吳玉金

南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 211135

0 引言

我國沿海地區(qū)分布著大量海相和湖相沉積的軟土地層，這種軟土地層含水量高、孔隙比大、滲透性差、強度及承載力低，且具有明顯的流變性。在這種軟弱地基上修建工程，常常會出現(xiàn)基礎(chǔ)或路堤沉降過大，難以穩(wěn)定。為此，必須要對天然地基進(jìn)行加固處理。目前多采用技術(shù)上較為成熟、費用較為節(jié)省的排水固結(jié)法。真空預(yù)壓是排水固結(jié)法的一種，具體的操作方法是在地基表面鋪設(shè)密封膜，并通過特制的真空設(shè)備抽取空氣形成真空，使砂墊層內(nèi)和土體中垂直排水通道內(nèi)形成負(fù)壓，加快孔隙水的排出速度，加速土體固結(jié)，并提高土體強度。

真空預(yù)壓法最早是瑞典的杰爾曼（W.Kjellman）教授于1952年提出，但直至1980年，交通部第一航務(wù)工程局科研所在天津新港開展現(xiàn)場試驗研究，1982年在天津新港軟基加固工程中成功應(yīng)用，解決了實用密封薄膜、抽真空裝置及關(guān)鍵施工工藝，使該法由理論轉(zhuǎn)為實踐。目前，真空預(yù)壓法已在港口工程、石油、化工、建筑、公用事業(yè)和機場等工程中得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 真空預(yù)壓法加固機理

式中，σ是總應(yīng)力，σ'是有效應(yīng)力，u是孔隙水壓力。

對于真空預(yù)壓，土體的總應(yīng)力不變。在真空預(yù)壓過程中，由于真空預(yù)壓是一種球應(yīng)力，三個方向的應(yīng)力增量均相等，也就是說土體的有效主應(yīng)力同步增大-du。同時，隨著土體有效應(yīng)力的增大，土體發(fā)生排水固結(jié)，最大剪應(yīng)力與莫爾強度包絡(luò)線對應(yīng)點的距離增大，即逐漸遠(yuǎn)離破壞線，土體越來越安全。所以真空預(yù)壓加固過程中不會出現(xiàn)地基失穩(wěn)的現(xiàn)象也不會發(fā)生剪切破壞。

2 工程實例

某工程位于上海市浦東新區(qū)，具體的地質(zhì)條件是一層1.5m的填土，一層1.5m厚的粉質(zhì)粘土，一層6m厚的淤泥質(zhì)粘土，第四層是8.5厚的淤泥質(zhì)粘土，第五層為約8.0m厚的粘土，第六層是4.0m厚的粉質(zhì)粘土，其下是未鉆穿的粉砂層，加固場地為90m90m的正方形。

3 施工概況

施工程序：場地地表水疏干→場地平整→鋪設(shè)一層土工布→鋪設(shè)下層風(fēng)化砂墊層→鋪設(shè)下層排水砂墊層→粘土帷幕、打設(shè)塑料排水板→埋設(shè)真空分布管→鋪設(shè)上層排水砂墊層→鋪設(shè)一層土工布→鋪設(shè)密封膜→真空泵安裝連接→抽真空預(yù)壓固結(jié)土層。

加固場地的塑料排水板按照三角形排列、間距1.6m，打入深度為20m。砂墊層的厚度均為0.5m，砂墊層填筑之后立刻插塑料排水板，之后迅速進(jìn)行真空預(yù)壓施工。該工程從2008年12月18日開始抽真空，至2009年3月28日卸除真空荷載，真空穩(wěn)定在85kPa左右之后。

4 現(xiàn)場監(jiān)測及成果分析

我們在檢驗真空預(yù)壓法加固軟基的效果時，往往根據(jù)地基是否穩(wěn)定來判斷，在加固區(qū)內(nèi)埋設(shè)大量現(xiàn)場設(shè)備，包括表面沉降板、分層沉降、真空度加固區(qū)外的測斜監(jiān)測等，根據(jù)監(jiān)測地基不同深度土體的側(cè)向變形情況來研究真空預(yù)壓加固機理。

4.1 表面沉降

通過實驗，我們可以根據(jù)結(jié)果繪出沉降曲線，曲線顯示卸載前中部最大沉降一般在9m以內(nèi)，邊緣沉降在7.5m左右；卸載后中部沉降為8.3m，邊緣沉降在7m左右，隨著時間的推移，沉降速度減緩，這充分說明了土體主固結(jié)變化速率是一個漸變收斂的過程。

4.2 分層沉降

實驗顯示，真空預(yù)壓區(qū)18m～30m得土層壓縮量小，12m以內(nèi)的土層壓縮量大，沉降明星，12m～18m得深度會出現(xiàn)前期沉降，后期土質(zhì)趨于穩(wěn)定，沉降也不太明顯，隨著制造真空的過程的深入，不會出現(xiàn)大規(guī)模沉降現(xiàn)象。

4.3 水平位移

真空預(yù)壓區(qū)測斜管水平位移在開始抽真空后，測斜管有向加固區(qū)內(nèi)的水平收縮變形。17m以上的土層會隨著抽真空的過程進(jìn)行發(fā)生明顯的水平位移，而17m以下的土層，土質(zhì)穩(wěn)定，不會出現(xiàn)明顯的水平位移。

5 結(jié)論

1）真空預(yù)壓法的主要加固機理是改變地基的孔壓邊界條件，針對本研究的實際工程，表明真空預(yù)壓的直接作用范圍可到地表以下18m；

2）加固過程中土體除產(chǎn)生豎向壓縮外，還伴隨側(cè)向收縮，不會造成側(cè)向擠出，特別適于超軟土地基加固；

3）真空預(yù)壓使土體產(chǎn)生等向固結(jié)應(yīng)力，而不會產(chǎn)生剪應(yīng)力，因此真空荷載可以一次性施加，土體不會產(chǎn)生失穩(wěn)；

4）施工設(shè)備簡單，易于購買，不易損壞，維修費用低廉，而且操作方便，便于施工的進(jìn)行，可以得到大規(guī)模的推廣；

5）施工過程中不會產(chǎn)生噪音，不造成環(huán)境污染，而且不需要大批量的堆載材料，可以避免大規(guī)模車輛的進(jìn)進(jìn)出出，減少運輸壓力，避免運輸對施工的干擾。

[1]蘭常光，江濤.南紙生活區(qū)軟基大填方施工技術(shù)[J].廣西土木建筑，1994(4).

[2]黃俊民，王先云.應(yīng)用深層攪拌法加固渠道軟基[J].江西水利科技，1993(3).