真空預壓法加固軟土地基中真空井作用范圍的試驗研究

劉 坤,史 爽,袁 金

(1.西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031；2.國網天府新區供電公司，四川成都 610041)

隨著城市基礎設施建設的進一步加快，土地的合理以及充分利用要求的提高，工程中經常會遇到軟弱地基處理的問題。工程中常用的軟弱地基加固方法有：強夯法、土工織物加固法、振動水沖法、換土墊層法、深層攪拌法和真空預壓法等。而真空預壓法具有對環境影響較小、加固速度快、加固深度大、加固面積大以及加固過程中不產生剪應力等優點而被廣泛采用。

由于真空預壓法具有上述優點，很快被工程界所接受并應用到各種軟地基處理中，李晉驊[1]采用真空預壓加固南沙軟土，研究其排水板淤堵機理，提出了針對軟土的修正防淤堵準則，以及在真空預壓地基處理過程中沿深度方向與淤堵行為相關聯的修正砂井固結理論。郭紅燕[2]把吹填土軟土地基作為主要研究對象，提高了真空預壓加固技術在該類軟地基上的作用效果。

張帆[3]等人通過對國外高壓噴射注漿加固法和MJS加固工法的研究，并與我國常用高壓噴射注漿工藝進行比較，對這兩種新型加固軟地基方法中傳統的工藝做了改進，拓寬了該法的應用范圍。嚴露[4]針對真空預壓加固軟土地基變形等問題進行了較深入的探討，推導了特定模型下變形及體積應變計算公式以及真空預壓加固技術和真空聯合堆載預壓加固軟土地基固結解析解。彭劼[5]通過從理論和試驗的角度對真空聯合堆載預壓法探究，得出采用該法加固軟土地基固結度簡化模型。Chai,JC.et al.[6-8]提出將傳統砂井地基研究轉換成均質地基研究，從均質地基再應用至多層地基的方法，增加了砂井加固軟土地基的范圍。

但在實際實施中，真空井的合理作用范圍卻受制于各種條件，大多依靠工程人員的經驗。因此，本文采用試驗的研究方法，探討井點井預壓加固技術在幾種常見的軟土地基上的作用規律，為現場試驗和工程應用提供參考。

1 真空預壓法模型試驗

1.1 試驗材料

現行城市道路、管道以及建筑在兩層以下的構筑物規范中要求地基承載力特征值必須要達到fak=120 kPa以上，故現取砂土、淤泥質土以及黏性土三種常見軟土地基進行實驗加固處理，以得出真空預壓法對承載力提高后的范圍值。三種常見軟土基本性質如表1。

表1 三種軟土基本性質

1.2 試驗裝置

本試驗裝置主要采用測量裝置、真空泵、試驗箱以及連接裝置。測量裝置主要包括真空表以及刻度尺；真空泵采用藤原550D型真空泵，為試驗提供穩定真空值；為方便觀測土體縱向沉降變化趨勢，試驗箱的長寬高分別取120 cm、寬50 cm、高50 cm。試驗主要通過測量砂土、淤泥質土和黏性土在井點井加固作用下距離井由近及遠的沉降量，通過試驗沉降量與理論沉降量進行對比，然后修正理論沉降量值，最終通過沉降量求出真空井加固軟土地基的影響半徑，真空泵、試驗箱、真空井以及抽水泵試驗裝置連接示意圖如圖1所示、實際裝置連接圖如圖2所示，試驗填土深度基本與試驗箱高度相等。

圖1 試驗裝置連接示意

圖2 裝置實際連接示意

1.3 實驗方法

在試驗箱上每隔20 cm豎向標記刻度尺，以便試驗土樣沉降后通過豎向刻度尺觀測并記錄沉降量(圖3)；按照距離真空井的遠近，每間隔20 cm記錄土體初始沉降量，測量距離分別是0 cm、20 cm、40 cm、60 m、80 cm、100 cm、120 cm。為減小誤差，在距離真空井影響半徑為R的地方選取4個點測量取平均值如圖4所示；抽真空后，待沉降值不再有明顯變化，再次按上述方式測量最終沉降量。

圖3 試驗裝置刻度尺示意

圖4 選取4個觀測點

1.4 試驗結果與分析

1.4.1 砂土試驗結果分析

根據試驗記錄的砂土最終沉降量與沉降位置關系繪制如圖5所示砂土實驗沉降與理論沉降對比圖。圖中沉降量較大的曲線是試驗沉降值，沉降相對較小的曲線是理論沉降值。由圖5可知，雖然實測沉降量上下浮動，但理論沉降和實際沉降曲線的走勢相近，理論沉降量始終比實際沉降量小，并且理論與實測沉降量曲線變化趨勢基本一致。

圖5 砂土沉降對比曲線

1.4.2 淤泥質土試驗結果分析

根據試驗記錄的淤泥質土最終沉降量與沉降位置關系繪制如圖6所示淤泥質土實驗沉降與理論沉降對比圖。圖中理論沉降量和實測沉降量由近及遠都呈現出遞減趨勢，而沉降量較大的曲線是試驗沉降值，沉降相對較小的曲線是理論沉降值；理論沉降曲線和實際沉降曲線變化趨勢基本相近，理論沉降量始終比實際沉降量小；理論沉降曲線均勻遞減，實際沉降曲線呈現出上下波動。

圖6 淤泥質土沉降對比曲線

1.4.3 黏性土試驗結果分析

根據試驗記錄的黏性土土最終沉降量與沉降位置關系繪制如圖7所示粘性土實驗沉降與理論沉降對比圖。圖中沉降量較大的曲線是試驗沉降值，沉降相對較小的曲線是理論沉降值。由圖7可知，理論沉降和實際沉降曲線變化趨勢基本一致。

2 結論

本文通過試驗研究砂土、淤泥質土以及黏性土理論沉降與實際沉降曲線走勢，對比發現以下結論：

(1)理論解析與試驗結果走勢相近，基本符合理論預測情況。

圖7 黏性土沉降對比曲線

(2)三種土體實際沉降均大于理論沉降是由于土體轉運填埋過程中孔隙率變大。

(3)結果顯示其沉降量由大及小分別是淤泥質土、黏性土和砂土，沉降量減小速度由大及小分別是黏性土、淤泥質土和砂土，因為砂土土體壓縮模量最大，所以沉降量最小，砂土孔隙率最大，附加荷載地基速度慢，所以沉降地基速度最慢；淤泥質土由于孔隙率大于黏性土，所以沉降量大于黏性土，又其孔隙率大，附加荷載遞減速度小于黏性土，因此沉降地基速度小于黏性土。沉降對比曲線顯示，理論沉降與實際沉降的差值在一定的誤差范圍內，符合實際應用要求。