王成保　萇　寬　張玉國

(中原工學院建筑工程學院，河南鄭州　451191)

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真空預壓軟土地基加固理論和技術研究現(xiàn)狀★

王成保萇寬張玉國

(中原工學院建筑工程學院，河南鄭州451191)

摘要:介紹了真空預壓法的基本工作原理，論述了真空預壓軟土地基加固理論及施工工藝的研究現(xiàn)狀，分析了真空預壓軟土地基施工中存在的問題，指出將真空預壓工藝、監(jiān)測技術與信息化施工技術相結(jié)合，有助于實現(xiàn)施工過程的全面監(jiān)測，從而提高工程的社會經(jīng)濟效益。

關鍵詞:真空預壓法，地基，排水板，砂墊層

0　引言

真空預壓法是處理軟土地基的一種非常有效的方法，憑其工期短、費用低、加固效果好等優(yōu)勢，在公路、鐵路、建筑及水利等工程中得到了大量的應用。我國在20世紀50年代開始了試驗研究，1980年在塘沽新港中進行了現(xiàn)場試驗，使真空預壓施工工藝在工程應用方面獲得了成功。

真空預壓法包括排水系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)和密封系統(tǒng)三個方面?；竟ぷ髟硎窃谲浾惩林性O置砂井或者打設塑料排水板，在地基表面鋪設多層砂層，用密封膜進行封閉，使其與外面大氣隔絕，通過抽真空機械抽真空，使砂井或排水板中形成負壓，排出地基中的水分，使軟粘性土固結(jié)，進而達到建設工程的需要。

真空預壓軟基處理基本方案圖及施工工藝圖見圖1，圖2。

圖1　真空預壓軟基處理基本方案圖

圖2　真空預壓技術施工工藝流程簡圖

1　真空預壓理論和施工工藝的發(fā)展現(xiàn)狀

1．1真空預壓理論研究現(xiàn)狀

真空預壓技術早期主要是通過砂樁和碎石樁等散體材料樁實現(xiàn)的，其后發(fā)展成為剛性相對砂樁比較大的水泥土樁、CFG樁等。張誠厚、王伯衍和曹永瑯［1］通過試驗測定了砂墊層的真空度、淤泥中的真空吸力、沉降及出水量的時間過程線，還測定了試驗前后的含水量變化及十字板抗剪強度的分布，并取土做三軸剪切試驗測定土特性的變化。試驗表明，真空作用面移向底部后，會取得較好的加固效果。此外，真空排水管間距對加固效果會有明顯的影響。葉柏榮、董志良［2］通過改變初始條件和邊界條件，推導出真空預壓加固地基的固結(jié)解析解，并在此基礎上推導出真空聯(lián)合堆載預壓砂井地基的固結(jié)解析解。1993年，董志良在地基固結(jié)解析解的基礎上，通過正壓和負壓導出了加固區(qū)豎向固結(jié)滲流量、排水板的滲流量及加固區(qū)內(nèi)外滲流量的計算公式。Carrillo［3］從數(shù)學上證明，多向滲流時孔隙壓力比等于各單向滲流時孔隙壓力比的乘積。因此，Carrillo定理就是將徑向和豎向滲流合并后得出的，Carrillo定理在處理軟基方面更加具有實際意義。白志軍［4］從真空預壓的基本原理入手，詳盡闡述了真空預壓軟基處理的施工過程、施工工藝以及注意事項，從而提出采用現(xiàn)代化信息技術控制膜下真空度變化規(guī)律，加快施工進度的軟基處理，進而使軟基地基的路基填筑質(zhì)量得到提高。徐宏、鄧學均和齊永正等［5］通過試驗表明:真空預壓前期軟土強度迅速增長，真空預壓后期強度增長緩慢，同時分析了真空預壓排水固結(jié)強度增長的機理，對真空預壓排水固結(jié)強度增長規(guī)律性進行了驗證，得出軟土強度增長規(guī)律性與現(xiàn)場實測強度增長規(guī)律性相似;還通過有限元模擬法推算出真空預壓條件下軟土強度增長規(guī)律性亦表現(xiàn)出前期軟土強度增長速度大于后期，真空預壓排水固結(jié)軟土強度是非線性增長，而不是均勻增長的，且真空預壓條件下軟土強度不能無限增長，隨著時間而趨于一個終值。史宏彥、白琳和李偉［6］通過引入孔壓結(jié)點數(shù)和位移結(jié)點數(shù)不同的疊加單元，提出了一種適用于真空預壓砂井地基三維有限元分析的改進方法。郭彪［7］對真空聯(lián)合變堆載預壓下豎井地基固結(jié)進行了分析，提出采用真空預壓聯(lián)合堆載預壓比只采用堆載預壓固結(jié)要快，地基的豎向滲流對地基的固結(jié)度有較大影響。

1．2真空預壓施工工藝的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著真空預壓施工工藝方面的發(fā)展，真空預壓施工技術也日漸完善。許多國內(nèi)專家在工藝方面也做出了很多貢獻，扈勝霞、周云東、陳育民［8］對真空預壓在市政工程中軟土地基處理的質(zhì)量和施工工藝方面進行了闡述，指出在施工過程特別注意水平墊層鋪設、排水板的打設和水平濾管布設等關鍵工藝的操作;有在施工過程中，科學的檢測方法是控制施工質(zhì)量的有效途徑。徐平波、李成磊［9］通過真空—堆載預壓的微觀機理分析并結(jié)合實際工程案例，討論真空度沿土層變化規(guī)律及影響土層中真空度變化規(guī)律的相關因素，并指出氣體分子沿土層由高密度區(qū)向低密度區(qū)運動，由于淤泥質(zhì)土層對氣體分子有粘滯性，使得氣體分子在運動過程中能量損失嚴重，一般土層以下20 m處真空預壓效果已不存在，而地下水位線以下真空度是由水位線下降引起的。何浩強、高海江［10］通過對復雜條件下真空預壓法加固軟基施工工藝探討，指出當加固區(qū)下臥承壓含水層各處高程相差較大時，根據(jù)承壓含水層的不同位置，打設不同深度的排水板;在打設排水板下端1．5 m處的濾膜撕破，這樣就能滿足承壓層水的貫通影響和后期沉降的要求，提高施工質(zhì)量。胡利文、王永平［11］針對水力吹填超軟基加固特點，對大面積真空預壓施工工藝、吹填式施工工藝及密封墻技術等進行了探討，對淤泥表面用土工織布進行處理、長短攪拌墻及水平排水板處理砂墊層相結(jié)合的密封技術保證了真空預壓的排水固結(jié)效果和周邊密封的持久性問題。金小榮、龔曉南［12］詳細介紹了含承壓水地基的真空預壓施工工藝及在施工過程中砂墊層失效后的補救措施，提出了采用四周循環(huán)蓄水處理夾砂層漏氣的辦法，并通過實踐證明其良好的效果。唐蔚東、李鼎鼎和彭西來［13］通過對淺層處理無砂墊層真空預壓施工工藝方面進行了探討，并結(jié)合工程實例，介紹淺層真空預壓施工工藝的實施效果及特點。高雷、陳舉［14］提出了一種新型的直抽式無砂法真空預壓施工工藝，此工藝可以節(jié)省大量的砂，且減少施工工藝環(huán)節(jié)，降低費用。

2　存在問題

在施工工藝方面，如何有效實現(xiàn)真空度在軟土地基中的傳遞及衰減速率與軟土地基的固結(jié)變形速率的合理匹配和控制，減少因真空預壓軟土地基而誘發(fā)的周邊環(huán)境破壞問題還有待進一步深入研究和探討。在理論方面，對于復雜軟粘土地基固結(jié)問題，當采用真空預壓和散體材料樁聯(lián)合對其進行加固處理時，有關理論研究還尚少，其中，墊層厚度、樁體直徑、樁土體滲透性、真空度傳遞規(guī)律等諸多因素對此類方法處理下的軟土地基的固結(jié)和變形的影響尚有許多問題需要探討。

真空度主要由地表沿豎井或樁體向下逐漸傳遞衰減，很少采用真空度從地基底層或地基中間層向下或上下傳遞以達到軟土地基固結(jié)的要求，采用此類方法時地基固結(jié)速率會更快、效率會更高，但有關理論和技術支持還不足。另外，只有通過真空預壓施工工藝、監(jiān)測技術與現(xiàn)代施工技術及信息技術有機結(jié)合，才能實現(xiàn)對施工過程的全面有效監(jiān)測，從而加強施工安全，實現(xiàn)施工的完全機械化，合理控制施工工期，提高社會經(jīng)濟效益。

3　結(jié)語

本文重點闡述了真空預壓理論和施工工藝方面的發(fā)展現(xiàn)狀，進而提出了真空預壓軟土地基在理論和技術方面還需解決的一些問題，同時強調(diào)了真空預壓施工工藝、監(jiān)測技術與現(xiàn)代施工技術及信息技術有機結(jié)合的重要性和社會經(jīng)濟價值。

參考文獻:

［1］張誠厚，王伯衍，曹永瑯．真空作用面位置及排水管間距對預壓效果的影響［J］．巖土工程學報，1990，12(1):45-52．

［2］葉柏榮，董志良．真空預壓加固地基的固結(jié)解析理論［A］．第四屆全國巖土力學數(shù)值分析與解析方法討論會論文集［C］．1991．

［3］Carrillo N．Simple two and three-dimesional cases in the theory of consoildadion of soils［J］．Journal of Mathematics and Physics，1942(21):1-5．

［4］白志軍．關于真空預壓處理軟基施工及效果的探討［J］．石家莊鐵道學院學報，2009，22(2):89-93．

［5］徐宏，鄧學均，齊永正，等．真空預壓排水固結(jié)軟土強度增長規(guī)律性研究［J］．巖土工程學報，2010，32(2):285-290．

［6］史宏彥，白琳，李偉．真空預壓砂井地基三維有限元分析的一種改進算法［J］．巖石力學與工程學報，2014，33(1): 2936-2941．

［7］郭彪．真空聯(lián)合堆載預壓下豎井地基固結(jié)分析［J］．湖南科技大學學報(自然科學版)，2014(2):52-56．

［8］扈勝霞，周云東，陳育民．真空預壓法在市政工程軟土地基處理中的應用［J］．施工技術，2006，35(1):20-22．

［9］徐平波，李成磊．真空—堆載預壓法膜下真空度變化規(guī)律研究［J］．土木基礎，2014，28(3):73-75．

［10］何浩強，高海江．復雜條件下真空預壓法加固軟基施工工藝探討［J］．浙江建筑，2006(7):90-93．

［11］胡利文，王永平．南沙港區(qū)真空預壓處理水力吹填堆場地基施工技術［J］．公路交通科技，2005，22(4):44-48．

［12］金小榮，龔曉南．真空預壓部分工藝改進［J］．巖土力學，2007，28(12):2711-2714．

［13］唐蔚東，李鼎鼎，彭西來．淺層處理無砂墊層真空預壓施工工藝［J］．水運工程，2015(8):155-157．

［14］高雷，陳舉．直抽式無砂法真空預壓試驗研究［J］．中國港灣建設，2015，35(8):32-35．

Study status of vacuum preloading soft-soil foundation reinforcing theory and technology★

Wang ChengbaoChang KuanZhang Yuguo
(College of Building Engineering，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 451191，China)

Abstract:The paper introduces basic working principles of vacuum preloading method，discusses research status of vacuum preloading soft-soil foundation reinforcing theory and construction technology，analyzes problems existing in vacuum preloading soft-soil foundation construction，and finally points out that:the combination of vacuum preloading technology，monitoring technology and information constructing technology will be good for realizing whole-process construction monitoring，so as to improve social and economic benefits of the project．

Key words:vacuum preloading method，foundation，drainage board，sand cushion

作者簡介:王成保(1987-)，男，在讀碩士;萇寬(1990-)，男，在讀碩士;張玉國(1973-)，男，副教授

收稿日期:2015-10-13★:國家自然基金(項目編號:U12041593);河南省青年骨干教師資助計劃(項目編號:2013GGJS-118)

文章編號:1009-6825(2016)01-0074-02

中圖分類號:TU447

文獻標識碼:A