及30cm圖2-2030cm深度孔壓差與真空度關系曲線抽真空時間(H)o o o o O -27 f-8 Qd 工二UWEWd200300400500600JlZL60ca 一真空度60an圖2-2160cm深度孔壓差與真空度關系曲線由以上兩圖可以看出，孔壓和真空度的發(fā)展趨勢相同，數(shù)值上比較一致。但在一些位置上也存在著一定的差別。有的文獻提出，隨著水位線的降低，真空度可能不能其實的反

25、應上體中的孔隙水壓力，本試驗中上體為飽和狀態(tài)，水位線可以認為在上體表而，在抽真開始階段可以觀察到真空軟管中有水出現(xiàn)，抽真空過程中，軟管中水位逐漸下降，由于本試驗模型較小，土體深度為1m,下降幅值不會太大，另外土層的沉降值也較小，考慮兩者的綜合作用，真空度與孔隙水壓力的讀數(shù)差值誤差在lOkPa以內(nèi),這與試驗測試結果相符合，證明上述推理是符合實際情況的。2.5.7 土體加固效果2.5.7.1 土體含水量及容重變化第一階段真空預壓持續(xù)530小時后，打開密封膜，去除砂墊層，對土體的加周效果進行定量測試，用螺旋式取土器取不同深度的土樣，對其進行含水量測試，土體不同深度處含水量的變化曲線如圖2-22所示：

26、深度(cm)圖2-22不同深度處土體的含水試由上圖可見，土體含水量大約在50%左右，土體初始含水量在90%,下降了35%-50%,加固效果較為明顯。此外，土體中含水量沿著深度方向下降幅度不一致，淺層土體由于土體中真空度較高，孔隙水壓力消散較快，排水路徑較短，含水量下降幅值比深層大。用環(huán)刀取表層土體，做容重測試，測出土體的容重值為16.28kN/m3,土體的初始容重為14.79kN/m3,容重得到了增長，這主要是因為隨著土體中水分的排出，土體的含水量下降，而土顆粒的密度比水大，使得容重值變大。2.5.7.2 加固后十字板強度本試驗所采用的儀器為英國ELE公司生產(chǎn)的“H-60Hand-HeldVa

27、neTester”，見圖2-23,該儀器測試精準且操作方便，已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應用；該儀器包含三種類型的卜字板頭，分別為16*32mm,20*40mm,25.4*50.8mm：其對應所測得的不排水強度范困分別為0-50kPa,0-100kPa,0-200kPao圖2-23H-60現(xiàn)場十字板儀本試驗在場地中一共選取3個位置，分別對深度為Ocm、l()cm、20cm、30cm、40cm、50cm和60cm的土層進行測試，試驗時將H-60十字板直剪儀插入土體中,旋轉(zhuǎn)上部的手柄(見圖2-24),宜至土體發(fā)生破壞，讀取此時的刻度值，所測得值為原狀土的抗剪強度值，然后對該處的重塑土進行十字抗剪強度試

28、驗，測得重塑土的抗剪強度值，據(jù)此可以計算土體的靈敏度。圖2-24測試土體的抗剪強度根據(jù)以上方法對加固后土體進行十字板試驗，取不同位置的十字板強度，建立了距排水般不同距離處土體十字板強度隨深度的變化曲線，如圖2-25所示：抗剪強度(KPa)203040506070日 口80圖2-25距排水板不同距離處土體十字板強度隨深度變化曲線根據(jù)以上關系曲線可知原狀土的十字板強度隨土體的深度有不斷減小的趨勢，上部土體強度提高幅度較大，下部土體提高幅度較小，這與現(xiàn)場情況基本相同，真空預壓加固到停止的標準后，土體的強度只有上部提高的比較明顯，即使再延長加固時間也不能使十字板強度進一步提高。由實驗得出的十字板抗剪強

29、度可知，加固后土體的抗剪強度介于3O-6OkPa之間，但是隨著深度的增加上體十字板強度急劇下降，這在現(xiàn)場監(jiān)測中也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象。另外，還可以觀察到距離排水板較近的土體卜字板強度較高，這與土體中真空度以及孔壓消散的規(guī)律相似。2.6 二次加固試驗結果分析2.6.1 真空度隨時間變化分析二次插板后，對土體進行二次加固，加固過程記錄了不同時刻脫下真空度和100t-板30cb板 60cM706050板中真空度隨時間的變化曲線，如圖2-26所示:板90ci膜F真空度050100150200250300350抽真空時間(H)圖2-26排水板不同深度真空度隨時間變化曲線由于進行了一次加固后，土體達到了一定的密

30、實度，所以試驗開始階段膜下真空度上升速度較快，半小時內(nèi)即達到了8()kPa的真空度，隨后1小時內(nèi)達到90kPa.之后一直穩(wěn)定90kPa左右。從圖中可以看出，排水板中的真空度，隨著抽真空開始，在抽氣的頭兒個小時，幾乎與膜下真空度同時快速上升。隨著抽氣時間的增長，排水板與膜下的真空度均趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)，排水板中的真空度與膜下真空度的變化曲線相比，曲線形狀幾乎一致，由于受井阻作用，塑排板中的真空度隨深度出現(xiàn)同一次加固相同的衰減規(guī)律。這說明真空預壓進行地基加固過程中，真空度沿排水板的衰減具有普遍的規(guī)律，這為以后的真空預壓有限元計算和相關的計算研究提供了依據(jù)。2.6.2 沉降隨時間變化分析固結沉降實衡量

31、真空預壓地基加固的一個市要因素，試驗過程中對土體表面的沉降量進行了記錄，建立了沉降量隨時間變化曲線，如圖2-27所示：抽真空時間(H)圖2-27沉降隨時間變化曲線上圖表明二次抽真空開始的頭10個小時，土體沉降較為迅速，達到了2mmz小時，之后沉降速度放緩，逐漸趨向于一個穩(wěn)定值，可見沉降曲線呈拋物線型。在連續(xù)加固50小時后土體沉降值達到1.2cm,期間土體沉降速度比一次加固后期快，土體的最終沉降值近3cm。表明二次插板加固能夠有效的對土體進行進一步的加固，提高了加固效果。2.6.3 孔壓隨時間變化分析試驗過程同時對土體中不同深度的孔隙水壓力進行了測試記錄，建立了孔壓隨時間的變化曲線，如圖2-28

32、所示:抽真空時間（H）圖2-28二次加固孔壓變化的線由上圖可見，二次插板抽真空開始階段，土體各深度仍有負的超級孔隙水壓力存在，并且表現(xiàn)為深處大于淺層的現(xiàn)象，這主要是由于，前后兩次插板抽真空間隔的時間較短，土體中的負壓未能及時消散。隨著抽真空的開始，土體中的孔壓迅速下降，在開始的50小時內(nèi)孔壓消散大致呈線性增長。連續(xù)抽真空100小時之后不同深度土體中的孔壓消散值基本達到一次加固后期的水平，之后的200小時，孔壓繼續(xù)消散，但消散速度明顯減緩，最終各深度土層中的孔壓值趨于穩(wěn)定。二次加固后期中的孔壓值普遍達到-75kPa以匕淺層30cm土體達到了-80kPa,與一次加固相比，孔壓得到了進一步消散，土體

33、得到更好的加固，因此，二次插板加固的試驗方法有助于提高真空預壓加固土體的加固效果，具有實際的工程意義，是一種值得進一步研究的施工工藝。2.6.4 二次加固效果分析2.6.4.1 上體含水量:及容重變化二次加固預壓持續(xù)330小時后，打開密封膜，去除砂墊層，對土體的加固效果進行定量測試，用螺旋式取土器取不同深度的土樣，進行含水量測試，土體不同深度處含水量的變化曲線以及與一次加固后土體含水量比較如圖2-29所示：深度（C»）051015202530354045505560305 0 5 03 4 4 5宗)語W七次插板T-次插板圖2-29土體不同深度含水量由上圖可見，二次加固后土體含水量在

34、一次加固后含水量的基礎上進一步下降，含水量繼續(xù)下降了大約在10%左右，表明二次插板后土體得到了進一步加固。含水量下降幅值與一次加固相比，在土體下部下降幅度較大。用環(huán)刀取表層土體，做容重測試，測出土體的容重值為17.41kN/m士體的初始容重為14.79kN/n?,第一階段抽真空后土體容重為16.28kN/m3,容重得到了進一步增長。2.6.4.2 十字板強度增長二次加固結束后，對土體不同位置的卜字板強度進行測試，分別建立了二次加固離板不同距離處上體卜字板強度與深度的關系曲線、同一位置兩次加固后土體十字板強度的比較曲線，如圖2-30所示：卜字板強度(KPa)圖2-30排水板外不同距離處土體卜字板

35、強度隨深度變化曲線卜字板強度(KPa)圖2-31兩次加固距板10cm處土體十字板強度比較I字板強度(KPa)圖2-32兩次加固距板15cm處土體十字板強度比較根據(jù)以上關系曲線可知，經(jīng)過二次插板抽真空，土體的抗剪強度得到了進一步提升，抗剪強度平均提高了5-l()kPa,加固效果較為明顯，十字板強度的增長主要體現(xiàn)在下部土體強度的增長上，從強度角度上講，二次加固解決了吹填土地基加固后上部土體強度增長明顯，下部土體強度增長較小的問題。表明二次插板再次加固方法是對吹填土地基實有效可行的。2.7 吹填土地基加固效果評價及原因分析隨著造陸區(qū)域范惘的擴展，原地面的標高越來越低，目前天津濱海新區(qū)用海造陸的區(qū)域由

36、原來的+2.0m降低到-2.0m以下，使得吹填土越來越厚，現(xiàn)在已經(jīng)接近lOmo吹填土的含水率一般在80%以匕常用的真空預壓手段的加固效果很難保證達到設計要求，并且與理論計算結果有很大差距。根據(jù)現(xiàn)行的真空預壓的有關規(guī)程，停止真空預壓的控制標準是變形不超過5mm/天。但檢測結果表明，在變形達到該穩(wěn)定標準后，表層土體表而卜字板強度可以達到40kPa左右，地表34m以下土體十字板強度只有l(wèi)OkPa左右，下而的吹填_L的加固效果更差。即使延K加固時間也不能使加固效果明顯改善。加固的實際效果是形成了一個表面的硬殼層。在使用階段，未得到很好加固的硬殼層以下的吹填土層實際上控制著地基承載力與L后沉降。這種現(xiàn)象

37、一直沒得到合理的解科，這個問題也沒有得到很好的解決。為了探索這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和解決問題的方法，本文進行了特殊設計的超軟土真空預壓模型試驗。試驗結果表明超軟土的大變形使排水板發(fā)生扭曲變形甚至折斷，其排水功能隨時間不斷降低，導致真空預壓達不到預期的加固效果。為了進一步探索提高加固深厚吹填土的有效的加固方法，進行了二次插板預壓試驗。通過比較一次加固和二次加固孔壓消散、含水量變化和十字板強度，探究一次加固效果欠佳的原因。2.7.1 兩次加固的孔壓變化圖2-33為一次插板模型試驗過程中孔壓變化曲線，圖2-33記錄了土體中不同深度處的孔壓變化曲線，由曲線可知，在加固44()小時后土體中的孔壓消散基本達到

38、穩(wěn)定，440-550小時過程中孔壓值基木上沒有什么變化，從曲線可以看出，土體加固已經(jīng)達到了一個穩(wěn)定狀態(tài)，但此時淺層土體孔隙水壓力只有70kPa左右，而深層的空隙水壓力只有YOkPa左右，比施加的真空度90kPa相差還很大,說明土體還沒有完全固結。抽真空時間(H)-80-90-30c«-*-60c«-*-90ca圖2-33不同深度處孔壓隨時間變化曲線圖2-34為二次插板再加固模型試驗過程中孔壓變化曲線，由曲線可知，在加固250小時后土體中的孔壓消散基本達到穩(wěn)定，最終孔隙水壓力達到了-85kPa左右，幾乎接近施加的真空度9()kPa,說明土體基本固結完畢。抽真空時間(H)qdM

39、二一二一圖2-34二次插板土體孔壓隨時間變化曲線由一次插板加固和二次插板加固的孔壓變化曲線可知，一次插板加固達到穩(wěn)定時淺層孔壓值達到-70kPa左右，深層只有-40kPa左右，已經(jīng)很難使孔隙水壓力繼續(xù)降低，而二次插板再加固可以使孔壓繼續(xù)降到-85kPa左右，幾乎接近了真空度的施加值90kPao說明在第一次插板加固后期排水板的效率已經(jīng)大大降低或局部失效，從而使真空預壓加固效率很低，孔隙水壓力很難進一步降低，以致達不到預期效果。二次插板再加固能夠使土體進一步固結，孔壓進一步降低，基本接近排水板中真空度。從孔隙水壓力變化曲線來看，二次插板再加固在很大程度上提高了加固效果。2.7.2 兩次加固后含水量

40、比較分別對一次插板和二次插板加固后的含水量進行測定，取不同深度處的含水作含水星與深度的關系曲線，如圖2-35所示，由圖可見，一次插板加固后土體含水量大約在47%-55%左右，土體初始含水量在85%,卜降了30%-38%。此外，土體中含水量沿著深度方向下降幅度不一致，含水量:變化上部明顯大于下部含水量變化。二次插板再加固后含水量大約在38%47%之間，比一次插板加固含水量又降低了10%左右，說明二次插板再加固能在很大程度上將含水量進一步降低。由的線可以看出，在深度40cm以下含水量降低較多。這在一定程度上說明了在40cm深度以下排水板的功能降低較多。這與后面排水板的變形范圍較吻合。由含水量的變化

41、曲線可知，二次插板再加固能夠使土體的加固效果在很大程度上得到了提局。深度(cm)05101520253035404550556030圖2-36、2-37為一次插板和二次插板加固后十字板強度隨深度的變化曲線,由曲線可知，一次插板加固后，卜字板強度隨深度增加急劇卜降，因為實驗為雙而排水，所以底部強度有所增加。二次插板再加固后I宇板強度隨深度遞減率得到了很大的改善，不像一次插板加固下降那么急劇。由曲線可以發(fā)現(xiàn)十字板強度在二次插板再加固后增加量比較大的是20cm下部分。這充分說明了一次插板加固后期排水板下部的效率降低甚至失效。二次插板再加固后下部強度明顯增大。I字板強度增試kPa)70-圖2-36離板

42、10cm處兩次插板強度隨深度變化抗剪強度(KPa)70圖2-37距板15cm處兩次插板十字板強度隨深度變化.肉板1Oon強度增過1“肉板15c*強度增Q圖2-38二次插板十字板強度增量隨深度變化曲線圖2-38為二次插板再加固后較一次插板加固后十字板強度增量隨深度變化曲線，由圖可知，二次插板再加固后的強度增長量在排水板下半部分增加的比較多，這充分的說明了排水板卜.部在一次插板加固過程中效率降低。根據(jù)以上關系曲線可知，經(jīng)過二次插板抽真空，土體的抗剪強度得到了進步提升，十字板強度平均提高了6-16kPa,加固效果較為明顯，表明二次插板再加固的方法是有效可行的，說明二次插板再加固有效的解決了一次插板中

43、排水板失效問題，使得真空度能夠在上體中得到更大范圍的傳遞，從而加快了上體的排水固結，提高了真空預壓后期的效率。由以上得出的孔隙水壓力、含水量、十字板強度變化規(guī)律可知，高含水量的超軟土地基真空預壓一次加固效果欠佳，通過二次插板再加固可獲得較好的加固效果，二次加固后含水量進一步降低，卜字板強度得到了進一步的提高，并且沿深度十字板強度衰減幅度得到了很大的改善。2.7.4 一次加固效果欠佳原因分析為了探究一次加固效果欠佳的原因，在模型土樣開挖一個剖面，露出土體中的排水板，發(fā)現(xiàn)一次插板加固階段的排水板產(chǎn)生了彎曲和折斷現(xiàn)象，二次插板階段的排水板沒有明顯的變形，如圖2-39-圖242所示：圖2-39一次插板排水板彎曲變形圖2-40排水板“Z”型彎曲變形圖2-41排水板變形范陽的測量二次插板板的形狀,次插板板的形狀圖242 (a)兩次加固排水板彎曲變形比較二次插板板的飛次插板板的形狀圖212(b)兩次加固排水板彎曲變形比較圖2-43排水板彎曲變形尺寸圖(cm)通過圖2-43可以發(fā)現(xiàn)，一次插板階段的排水板上半部分出現(xiàn)較大的“S”型彎曲變形，部分出現(xiàn)了死角，部分產(chǎn)生“Z”字形彎曲，某些局部出現(xiàn)折斷現(xiàn)象，這使排水板在一定范朋內(nèi)失去傳遞真空度、排水通道的作用。通過測量某一代表性的變形后的排水板，發(fā)現(xiàn)上部42cm的排水板變形較大，折角較尖銳，而下部40cm基本沒有變形。產(chǎn)生這種變形的原因主要是在