盧書強(qiáng)，徐平波

（三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

20世紀(jì)八十年代中國開始把真空－堆載預(yù)壓[1]作為國家科技攻關(guān)項(xiàng)目，通過試驗(yàn)得出真空預(yù)壓的加固機(jī)理[2，3]是通過降低土體中孔隙水壓力，也就是使加固區(qū)內(nèi)（真空膜所覆蓋區(qū)域）形成負(fù)的超靜孔隙水壓力，使加固區(qū)內(nèi)部與地基表層存在水頭差，形成滲流所需要的水力梯度。堆載預(yù)壓是由于堆載產(chǎn)生正的超靜孔隙水壓力，土的有效應(yīng)力不變，堆載應(yīng)力全部由孔隙水承擔(dān)，與排水邊界形成一個(gè)水勢差，使土體中產(chǎn)生一個(gè)向排水邊界的滲流場[4]，通過排水使得孔壓消散達(dá)到土體固結(jié)，強(qiáng)度得到提高。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法通過抽真空同時(shí)進(jìn)行堆載的方法，二者聯(lián)合作用，使得土體與排水邊界間的孔隙水壓力的壓差增大，即增加水頭差，從而提高土體內(nèi)孔隙水的滲透速率，使孔隙水壓力消散更快，加快土體固結(jié)速率，提高加固效果。真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的有效應(yīng)力為真空預(yù)壓引起的有效應(yīng)力與堆載預(yù)壓引起的有效應(yīng)力的線性疊加。而真空預(yù)壓所產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)“中和”堆載預(yù)壓所產(chǎn)生的側(cè)向擠壓力，不會(huì)使加固地基因側(cè)向變形過大而產(chǎn)生失穩(wěn)問題。簡言之，土體壓縮固結(jié)取決于土中有效應(yīng)力的變化，而有效應(yīng)力的變化取決于土中靜水壓力的變化，土中靜水壓力的變化取決于土體排水的快慢，它是時(shí)間的函數(shù)。而這個(gè)時(shí)間從實(shí)際上來說，跨度是比較長的，并不是理論上所說的3月左右。時(shí)間的長短與加固地基淤泥質(zhì)土層的厚度有很明顯的聯(lián)系。

1 固結(jié)度計(jì)算法

從加固土層特性以及實(shí)際工程應(yīng)用兩方面考慮，主要采用指數(shù)曲線配合法和Asaoka法這兩種經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算固結(jié)度，采用的主要指標(biāo)就是地基沉降量和時(shí)間。

1.1 指數(shù)曲線配合法

真空－堆載預(yù)壓法下的地基沉降是由地基土層三向壓縮固結(jié)引起的，其沉降由瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部份構(gòu)成。固結(jié)過程通常指主固結(jié)過程，指數(shù)曲線配合法正是按主固結(jié)的理論解求出的，它的計(jì)算過程沒有考慮次固結(jié)沉降。由排水條件下土層平均固結(jié)度的理論解為：

Ut為固結(jié)度，α、β為與沉降量St有關(guān)的待定參數(shù)。在時(shí)間沉降曲線上取恒載時(shí)期的三點(diǎn)沉降量S1、S2、S3，且t3＝t2，t2＝t1。根據(jù)傳統(tǒng)固結(jié)度Ut＝St／S∞可得最終沉降量：

此法在原理上遵循了太沙基固結(jié)理論，但是在實(shí)際應(yīng)用中要求實(shí)測沉降曲線在擬合后處于收斂階段才有意義，由于應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系是非線性的，所以線性化的假定會(huì)產(chǎn)生一定誤差，因此在預(yù)估沉降量時(shí)與起始時(shí)間t0以及Δt的選擇有直接關(guān)系。

1.2 Asaoka法

Asaoka法也叫做淺崗法[5]，是Asaoka提出的一種以等時(shí)間間隔所對應(yīng)的沉降量來計(jì)算最終沉降的方法：

假設(shè)

計(jì)算步驟：

1）按等時(shí)間間隔（Δt、2Δt、3Δt...）讀取所對應(yīng)點(diǎn)的沉降量（S1、S2、S3…）；

2）作出Si－Si－1曲線；

3）通過線性回歸得出β0、β1（tanθ）；

4）描出Si－Si－1曲線（沉降完成），找出沉降焦點(diǎn)；

此法在實(shí)際運(yùn)用中也是主要考慮主固結(jié)沉降而忽略了次固結(jié)沉降。

2 工程實(shí)例分析

該工程地處珠海橫琴島，場地內(nèi)揭露土層主要有：人工成因耕植土；第四紀(jì)濱海相沉積土層，主要由軟弱土組成；沖洪積形成的土層，主要由粘性土及砂土組成；殘積成因的砂質(zhì)粘性土或礫質(zhì)粘性土；其基巖為燕山期花崗巖。土層性質(zhì)為飽和淤泥質(zhì)土，呈流塑狀，厚度由10.5～45.3m。表層有50公分厚的新近吹填土。監(jiān)測區(qū)域有多個(gè)，我們選取其中一個(gè)淤泥質(zhì)土層厚度大約為35m的區(qū)域監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行分析：

圖1 Asaoka法計(jì)算簡圖

表1 不同時(shí)間間隔以及計(jì)算法計(jì)算出來的該地基土層固結(jié)度

在真空 堆載預(yù)壓進(jìn)行6個(gè)月使得各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求以后，場地進(jìn)行了卸載，并且對所處理的地基做了十字板剪切實(shí)驗(yàn)，承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求[6]，場地處理效果良好。

3 結(jié)語

1）由粘性土三維固結(jié)理論可知，真空－堆載預(yù)壓法在理論上的結(jié)合是科學(xué)合理的，并且由固結(jié)度計(jì)算過程中主沉降量與時(shí)間的曲線擬合關(guān)系可得選擇指數(shù)曲線配合法（三點(diǎn)法）和Asaoka法計(jì)算固結(jié)度是很適合工程運(yùn)用的。

2）真空 堆載預(yù)壓法處理粘性土地基時(shí)間并不是一般所說的90d左右就夠了，對于淤泥質(zhì)土層厚度在35m左右的土層來說而是需要更長的時(shí)間6個(gè)月左右。吉勃遜（Gibson）對只有土層表面排水的情況下總結(jié)出了土層沉積規(guī)律：沉積土層厚度與時(shí)間成正比[7]。所以由于所處理的淤泥質(zhì)粘土的厚度大小會(huì)嚴(yán)重影響固結(jié)時(shí)間。

3）由本文工程實(shí)例為依據(jù)可知，當(dāng)處理淤泥質(zhì)土層在40 m左右，固結(jié)度要求在80%的地基時(shí)，可以在5個(gè)月后開始試算固結(jié)度，并開始做卸載準(zhǔn)備。（本文在6月后計(jì)算出的固結(jié)度平均為90.5%，大于設(shè)計(jì)值10個(gè)百分點(diǎn)）

4）由真空預(yù)壓原理可知，真空度的大小和密封性對土層固結(jié)速度有很明顯的影響。

5）在用真空 堆載預(yù)壓法處理軟弱土地基時(shí)，保證抽真空效果以及預(yù)測預(yù)壓時(shí)間5～6個(gè)月是保證施工組織設(shè)計(jì)和項(xiàng)目工程目標(biāo)進(jìn)度計(jì)劃正常運(yùn)轉(zhuǎn)的首要條件。

[1]高志義.真空預(yù)壓法的機(jī)理分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1989（04）：45-56.

[2]沈珠江，陸舜英，等.軟土地基真空排水預(yù)壓的固結(jié)變形分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1986（03）：7-15.

[3]趙維炳，錢家歡，等.Semi-analytical Method for vacuum preloading of a foundation with sand drain[J].Science in Chiha，1989，32（3）：374-384.

[4]徐澤中、劉世同，等，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的滲流分析[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.30（3）：85-88.

[5]李明英.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法軟基處理的固結(jié)特性及沉降研究[D].中國石油大學(xué)，2008.5.

[6]張永鈞，等，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79－2002）[S].北京：中科多媒體電子出版社，2003.

[7]李廣信.高等土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.5.