论真空排水预压法加固软地基

　　摘要：在我国沿海和内陆地区广泛分布着软弱粘土层，由于这种粘土层含水量高、压缩性大、强度低、透水性差，在此种地质上施工较为困难。文章以浙江乍浦白沙湾工地为实例，着重分析了真空排水预压法在加固软土地基方面的应用，介绍了真空排水预压法的机理、特征、特点，结合白沙湾有关的地形地貌和工程施工数据，对真空排水预压法进行了深入浅出的分析。
　　关键词：真空排水；加固；沉降
　　
　　在我国沿海和内陆地区广泛分布着海相沉积和河相沉积的软弱粘土层。这种土的特点是含水量高、压缩性大、强度低、透水性差。由于其压缩性高、透水性差，在建筑物荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，而且沉降过程延续时间可能很长，有可能影响建筑物的正常使用。工程中如碰到此类土质，原先一般采用好土置换、石灰桩、井点排水等排水固结的方法，下面重点介绍和论述一下真空排水预压法。
　　真空排水预压法加固软土地基的方法是属于排水固结法的一种。一般来说都是先在欲加固的软土地基上按一定间距搭设塑料排水板或袋装沙井（统称垂直排水通道），然后在地面上铺设一定厚度的砂垫层，再将不透气的薄膜铺设在砂垫层上，借助于埋设在砂垫层中的管道，通过抽真空装置将膜下土体中的空气和水抽出，使土体得以排水固结，土体的强度同时也得到增长，达到加固的目的。此系统分排水系统和加压系统两部分。
　　在真空排水预压法加固地基时，在地上施加的不是实际重物，而是把大气作为荷载。抽气后，薄膜内砂垫层中的气体首先被抽出，其压力逐渐下降，薄膜内形成一个压差，使薄膜紧贴于砂垫层上，这个压差称之为“真空度”。垂直排水通道在真空排水预压法中，不仅仅起着垂直排水、减小排水距离、加速土体固结的作用，而且起着传递真空度的作用，“预压荷载”在这里是通过垂直排水通道向土体施加的，垂直排水通道在这里是起着双重作用。
　　真空排水预压法，土越软，其收缩变形也越大，尤其不会引起附加沉降量（或者是负值）。说明孔隙压实程度或固结效果比一般固结方法要好。另外，现场试验结果表明用真空排水预压法加固时，“荷载”是一次施加的，可看作瞬时加荷。荷载无须分级施加，不必担心加固过程中会出现地基失稳情况；经真空排水预压法加同的地基．其侧向变形是向着加固区的。
　　对真空排水预压法来说，被加固土体中的A、B、C、D各点（见图1）在加固前都处于k0应力状态，k0位于线上；加固中产生的附加有效应力△σ′1=△σ′3，即△σ′3/△σ′1＝1.0，它们的有效应力路径是一组平行于p′轴的水平线，都位于k0线的下方，说明加固中土体都发生侧向收缩变形，没有侧向挤出变形的情况。
　　因而，在加固区周围出现收缩裂缝，地面没有隆起现象，从现场可清楚地看到裂缝的出现。
　　现介绍一个实例：
　　在上海石化白沙湾地区修建一条油库区排水系统管道，由于白沙湾地区地质构造属第四纪河口滨海相沉积，土层的主要数据如表1。因为管道埋设在淤泥质粉质粘土层，距管道平行方向30米有高差6米的海堤构作物，故产生平行和垂直的位移，平行位移最大达到2米，垂直向上弓起1米，根据建设单位的要求挖起管道，软基处理后重埋设。
　　根据现场的土层条件，采用新工艺真空排水预压法加固软地基，工艺的步骤是：平整－铺设垂直排水系统－挖排水沟－铺设水平排水系统－铺设保护沙层－铺薄膜－接真空泵，膜下真空度表－开泵抽水。
　　在抽水一开始出现漏气的问题，主要原因是排水沟处，薄膜覆盖处的边坡没有平整好，膜下真空度一高，膜外的大气压就把凹陷处的薄膜压穿了，在整个加固区供布置了4只真空压力表，从监测结果显示在整个加固区各点的真空度分布均匀，真空度最大沿程损失为4kPa。图2为真空度与时间的关系曲线。
　　在整个加固区内布置三各断面，按埋深1米、2米、3米分别埋设孔隙水压力探头。从实地监测的数据显示，在真空作用下孔隙水压力（附加压力）逐渐增加，当真空度下降孔隙水压力也随之下降，当真空度恢复后孔隙水压力也随之恢复，这表明孔隙水压力与膜下真空度相关良好，真空负压是有效的。
　　为提高抽真空工效、减少机械故障，拟从以下几方面进行改进：
　　抽真空过程中，记录真空负压、水平排水系统出水流量、观察真空泵、集水井中潜水泵的工作状况是否正常等工作，现均由人工24小时监控、记录。拟从自动化控制着手，既可降低监控人员的工作强度，又可提高采集数据的可靠性、提高监控质量、减少机械故障的发生频率。
　　在不稳定基础上打插塑料排水板、抽真空过程中泥封层发生的收缩裂缝处理、施工过程中因地基发生较大的不均匀沉降而致的水平滤管网断裂等问题，拟研制专用机械与监控设备。
　　根据中石化上海金山工程公司勘察设计院对处理前后地质勘查的数据对比，对超软地基加固前后的土层物理力学性参数进行对比后发现含水量、孔隙比有明显降低，粘聚力、内摩擦角有明显提高。
　　含水量（w）降低24.2%
　　孔隙比（e）降低23.9%
　　直剪固块（峰值）——粘聚力（c）提高24.1%
　　直剪固块（峰值）——内摩擦角（?覫）提高78.9%
　　可以说真空排水预压法在白沙湾的运用是相当成功的，它的运用使白沙湾施排水管铺设工作业面的地质情况明显改善，有效得保证了工程的工期，质量和安全。而且由于真空预压排水法在运用时，要求的预压材料少，相对于静压排水法投资较小，所以为本工程节约了大量的人力物力和财力。
　　
　　参考文献：
　　1、娄炎.真空排水预压法加固软土技术[M].人民交通