真空預壓處理軟基的研究與發展

王成保

摘要：真空預壓技術在高速公路、鐵路、土木建筑等工程中得到了廣泛的應用，真空預壓加固軟基理論取得了較大的進展。國內外學者也做了大量理論推導和實踐模擬，且很多已經成為實物，國內外學者的研究為真空預壓加固軟基技術方面奠定了堅實的基礎，本文總結了真空預壓加固技術的研究和發展過程，并在分析真空預壓技術特點的基礎上預測了真空預壓技術的應用前景。

關鍵詞：真空預壓；固結；軟基加固

1 引言

我國境內分布著廣泛的軟粘性土層，這種軟粘性土的特點主要是易壓縮、透水性強、承載能力較低、抗壓抗剪能力差，無法滿足房屋建筑的基礎設計要求，必須進行處理才能得到應用，而真空預壓技術是處理此種地基的普遍方法之一。

真空預壓法包括排水系統、抽真空系統和密封系統三個方面。真空預壓法是在軟粘土中設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，使豎向排水板中形成負壓，排出地基中的水分，進而使軟粘性土固結，達到使用要求。該方法主要適用于厚度較厚、含水量較高的吹填場地.尤其是對滲透系數較大的淤泥和淤泥質土層效果更好。[1]

2 真空預壓的特點

真空預壓在處理軟基方面的特點有：加載時不會引起地基失穩.無須控制加荷速率.荷載可一次快速施加；②在加固軟基過程中不僅豎向和側向收縮，而且還不會有側向擠出；③施工過程代替了部分材料堆載預壓，這樣就減少了人工費、材料費、機械費；④施工作業效率得到提高，且施工方便，適于大規模加固軟基；⑤加固軟基的固結速率快，聯合堆載預壓時，使土體的密實度更高。

3 真空預壓發展現狀

真空預壓法的基本原理是有瑞典皇家地質學院Kjellman教授提出的，其后在許多國家進行了理論研究、現場試驗和運用。70年代由于施工工藝方面的困難，此法發展比較緩慢。1980年真空聯合堆載預壓法方面的理論研究有了很大的進展，取得了很多相關研究成果，使此法在我國得到了廣泛的應用。

在理論研究方面，復合地基固結計算中的基本假設和基本固結方程均利用了豎井地基固結理論研究的一些成果。在豎井地基固結研究方面，Rendulic、R.A.Barron[2～3]都認為砂井排水率很大且僅考慮徑向滲流的砂井理論；Kjellman[4]于1937年提出了等應變條件下的砂井理論，但以Barton的為應用最廣；Carrillo[5]從數學上證明，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。Rowe[6]、Onoue[7] 、Hansbo [8]等國外巖土研究者在豎井固結研究方面做了大量的研究工作，使得豎井固結理論得到了更加完善和發展。

國內有關真空預壓理論研究的工作者也很多。董志良結合真空及真空聯合堆載預壓法作用機理、設計理論與計算方法等方面提出真空預壓可有效降低地下水位和孔隙水來提高土體強度及承載力[9]； 陳環提出了負壓作用下一維情況的太沙基固結解，認為負壓條件下的固結問題與正壓條件下基本相同，在其固結計算中未考慮砂井的作用，實際上是將真空預壓處理的地基視為均質地基[10]；岑仰潤在單井的理論基礎上，推導出真空預壓固結問題若干解答[11]；郭彪等對真空聯合變堆載預壓下豎井地基固結進行了分析，提出采用真空預壓聯合堆載預壓比只采用堆載預壓固結要快及地基的豎向滲流對地基的固結度有較大影響[12]；周琦等研究了真空預壓條件下的砂井地基Hansbo固結解[13]；。

綜上所述，經過很多巖土方面的學者長期的學習和研究，軟粘土固結方面理論得到了很大的進步，但是還有大量的工作需要新一代的學者去完善。

4 真空預壓的趨勢與存在問題

經過多年的努力，真空預壓技術已經成為軟基加固措施一種有效的方法，并且該技術在以后還有廣闊的發展空間。

迄今為止，真空預壓施工工藝已經成熟，但是對其效果并沒有通過施工工藝方面進行分析，因而應考慮開展無損傷測試，如面波測試。通過設定不同的邊界條件，利用初始條件進行分析固結效果，進而提高土的承載能力和減少沉降等問題。眾多文獻表明，固結理論方面的分析都是針對飽和土的，但是真空預壓地基土中并非全部都是飽和土，也存在著局部是非飽和土，因而這一方面也有待進一步研究。傳統方法都是簡化成平面問題，但是一維已經表明距離實際方面還有差距，二維需要確定土性參數太多，而真空預壓方面的實驗費用也比較高。因而盡量用實驗的方法得出易于測定的參數改進計算方法，三維有限元方法揭示了加固整體地基方面的數值模擬做了探討。另外，有限元法前后處理繁瑣，因而新的無單元法是發展的方向之一。目前真空預壓都是通過砂井實現軟基加固目的的，而碎石樁加固軟基明顯速率快，因此真空預壓聯合碎石樁復合地基固結分析也可作為研究方向之一。

真空預壓法由于其抽真空設備抽取地基中的孔隙水，造成周圍土體向內發生擠壓，進而使周圍地表出現大量裂縫，破壞周圍房屋、道路、軌道等，表明了真空預壓法的使用也存在一定的限制。這些都是真空預壓存在的問題，值得注意。

5 結語

真空預壓技術加固軟粘土地基是一種方便、速度快、污染少的加固方法。經過國大量學者的研究，真空預壓技術在國內已經得到很廣泛的應用，且創造了相當大的效益，因此該法還有著很大空間需要發展。隨著科技不斷進步、施工技術的不斷嫻熟、檢測方法不斷更新，該項技術還將發展到一個新的水平。

參考文獻：

[1] 盧文徽 .真空預壓技術淺析 . 福建東辰綜合勘察院 ， 2014，4 （1）.

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

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[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.真空及真空聯合堆載預壓法加固軟基機理與研究.水運工程，2005 .

[7] 陳環，真空預壓法機理研究十年[J]港口工程，1991，（4）：17-25

[8] 岑仰潤，真空預壓加固地基的試驗研究及理論研究[博士論文D]杭州浙江大學2003

[9] 郭彪，真空聯合變堆載預壓下豎井地基固結分析.湖南科技大學學報，2014，29.

[10] 周琦，張功新，王友元等.真空預壓條件下的砂井地基Hansbo固結解.巖石力學與工程學報，2010，19（2）3994 — 3997.endprint