不同真空预压施工工艺的应用效果及经济性

邹锋 ，陈运涛 ，刘文彬

（1.天津临港建设开发有限公司，天津 300452；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津 300222；3.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

真空预压法作为目前最常用的软土地基加固方法具有加固效果好、经济效益高等优点。近些年来根据不同工程的施工要求，真空预压法逐渐发展出了多种不同的施工工艺，其中最常见的有直排式真空预压、常规真空预压和增压式真空预压3种。

直排式真空预压是在常规真空预压法基础上发展而来的，该方法取消了常规真空预压法中的水平砂垫层，将塑料排水板与抽真空气管直接相连，消除了真空荷载在砂垫层中的能量损失，提高了真空利用效率。增压式真空预压是在直排式真空预压的基础上设置增压管进行增压处理，以达到地基土体的孔隙水压力消散，土体充分固结，强度增长完全的目的。国内一些学者已经对直排式和增压式真空预压的优势做了许多研究[1-7]，但针对于3种施工工艺的差异和特性研究并不多。

本文以天津某软土地基加固工程为依托，在天津某港区开展真空预压3种施工工艺的现场试验，设置3个试验区分别采用直排式、常规式和增压式真空预压法进行地基加固，并对加固过程中的土体表层沉降量和孔隙水压力进行动态监测，对比不同施工工艺的加固效果及经济性，阐明了直排式、常规式和增压式真空预压法的优缺点和适用性，为以后的实际工程提供理论和数据支持。

1 现场试验介绍

本试验场地位于天津港的某软土地基加固工程施工区，地基为吹填形成的陆域，土体分布及各物理力学参数如表1所示。

表1 地基土体参数Table 1 Parameters of foundation soil

将试验场地划分为3块试验区分别进行不同施工工艺的真空预压处理，各试验区采用的施工工艺详见表2。

表2 各试验区的施工工艺Table 2 Construction methods of test areas

地基加固过程中，现场埋设仪器，对各试验区的表层沉降、孔隙水压力等进行动态观测；并通过现场十字板试验检验各施工工艺的加固效果。

2 现场监测结果

2.1 表层沉降

由于试验区表层为欠固结的吹填土，其在真空荷载作用下相比于其他土层产生较大的沉降量，因此对试验区的表层沉降量进行监测，可有效评价不同施工工艺的加固效果。

表层吹填土地基的沉降量主要包括插板期沉降和真空预压期沉降。其中插板期沉降是地基土体在插板过程中土体固结产生的沉降，真空预压期沉降是排水板打设后在真空荷载作用下土体产生的沉降，各试验区土体的表层沉降量详见表3。

表3 各试验区土体的表层沉降量Table 3 Surface settlement of the soil in test areas

现场监测得到土体在真空预压期的沉降发展曲线如图1所示。

图1 试验区土体表层沉降发展曲线Fig.1 Surface settlement development curve of the soil in test areas

由图1可知，经真空预压处理后，3个试验区地基土体的固结度均达到85%以上，沉降速率均小于2.5 mm/d。真空预压期3号试验区产生的表层沉降略大，2号试验区次之，1号试验区沉降量最小，但三者差异不大，最大相差不足4.5%。说明无论采用增压式、直排式还是常规式真空预压施工工艺，表层吹填土地基产生的固结沉降量相差不大。

2.2 孔隙水压力监测结果

孔隙水压力是指在真空预压过程中地基土体产生的超静水压力，其增长与消散过程反映了软土地基的排水固结特性及有效应力变化规律，具有重要的研究意义。

地基加固过程中，分别在每个试验区中心位置开展孔隙水压力监测，每个观测点在深度范围内设置6个监测点，间隔3 m。意在通过观测塑料排水板深度范围内地基土体在不同深度内的超静孔隙水压力的消长规律，了解土体的固结状态和强度增长情况。各试验区的孔隙水压力变化曲线如图2～图4所示。

图2 1号试验区孔隙水压力变化曲线Fig.2 Change curves of pore water pressure in No.1 test area

图3 2号试验区孔隙水压力变化曲线Fig.3 Change curves of pore water pressure in No.2 test area

图4 3号试验区孔隙水压力变化曲线Fig.4 Change curves of pore water pressure in No.3 test area

由图2～图4可知，无论采用哪种施工工艺，在真空荷载作用下，各试验区各深度位置的孔隙水压力不断减小，说明土体的固结程度逐渐提高，强度逐渐增强。通过对比发现，不同试验区的孔压消散值存在一定区别，将孔压消散值随深度的变化曲线汇于图5。

图5 不同深度的孔压消散变化曲线Fig.5 Change curves of pore water pressure dissipating in different depth

由图5可知，1号和3号试验区的孔压消散最大值位于排水板中间深度处，向上或向下孔压的消散值均减小；2号试验区的孔压消散最大值位于排水板底部深度处，孔压消散值随着深度的增加逐渐增大，说明常规式真空预压施工工艺对深层土体的加固效果较好。3号试验区的孔压消散最大值较1号试验区的大20%，说明增压式真空预压施工工艺可有效提高孔压的消散效率。

2.3 加固效果分析

应用十字板强度表征各试验区地基加固完成后的土体强度，十字板强度越大说明加固后土体的强度越高。将各试验区土体的工后十字板剪切强度汇于图6。

图6 不同深度的十字板强度变化曲线Fig.6 Change curves of vane shear strength in different depth

由图6可知，3种施工工艺对软土地基进行处理后，土体的抗剪强度均有所增长，但其处理深度范围和加固效果存在明显的差异性。对于表层土体（4 m以上），1号试验区的加固效果最好，3号试验区次之，2号试验区最差，随着深度的增长，3号试验区和2号试验区的加固效果先后达到峰值，对于深层土体（10 m以下）3个试验区的加固效果相当。

3 经济性对比

汇总3个试验区的工程总价和单价，并进行对比如表4所示。

表4 经济性对比Table 4 Comparison of economic efficiency

由表4可知，直排式真空预压由于取消了水平砂垫层，同时不需要进行增压处理，因此其更具有价格优势，工程单价最低，为210元/m2；常规真空预压由于需要铺设0.5 m的砂垫层，单价有所提高，为264元/m2；而增压式真空预压由于需要进行增压处理，提高了材料费和人工成本，其单价最高，为270元/m2。

4 结语

本文开展了真空预压3种施工工艺的现场试验，通过监测加固过程中的土体表层沉降量和孔隙水压力，对比不同施工工艺的加固效果及经济性，得出如下结论：

1）无论采用直排式、常规式还是增压式真空预压施工工艺，表层吹填土地基产生的固结沉降量相差不大，沉降最大的3号试验区较沉降最小的1号试验区最大相差不足4.5%。

2）3种施工工艺均可令孔隙水压力消散，土体固结，但常规式方法可有效消散深层土体的孔压，而直排式和增压式可有效消散中间位置土体的孔压，且增压式较直排式加固法孔压消散值提高20%。

3）3种施工工艺均可提高土体的抗剪强度，但其处理范围和加固效果存在明显的差异。对于表层土体，直排式方法加固效果最好，增压式次之，常规式最差；对于深层土体3种施工工艺的加固效果相当。对于施工成本而言，增压式施工工艺的单价最高，常规式次之，直排式最低。