真空預(yù)壓法處理地基的原理及其工程應(yīng)用綜述

1、湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院2010級(jí)土木工程地質(zhì)大作業(yè)題目：真空預(yù)壓法處理地基的原理及其工程應(yīng)用綜述班級(jí)：土木1006班姓名：王全祥學(xué)號(hào)：10190610日期：2012.5.1真空預(yù)壓法處理地基的原理及其工程應(yīng)用綜述【摘要】：闡述真空預(yù)壓法處理軟土地基的加固機(jī)理及其施工工藝，介紹真空 預(yù)壓 技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，分析該方法加固軟基的效果，并由此歸納了 幾點(diǎn)有益的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓法 軟基處理 真空度 孔隙水壓力軟土的定義此文主要研究真空預(yù)壓法處理軟土地基的原理，所以首先應(yīng)該明白什么是軟 土，軟土即為天然含水量大，壓縮性高，承載力和抗剪強(qiáng)度很低的成軟塑-流塑 狀態(tài)的粘性土。我國軟土分布廣泛，主要

2、位于沿海平原地帶，內(nèi)陸湖盆，洼地及 河流兩岸地區(qū)。軟土主要是靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積的以細(xì)顆粒為主的第四紀(jì) 沉積物。軟土的工程性質(zhì)軟土的孔隙比和含水量：軟土的顆粒分散性高，聯(lián)結(jié)弱，孔隙比大，含 水量高，孔隙比一般大于1，可高達(dá)5.8,如云南滇池淤泥，含水量大于液限達(dá) 50%70%，最大可達(dá)300%。沉積年代久，埋深大的軟土，孔隙比和含水量降低。 軟土的透水性和壓縮性：軟土孔隙比大，孔隙細(xì)小，粘力親水性強(qiáng)，土中有機(jī) 質(zhì)多，分解出的氣體封閉在空隙中，使土的透水性很差，滲透系數(shù)K10-6cm/s， 荷載作用下排水不暢，固結(jié)慢，壓縮性高，壓縮系數(shù)a=0.720MPa-i，壓縮模量 Es為16MPa。軟

3、土在建筑物荷載作用下容易發(fā)生不均勻下沉和大量沉降，而且 下沉緩慢，完成下沉的時(shí)間很長。軟土的強(qiáng)度：軟土強(qiáng)度低無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 在1040kpa之間，不排水直剪試驗(yàn)的0 =25 C=1015kpa排水條件下0 =1015 C=20kpa所以在確定軟土抗剪強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)據(jù)建筑物加載情況選擇不同 的實(shí)驗(yàn)方法。軟土的觸變性：軟土受到震動(dòng)，顆粒連接破壞，土體強(qiáng)度降低， 呈流動(dòng)狀態(tài)，觸變的機(jī)理吸附在土顆粒周圍的水分子的定向排列被破壞，土粒懸 浮在水中，呈流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)震動(dòng)停止，土粒與水分子相互作用的定向排列恢復(fù)， 土強(qiáng)度可慢慢恢復(fù)。軟土觸變用靈敏度St表示St=Tf/TT式中Tf-天然結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度Tf -結(jié)構(gòu)擾

4、動(dòng)后的抗剪強(qiáng)度St 一般為34,個(gè)別達(dá)89,靈敏度愈大，強(qiáng)度降低愈明顯，造成的危害也 愈大。軟土地基的加固措施砂井排水 砂墊層 生石灰樁 強(qiáng)夯法 旋噴注漿法 填土法 軟沉 井堆截頂壓真空預(yù)壓法加固軟土地基機(jī)理真空預(yù)壓的加固機(jī)理是在外荷不變的情況下，通過抽真空對加固區(qū)密膜下的 土體施加流體壓力（負(fù)壓），并通過能夠傳遞流體壓力的孔隙介質(zhì)，在較短的時(shí)間內(nèi) 將其作用和影響由近及遠(yuǎn)地向距邊界較遠(yuǎn)的部位延伸，逐步建立起新的動(dòng)平衡。 在形成動(dòng)態(tài)平衡的過程中，土體得到了較快的固結(jié)。即通過在軟土地基上鋪設(shè)砂 墊層，并設(shè)置豎向排水通道（砂石，熟料排水板），再在其上覆蓋不透氣的薄膜 形成一密封層，然后用真空泵抽氣，

5、排水通道保持較高的真空度，在土的孔隙水 中產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，孔隙水逐漸被吸出，從而使土體達(dá)到固結(jié)。真空測頭構(gòu)造圖真空預(yù)壓中，水平、向排水構(gòu)造不僅具有排水（氣）作用,同時(shí)還起著傳遞真空壓力 的作用。不同的孔隙質(zhì)（如砂墊層、砂井、塑料排水板等）具有不同的流體阻力, 真空壓力在傳遞過程中會(huì)有所損失。影響流體阻力的主要因素是孔隙介質(zhì)的滲透 系數(shù)。據(jù)文獻(xiàn)1介紹，于10 m長的袋裝砂井，當(dāng)砂的滲透系數(shù)大于1.0X10-2cm/s 時(shí)，其井阻影響很小。軟土的加固效果與其滲透系數(shù)和埋深有關(guān)。由于軟土的滲 透系數(shù)一般都較小,因其真空度的衰減也很快,但人為設(shè)置的豎向排水通道同時(shí)也 極大地縮短了滲透距離，改善了真

6、空傳遞的條件。有關(guān)文獻(xiàn)2介紹,在打設(shè)20 m 長的砂井范圍內(nèi)，真空預(yù)壓均有加固效果。由于真空預(yù)壓產(chǎn)生的流體壓力是負(fù)壓, 它所引起地基土體的側(cè)向變位是向加固區(qū)內(nèi)收縮（與堆載預(yù)壓的方向相反）。因此, 一般不會(huì)產(chǎn)生路堤填筑過程中的穩(wěn)定問題，不受填筑速率的控制。真空預(yù)壓法主要（施工）方法目前,真空預(yù)壓法處理軟土地基可分為排水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)和密封系統(tǒng)3件項(xiàng)空麥PVC真宇表真奩度測頭! V 一M b個(gè)部分。真空泵多采用射流技術(shù),所用的土工合成材料(如密封膜等)也是一次性消 耗不再回收使用的。狀態(tài)a抽真空時(shí)流體狀態(tài)的演化過程圖施工準(zhǔn)備在勘察探明適于真空預(yù)壓法處理地基的預(yù)壓區(qū)內(nèi)標(biāo)劃出預(yù)壓區(qū)的邊線范圍并進(jìn) 行

7、原地面的清理平整，設(shè)置臨時(shí)供電網(wǎng)絡(luò)，組織材料、設(shè)備進(jìn)場和檢查驗(yàn)收。鋪設(shè)砂墊層并打設(shè)塑料排水板在預(yù)壓區(qū)內(nèi)滿鋪砂墊層(或其他滲水材料)，厚度一般為5080 cm,以中粗砂(含泥 量3%)為宜。有時(shí)砂墊層分層鋪設(shè)，其間夾設(shè)有土工格柵。在平整壓實(shí)后的砂墊 層上(格柵鋪設(shè)之前)插設(shè)塑料排水板(砂井或袋裝砂井)，間距一般為1.21.5 m,深 度根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求而定，一般不超過24 m。真空管網(wǎng)布設(shè)真空管網(wǎng)是傳遞、均布真空壓力及抽排水(氣)的管路,由主管和支濾管組成，一般 可選用具有一定強(qiáng)度和柔性的PVC塑料管材，依據(jù)加固區(qū)的面積大小和形狀定尺 制作。主管管徑為7090 mm壁厚不宜小于2.4 mm;支

8、濾管管徑5060 mm壁厚 不宜小于2.0mm,且外裹反濾材料(如無紡?fù)凉げ疾继?。主管和支濾管間采用變徑 三通、四通連接，同管徑的對接采用網(wǎng)絲膠管連接，端頭管設(shè)置封堵。在砂墊層上 布設(shè)、連接好真空管網(wǎng)后，就地挖溝將管節(jié)全部埋入砂層中,并通過出膜器將管網(wǎng) 與真空泵連接。密封膜鋪設(shè)密封膜材料一般選用密封性和韌性好、抗穿透能力和抗老化能力強(qiáng)的聚氯乙烯專 用土工膜,其材料參數(shù)為:膜厚0.120.14 mm;抗拉強(qiáng)度250N/5 cm;圓球頂破280 N;梯形撕裂40 N;滲透系數(shù)10-10cm/s。密封膜設(shè)2層3層，分次鋪設(shè)在平整好 的砂墊層表面，密封膜上下設(shè)無紡?fù)凉げ?250350 g/m2)加以

9、保護(hù)。真空度檢測元件埋設(shè)在密封膜鋪設(shè)之前,將標(biāo)定好的真空表測頭及其他觀測器件埋設(shè)于預(yù)定部位，并將 連接引線妥善引出加固區(qū)外。密封溝挖設(shè)在加固區(qū)的臨近四周挖設(shè)密封溝,深度視地層情況而定，一般23 m。密封溝主要 起著周邊密封作用，必須符合蓋膜閉氣要求，將密封膜膜邊沿密封溝內(nèi)壁垂直插入 軟土和平鋪于溝底，用黏土或淤泥回填，并在溝內(nèi)覆水。(7)試抽檢驗(yàn)試抽階段主要是檢驗(yàn)整個(gè)預(yù)壓區(qū)的密封性和設(shè)備、器件是否處于正常的工作狀態(tài), 發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)補(bǔ)救解決。正常情況下，泵口和主管的真空度可達(dá)9095kPa，濾管之 間的膜下真空度可達(dá)75 kpa以上(相當(dāng)于填土 4 m的等效荷載)，維持真空度不變, 地層即進(jìn)入正

10、常的預(yù)壓固結(jié)階段。在真空預(yù)壓的過程中，檢測地基的變形值和沉 降速率，并與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對照，測算固結(jié)度和工后沉降量，以此確定抽真空的時(shí)間長 短。一般情況下，保持膜下真空度75 kPa以上、連續(xù)抽真空34個(gè)月，地基平均固 結(jié)度可達(dá)80%以上。多種情況下，當(dāng)真空度達(dá)到穩(wěn)定后，即可同時(shí)進(jìn)行上部路堤填 筑或填土堆載，形成真空堆載聯(lián)合預(yù)壓，其疊加的效果更為顯著。這時(shí)，真空預(yù)壓實(shí) 際上起著超載預(yù)壓的作用。工程實(shí)例表典型工程實(shí)例序號(hào)工程名稱加固面枳 (X104m2)排水板深度(m)間距(m)施工年份1天津港南疆通用 散貨泊位后方堆 場軟基加固14.119.70.82002-20032天津港煤碼頭軟 基處理工程29

11、.120.50.9、1.31997-19983深圳媽灣港A! 碼頭后方堆場軟 基加固2.017.01.019954珠海發(fā)電廠地基 處理工程14.520-21.51.019935天津港東突堤南 側(cè)碼頭c-c斷面 后方軟基加固3.523.00.651989-19906汕頭港多用途泊 位后方集裝箱堆 場軟基加固5.724.91.01994-19957番禺南沙海堤護(hù) 岸工程后方軟基 處理加固216.2-32.71.020037工程實(shí)例分析（上表格）珠海發(fā)電廠地基處理工程：珠海發(fā)電廠地基處理工程中，試驗(yàn)區(qū)邊部一組塑料排水版的真空壓力進(jìn)行 的監(jiān)測，根據(jù)結(jié)果分析，真空壓力沿深度有所降低，但降幅較小。塑料排水

12、版范 圍內(nèi)的土體在壓力差的作用下得到固結(jié)，運(yùn)用真空預(yù)壓的方法使土體強(qiáng)度得到改 善。天津港南疆通用散貨泊位后方堆場軟基加固：天津港南疆焦炭非礦泊位滑坡區(qū)軟基加固工程加固面積為7433廿，加固區(qū) 北邊線距碼頭接岸結(jié)構(gòu)拋石棱體倒濾層坡角僅0.7m，滑坡前鋪設(shè)的中粗砂混入 加固土層，抽氣后膜下真空度很快達(dá)到80kpa以上，并達(dá)到預(yù)期的加固效果。天津港煤碼頭軟基處理工程：天津港煤碼頭軟基處理工程加固面積291000廿，設(shè)計(jì)真空預(yù)壓荷載80kpa， 預(yù)壓時(shí)間90天，固結(jié)度為90%，排水板間隔1.2m，盡管塑料排水板打入強(qiáng)透水 層中，但實(shí)驗(yàn)說明真空預(yù)壓對加固深度范圍內(nèi)都起到了加固效果，只是實(shí)驗(yàn)過程 中真空射

13、流泵流出的水量較多。深圳媽灣港A!碼頭后方堆場軟基加固：采用真空預(yù)壓法有效加固深圳媽灣港A!碼頭后方堆場軟基，但有效加固深 度不是真空提水高度，而取決于排水板或砂井的阻力。在此工程中排水管加固深 度為17.0m，其加固效果是非常好的，因此我覺得真空預(yù)壓法處理此類軟土地基 的原理可以在此類工程中進(jìn)一步使用。天津港東突堤南側(cè)碼頭c-c斷面后方軟基加固：天津港東突堤4810000廿堆場軟基加固工程，加固深度達(dá)到23.0m，塑料 排水板底高程均處在軟土層中，不打入下部透水層，所以20m以下塑料排水板范 圍內(nèi)地基也取得了較好的加固效果。汕頭港多用途泊位后方集裝箱堆場軟基加固：汕頭港多用途泊位后方集裝箱堆

14、場軟基加固工程，加固面積達(dá)到57000廿， 塑料排水板加固深度為24.9m，我認(rèn)為真空預(yù)壓法并不一定能達(dá)到理想的要求， 所以，在聯(lián)合堆載要求不高時(shí)我們還可以將加固區(qū)圍捻高度增加，提高覆蓋水厚 度，利用覆蓋水作為預(yù)壓荷載，避免采用聯(lián)合堆載，這樣還可以大大節(jié)約工程費(fèi) 用。番禺南沙海堤護(hù)岸工程后方軟基處理加固：番禺南沙海堤護(hù)岸工程后方軟基處理加固最大有32m，但同時(shí)20m以下塑 料排水板范圍內(nèi)地基也取得了較好的加固效果。但加固效果與汕頭港多用途泊位 后方集裝箱堆場軟基加固相比還是稍差了點(diǎn)，但是真空預(yù)壓法處理軟土地基的關(guān) 鍵是整個(gè)系統(tǒng)的密封性,目前的材料與工藝已能夠較好地解決這一問題。從技術(shù) 角度而言

15、，一次性加固2萬m2、膜下真空度達(dá)到80 kPa以上已不存在障礙;覆膜 的密封性可以通過嚴(yán)格的工藝控制得到保證;地層的透氣性可以通過人為設(shè)置帷 幕的方式加以解決?？紫端畨毫υ诩庸虆^(qū)土體中不同深度設(shè)置孔隙水壓力計(jì)，測得孔壓隨時(shí)間變化的實(shí)測資 料（如下圖所示）。在抽真空階段，隨著真空荷載的施加,不同深度的孔壓均未上升, 而是呈明顯的下降趨勢，孔壓下降的幅值約為60 kPa。地層淺部能夠很快達(dá)到或接近負(fù)值,7 m以內(nèi)的孔壓下降速率較為一致,平均約0.63kPa/d。深部孔壓在抽真 空初期下降幅度和速率極快,隨后較為平緩。所有孔壓在停止抽真空后，都有明顯 的迅速回升。L】月 IH in n I 月 3

16、0 日 1月。日 2/1 JUR jn H 3 月 口日3 月象 fl 4.1 J H 4fl UH 4 月HH期圖孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線真空度觀測真空度的高低是體現(xiàn)密封性的重要指標(biāo),也是提高軟基處理效果的重要保 證?，F(xiàn)場設(shè)有14個(gè)膜下真空檢測點(diǎn),各測點(diǎn)基本都維持在7580 kPa(如下圖所示), 滿足設(shè)計(jì)要求。圖真空度隨時(shí)間變化曲線結(jié)語(中心及總結(jié))真空預(yù)壓法具有加荷速度快、無需堆載材料、加荷過程中不會(huì)出現(xiàn)地基 失穩(wěn)現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，使地基穩(wěn)定性顯著提高、工期明顯縮短、工程造價(jià)降低。真空預(yù)壓法處理軟土地基的施工過程中需特別注意豎向排水體的打設(shè)、 水平墊層的鋪設(shè)、水平濾管的布設(shè)、塑料土工布、膜的鋪

17、設(shè)和密封溝的設(shè)置等。在真空預(yù)壓法的施工過程中，須建立科學(xué)的監(jiān)測方法，以有效地控制加載 周期，確定預(yù)壓及施工的最佳時(shí)間,是控制真空預(yù)壓法施工質(zhì)量的有效途徑。真空預(yù)壓處理軟土地基時(shí)，水平位移是向內(nèi)的,這一方面有利于處理軟基 的整體穩(wěn)定,另一方面會(huì)引起周圍地表面的開裂，影響到已建的建筑物和構(gòu)筑物， 需采取一定的措施加以防護(hù)。與其他堆載預(yù)壓方法相比,真空預(yù)壓法處理軟土地基具有荷載施加快、不 受填筑速率的制約、加(卸)荷易于控制、加固效果明顯且加固深度較大、簡便易 行的特點(diǎn)，尤其在工期緊張、缺乏路堤填料或預(yù)壓土源、預(yù)壓面積較大情況下，是 可供采用的快捷有效方法之一。真空預(yù)壓法處理軟土地基的關(guān)鍵是整個(gè)系統(tǒng)

18、的密封性，目前的材料與工藝 已能夠較好地解決這一問題。從技術(shù)角度而言，一次性加固2萬m2、膜下真空度 達(dá)到80 kPa以上已不存在障礙;覆膜的密封性可以通過嚴(yán)格的工藝控制得到保證; 地層的透氣性可以通過人為設(shè)置帷幕的方式加以解決(視地層的具體情況而定)。目前，80 kPa膜下真空度已經(jīng)可以滿足許多工程的實(shí)際需要。為了進(jìn)一步 提高預(yù)壓的工效,加快工程的施工進(jìn)度，可以采用真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓的方法，以取 得更佳的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。真空預(yù)壓中真空度沿豎向排水通道的傳遞和衰減的規(guī)律尚需進(jìn)一步地試 驗(yàn)分析與驗(yàn)證。目前的相關(guān)資料均表明,真空度能夠傳至加固區(qū)底端，且認(rèn)為塑料 排水板傳遞真空的效果要優(yōu)于砂井。真空預(yù)壓技術(shù)的應(yīng)用還需要在計(jì)算模式、專用的密封溝開槽布膜機(jī)械等 方面作進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。參考文獻(xiàn)及專家報(bào)告：袁廣龍，真空預(yù)壓法加固軟土地基的工程實(shí)踐，2003葉國良、張敬、郭術(shù)軍，真空預(yù)壓法加固軟土地基的幾點(diǎn)新認(rèn)識(shí)，2004于志強(qiáng)，朱耀庭,喻志發(fā)，真空預(yù)壓法加固軟土地基的影響區(qū)分析，2001李耀剛，劉德林，真空預(yù)壓法在軟基處理中的應(yīng)用研究，2000蔡金榮，真空預(yù)壓技術(shù)在杭寧高速公路軟基加固中的應(yīng)用，2003定培中、曹星，真空預(yù)壓在水下填筑路堤應(yīng)用及效果分析，1999龔曉南，岑仰潤，真空預(yù)壓加固軟土地基機(jī)理探討，2000艾英缽，施建勇,劉加才，真空預(yù)壓加固軟土地基沉降的簡化計(jì)算方法