論真空排水預壓法加固軟地基

　　摘要：在我國沿海和內陸地區廣泛分布著軟弱粘土層，由于這種粘土層含水量高、壓縮性大、強度低、透水性差，在此種地質上施工較為困難。文章以浙江乍浦白沙灣工地為實例，著重分析了真空排水預壓法在加固軟土地基方面的應用，介紹了真空排水預壓法的機理、特征、特點，結合白沙灣有關的地形地貌和工程施工數據，對真空排水預壓法進行了深入淺出的分析。
　　關鍵詞：真空排水；加固；沉降
　　
　　在我國沿海和內陸地區廣泛分布著海相沉積和河相沉積的軟弱粘土層。這種土的特點是含水量高、壓縮性大、強度低、透水性差。由于其壓縮性高、透水性差，在建筑物荷載作用下會產生相當大的沉降和沉降差，而且沉降過程延續時間可能很長，有可能影響建筑物的正常使用。工程中如碰到此類土質，原先一般采用好土置換、石灰樁、井點排水等排水固結的方法，下面重點介紹和論述一下真空排水預壓法。
　　真空排水預壓法加固軟土地基的方法是屬于排水固結法的一種。一般來說都是先在欲加固的軟土地基上按一定間距搭設塑料排水板或袋裝沙井（統稱垂直排水通道），然后在地面上鋪設一定厚度的砂墊層，再將不透氣的薄膜鋪設在砂墊層上，借助于埋設在砂墊層中的管道，通過抽真空裝置將膜下土體中的空氣和水抽出，使土體得以排水固結，土體的強度同時也得到增長，達到加固的目的。此系統分排水系統和加壓系統兩部分。
　　在真空排水預壓法加固地基時，在地上施加的不是實際重物，而是把大氣作為荷載。抽氣后，薄膜內砂墊層中的氣體首先被抽出，其壓力逐漸下降，薄膜內形成一個壓差，使薄膜緊貼于砂墊層上，這個壓差稱之為“真空度”。垂直排水通道在真空排水預壓法中，不僅僅起著垂直排水、減小排水距離、加速土體固結的作用，而且起著傳遞真空度的作用，“預壓荷載”在這里是通過垂直排水通道向土體施加的，垂直排水通道在這里是起著雙重作用。
　　真空排水預壓法，土越軟，其收縮變形也越大，尤其不會引起附加沉降量（或者是負值）。說明孔隙壓實程度或固結效果比一般固結方法要好。另外，現場試驗結果表明用真空排水預壓法加固時，“荷載”是一次施加的，可看作瞬時加荷。荷載無須分級施加，不必擔心加固過程中會出現地基失穩情況；經真空排水預壓法加同的地基．其側向變形是向著加固區的。
　　對真空排水預壓法來說，被加固土體中的A、B、C、D各點（見圖1）在加固前都處于k0應力狀態，k0位于線上；加固中產生的附加有效應力△σ′1=△σ′3，即△σ′3/△σ′1＝1.0，它們的有效應力路徑是一組平行于p′軸的水平線，都位于k0線的下方，說明加固中土體都發生側向收縮變形，沒有側向擠出變形的情況。
　　因而，在加固區周圍出現收縮裂縫，地面沒有隆起現象，從現場可清楚地看到裂縫的出現。
　　現介紹一個實例：
　　在上海石化白沙灣地區修建一條油庫區排水系統管道，由于白沙灣地區地質構造屬第四紀河口濱海相沉積，土層的主要數據如表1。因為管道埋設在淤泥質粉質粘土層，距管道平行方向30米有高差6米的海堤構作物，故產生平行和垂直的位移，平行位移最大達到2米，垂直向上弓起1米，根據建設單位的要求挖起管道，軟基處理后重埋設。
　　根據現場的土層條件，采用新工藝真空排水預壓法加固軟地基，工藝的步驟是：平整－鋪設垂直排水系統－挖排水溝－鋪設水平排水系統－鋪設保護沙層－鋪薄膜－接真空泵，膜下真空度表－開泵抽水。
　　在抽水一開始出現漏氣的問題，主要原因是排水溝處，薄膜覆蓋處的邊坡沒有平整好，膜下真空度一高，膜外的大氣壓就把凹陷處的薄膜壓穿了，在整個加固區供布置了4只真空壓力表，從監測結果顯示在整個加固區各點的真空度分布均勻，真空度最大沿程損失為4kPa。圖2為真空度與時間的關系曲線。
　　在整個加固區內布置三各斷面，按埋深1米、2米、3米分別埋設孔隙水壓力探頭。從實地監測的數據顯示，在真空作用下孔隙水壓力（附加壓力）逐漸增加，當真空度下降孔隙水壓力也隨之下降，當真空度恢復后孔隙水壓力也隨之恢復，這表明孔隙水壓力與膜下真空度相關良好，真空負壓是有效的。
　　為提高抽真空工效、減少機械故障，擬從以下幾方面進行改進：
　　抽真空過程中，記錄真空負壓、水平排水系統出水流量、觀察真空泵、集水井中潛水泵的工作狀況是否正常等工作，現均由人工24小時監控、記錄。擬從自動化控制著手，既可降低監控人員的工作強度，又可提高采集數據的可靠性、提高監控質量、減少機械故障的發生頻率。
　　在不穩定基礎上打插塑料排水板、抽真空過程中泥封層發生的收縮裂縫處理、施工過程中因地基發生較大的不均勻沉降而致的水平濾管網斷裂等問題，擬研制專用機械與監控設備。
　　根據中石化上海金山工程公司勘察設計院對處理前后地質勘查的數據對比，對超軟地基加固前后的土層物理力學性參數進行對比后發現含水量、孔隙比有明顯降低，粘聚力、內摩擦角有明顯提高。
　　含水量（w）降低24.2%
　　孔隙比（e）降低23.9%
　　直剪固塊（峰值）——粘聚力（c）提高24.1%
　　直剪固塊（峰值）——內摩擦角（?覫）提高78.9%
　　可以說真空排水預壓法在白沙灣的運用是相當成功的，它的運用使白沙灣施排水管鋪設工作業面的地質情況明顯改善，有效得保證了工程的工期，質量和安全。而且由于真空預壓排水法在運用時，要求的預壓材料少，相對于靜壓排水法投資較小，所以為本工程節約了大量的人力物力和財力。
　　
　　參考文獻：
　　1、婁炎.真空排水預壓法加固軟土技術[M].人民交通