真空预压处理软基的研究与发展

王成保

摘要：真空预压技术在高速公路、铁路、土木建筑等工程中得到了广泛的应用，真空预压加固软基理论取得了较大的进展。国内外学者也做了大量理论推导和实践模拟，且很多已经成为实物，国内外学者的研究为真空预压加固软基技术方面奠定了坚实的基础，本文总结了真空预压加固技术的研究和发展过程，并在分析真空预压技术特点的基础上预测了真空预压技术的应用前景。

关键词：真空预压；固结；软基加固

1 引言

我国境内分布着广泛的软粘性土层，这种软粘性土的特点主要是易压缩、透水性强、承载能力较低、抗压抗剪能力差，无法满足房屋建筑的基础设计要求，必须进行处理才能得到应用，而真空预压技术是处理此种地基的普遍方法之一。

真空预压法包括排水系统、抽真空系统和密封系统三个方面。真空预压法是在软粘土中设置砂井或者打设塑料排水板，在地基表面铺设多层砂层，用密封膜进行封闭，使其与外面大气隔绝，通过抽真空机械抽真空，使竖向排水板中形成负压，排出地基中的水分，进而使软粘性土固结，达到使用要求。该方法主要适用于厚度较厚、含水量较高的吹填场地.尤其是对渗透系数较大的淤泥和淤泥质土层效果更好。[1]

2 真空预压的特点

真空预压在处理软基方面的特点有：加载时不会引起地基失稳.无须控制加荷速率.荷载可一次快速施加；②在加固软基过程中不仅竖向和侧向收缩，而且还不会有侧向挤出；③施工过程代替了部分材料堆载预压，这样就减少了人工费、材料费、机械费；④施工作业效率得到提高，且施工方便，适于大规模加固软基；⑤加固软基的固结速率快，联合堆载预压时，使土体的密实度更高。

3 真空预压发展现状

真空预压法的基本原理是有瑞典皇家地质学院Kjellman教授提出的，其后在许多国家进行了理论研究、现场试验和运用。70年代由于施工工艺方面的困难，此法发展比较缓慢。1980年真空联合堆载预压法方面的理论研究有了很大的进展，取得了很多相关研究成果，使此法在我国得到了广泛的应用。

在理论研究方面，复合地基固结计算中的基本假设和基本固结方程均利用了竖井地基固结理论研究的一些成果。在竖井地基固结研究方面，Rendulic、R.A.Barron[2～3]都认为砂井排水率很大且仅考虑径向渗流的砂井理论；Kjellman[4]于1937年提出了等应变条件下的砂井理论，但以Barton的为应用最广；Carrillo[5]从数学上证明，多向渗流时孔隙压力比等于各单向渗流时孔隙压力比的乘积。因此，Carrillo定理就是将径向和竖向渗流合并后得出的。Carrillo定理在处理软基方面更加具有实际意义。Rowe[6]、Onoue[7] 、Hansbo [8]等国外岩土研究者在竖井固结研究方面做了大量的研究工作，使得竖井固结理论得到了更加完善和发展。

国内有关真空预压理论研究的工作者也很多。董志良结合真空及真空联合堆载预压法作用机理、设计理论与计算方法等方面提出真空预压可有效降低地下水位和孔隙水来提高土体强度及承载力[9]； 陈环提出了负压作用下一维情况的太沙基固结解，认为负压条件下的固结问题与正压条件下基本相同，在其固结计算中未考虑砂井的作用，实际上是将真空预压处理的地基视为均质地基[10]；岑仰润在单井的理论基础上，推导出真空预压固结问题若干解答[11]；郭彪等对真空联合变堆载预压下竖井地基固结进行了分析，提出采用真空预压联合堆载预压比只采用堆载预压固结要快及地基的竖向渗流对地基的固结度有较大影响[12]；周琦等研究了真空预压条件下的砂井地基Hansbo固结解[13]；。

综上所述，经过很多岩土方面的学者长期的学习和研究，软粘土固结方面理论得到了很大的进步，但是还有大量的工作需要新一代的学者去完善。

4 真空预压的趋势与存在问题

经过多年的努力，真空预压技术已经成为软基加固措施一种有效的方法，并且该技术在以后还有广阔的发展空间。

迄今为止，真空预压施工工艺已经成熟，但是对其效果并没有通过施工工艺方面进行分析，因而应考虑开展无损伤测试，如面波测试。通过设定不同的边界条件，利用初始条件进行分析固结效果，进而提高土的承载能力和减少沉降等问题。众多文献表明，固结理论方面的分析都是针对饱和土的，但是真空预压地基土中并非全部都是饱和土，也存在着局部是非饱和土，因而这一方面也有待进一步研究。传统方法都是简化成平面问题，但是一维已经表明距离实际方面还有差距，二维需要确定土性参数太多，而真空预压方面的实验费用也比较高。因而尽量用实验的方法得出易于测定的参数改进计算方法，三维有限元方法揭示了加固整体地基方面的数值模拟做了探讨。另外，有限元法前后处理繁琐，因而新的无单元法是发展的方向之一。目前真空预压都是通过砂井实现软基加固目的的，而碎石桩加固软基明显速率快，因此真空预压联合碎石桩复合地基固结分析也可作为研究方向之一。

真空预压法由于其抽真空设备抽取地基中的孔隙水，造成周围土体向内发生挤压，进而使周围地表出现大量裂缝，破坏周围房屋、道路、轨道等，表明了真空预压法的使用也存在一定的限制。这些都是真空预压存在的问题，值得注意。

5 结语

真空预压技术加固软粘土地基是一种方便、速度快、污染少的加固方法。经过国大量学者的研究，真空预压技术在国内已经得到很广泛的应用，且创造了相当大的效益，因此该法还有着很大空间需要发展。随着科技不断进步、施工技术的不断娴熟、检测方法不断更新，该项技术还将发展到一个新的水平。

参考文献：

[1] 卢文徽 .真空预压技术浅析 . 福建东辰综合勘察院 ， 2014，4 （1）.

[2] BartonR.A.Consolidation offine grained soilsbydrainwells.TransactionsofASCE，1948，113：

718-742.

[3] Barron，R.A.Foundatioil precompression wi血vertical sand draim.ISMFD，ASCE，1970，Vbl.96，No.SMl.Contribudon to the discussion.

[4] Kjellman w.Consolidation of fine·grained soils by vertical drains.Tram.ASCE，1948，Vbl.113，Contribution to the discussion .

[5] Hansho S.，Jamiolkows虹M.&Kok，L Consolidation by vertical drains.Geoteehnique，1981，3l（1）：45-46.

[6] 董志良.真空及真空联合堆载预压法加固软基机理与研究.水运工程，2005 .

[7] 陈环，真空预压法机理研究十年[J]港口工程，1991，（4）：17-25

[8] 岑仰润，真空预压加固地基的试验研究及理论研究[博士论文D]杭州浙江大学2003

[9] 郭彪，真空联合变堆载预压下竖井地基固结分析.湖南科技大学学报，2014，29.

[10] 周琦，张功新，王友元等.真空预压条件下的砂井地基Hansbo固结解.岩石力学与工程学报，2010，19（2）3994 — 3997.endprint