软基堆载预压及真空预压固结设计方法的研究

研究与探讨　广东建材２００６年第１　１期　ｌ　——　软基堆载预压及真空预压固结　设计方法的研究　戴景匿粱贤钦　（江门市新会建筑工程公司　５２９１００）　摘　要：本文首先探讨了堆载预压及真空预压的加固机理并作了两者的比较，综合讨论了真空联　合堆载预压法的基本原理、加固特点。同时介绍了一些工程应用实例，具体分析了真空联合堆载预压　法的应用效果。　关键词：软土地基；地基加围；堆载预压：真空预压：联合预压；工作机理　１前言　砂层或通过预先设置的滤层排走；二是在土体内规定的　从近几年工业布局或城市发展来看，不少需要在软　部位施加一个负压，这样也能在土体内造成一个压差，　土地基上进行建筑活动。由于对地基的强度和变形要求　诱使孔隙水向负压区集中排走；三是利用电能在土体内　很高，一般天然地基无法满足，因此必须对地基进行处　造成～个电势差，驱使孔隙水排走，三种方法总称为“排　理。目前很多国家都着眼于从加固软土本身出发，最大　水加固”，这里主要研究前二种方法。　限度地利用原状土，经过改良后，承受相应的外荷。正确　３堆载预压加固软基的基本原理　地选择软基加围方法有着十分重要的意义。所选用的方　堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等　法不仅要技术可靠，施工方便，而且还要经济合理。　或略大的荷载（称为预压荷重，如土、砂、石料等），堆积　地基处理的目的有两个：一是提高天然地基承载　现场使地基强迫压密沉陷，以提高地基的强度，减少建　力，使其达到设计要求；二是预先消除地基在使用荷载　筑物的后期沉降量。待强度变形达到设计要求后，将预　下所能发生的大部分变形，使建筑物在使用期间不致产　压荷载搬走，而后在经预压过的地基上修建建筑物。有　生不利的沉降和沉降差。堆载预压法和真空预压法是工　时为了缩短加固时间，加快固结过程，在地基中打设一　程实践中常用的两种地基处理方法。对密的软粘土而　定深度的竖直排水通道（如砂井、袋装砂井或塑料排水　言，预压法是一种经济、有效的软基加固方法。　板等），如图ｌ所示。　２软土强度增长的原理　一般来说，作用于饱和粘性土地基上的荷载，在最　初时刻，全部由土中孔隙水压力承担从而造成很大的超　孔隙水压力。超孔隙水压力的区域的孔隙水向压力小的　区域流动，这就是孔隙水压力的消散。由于粘性土的渗　透系数很小，孔隙水的流出十分缓慢，故而孔隙水压力　的消散是～个相当长的过程。伴随着孔隙水的排走，土　图１堆载预压法加固软土地基　体产生相应的压缩变形，土的强度也随之逐渐增大。由　堆载预压通过对软基施加超载，经过较长时间（一　此可见，孔隙水压力的消散过程就是土的压缩同结过　般为１２个月）的预压，使软土中的超静孔隙水压力逐渐　程，也就是土的强度增长过程。所以，为了提高地基土的　消散，土体有效应力逐渐增加，以达到减少软土地基沉　抗剪强度，减少建筑物地基发生过大的沉降或差异沉　降的目的。当用堆载预压法进行加固时，在土中形成的　降，就必须使士中…部分孑Ｌ隙水在建筑物正式施工前尽　超静水压力消散完毕后，土体主固结完成，根据有效应　快排走。　力原理，土体的强度将会提高。堆载预压加固软基的效　孔隙水的排走通常有三条途径：一是在地面上预加　果取决于堆载的大小和超静孔压的消散程度：为了达到　一个压力，从而在土体内造成一个压差，迫使孔隙水向　加固效果，需要较大的堆载，但如一次施加会超出软基　一１１６一　维普资讯 http://www.cqvip.com

广‘东建材２００６年第１１期　的强度，因ｌ币堆载速度不能太快，预压时间亦较长。在堆　研究与探讨　虽然真空预压法和堆载预压法虽然都是通过减小　载预压时，由于堆载的作用，在　Ｌ体中形成一个附加应　孔隙水上Ｋ力而使士的有效应力增加，但两者的加固机理　力场，这个附加应力场开始时由孔隙水承担，即形成了　并不相同，堆载预压虽然也使土体中的孔隙水向砂井中　叶Ｉ，但与真空预压引起土中水渗流的原因却有本质上　个超静孔隙水压力场，随着孔隙水的排出，超静孔隙　渗Ｊ水　力场消散，超静孔隙水压力转化为有效应力，导致　的不同。由此而引起的地基变形、强度增长的特性和影　一土体变形和强度增加。堆载预压Ｆ固结的快慢由超静孔　响因素也不尽相同，从以下几个方面对两者之『自Ｊ的异同　隙水『｛ｉ力场的消散决定，与排水条件、土体渗透系数有　进行比较。　关。　４真空预压加固软基的基本原理　真空颁压通过对软士地基设置塑料排水板或砂井　等竖向排水通道，在表面铺设砂垫层和水平抽水通道，　并在其上覆盖密封膜，然后采用真空泵将膜内气体和水　抽出，在膜内外产生约８０ＫＰａ的气压差，使软上中的水　加述排出淅达到加阎软基的目的。在膜下抽真空形成负　压（相对人气眶　言），负乐沿竖向排水通道向下传递，　体与竖ｒｎＪ排水通道的不等　状态又使负压向土体中　传递，在负　作用下，孔隙水逐渐渗流到竖向排水通道　巾Ｊ村达到：Ｌ体排水固结的效果，如图２所示。　图２真空预压加固软土地基　采Ｊ－｝］真空预压处理方法加同软基时，在地基上施　加的　足实际重物，而是把大气作为荷载。真　预压加　固软基是通过抽真　使密封膜内外形成压力差，【！＝口将火　气　作为荷载，相当ｆ存地基上作用等于膜内外　差的　等效荷找。真空预压过程降低的孔隙水压力就等于增加　的有效应力。其中塑料排水板或砂井的作用在于：①作　为垂直排水通道、减少排水距离、加速士体固结：②传递　真空艘，【ｉ口通过塑料排水板或砂井向深层士体施加“预　压荷载”。真　预雎法的实质足，在基本ｊ　不改变总应力　的情况下，直接降低边界｝：的孔压值，因降低有下限值，　故该法加同效果也是有　度的。【ｆ｛于真窄预压荷载是等　向的，地基中　产牛剪应力，故地基不存在剪切破坏的　问题，所以真　荷载可一次施加，而不必像堆载那样要　分级。因此，真空预压法可大火地缩短顸压时问。　５真空预压与堆载预压的比较　①堆载预压法中，土体中的总应力是增加的，而真　空预压法中总应力没有增加。②堆载预压法中，土体孔　隙中形成的超孔隙水应力是正值，而真空预压法中，土　体孔隙中形成的超孔隙水应力是负值。③堆载预压法　巾，超孔隙水应力消散而使有效应力增加，真空预压法　中，有效应力增加是依赖孔隙水应力的降低来实现的。　④堆载预压法中，必须控制加荷速率，一般荷载是要分　级施加的；真空预压法中，呵连续抽真空至最大真空度。　⑤堆载预压法对地基的天然抗剪强度有一定的要求；真　空预压法对地基的天然抗剪强度没有要求，但加固范围　内不能有强含水层存在。真空排水预法与常规的堆载排　水预　法相比，具有加荷速度快，无需堆载材料、加荷中　不会出现地基失稳现象等优点，因此它相对来说施工　＝Ｉ＝　期短、费用少，但是它能施加的最大压力只有９ｆｉｋｐａ左　右，如要加大，则必需与堆载排水预压法等联合使用。　６真空联合堆载预加固软基的基本原理　真空联合堆载预压是在真空预压和堆载预压基础　上发展起来的软基加阎方法，具有真空预压和堆载预压　的双重效果：它需要在拟加固的软土地基表面先铺设水　平排水垫层（一般３０￣５０ｃｍ砂或砂砾垫层），然后打设　垂直排水通道（袋装砂井或塑料排水板），再用不透气的　封闭膜使其与大气隔绝，利用薄膜密封技术，通过砂垫　层里埋设的管道用真宇装置抽气，在膜下和整个预压区　形成真空，使薄膜内外产生一个气压差。通过抽真空形　成负压，当真空度达８０ｋＰａ以上，相当于一一次性加４～　５ｍ高度的填士荷载，缩短了加载时间。同时，由于真空　产生负压，使士体产生向内收缩变形，可以抵消因堆载　引起的向外侧向变形，地基不会　填土速率快而出现不　稳定问题，因此，真空堆载联合预压比堆载预压安全可　靠。如图３所示。　真　联合堆载排水预压加同软土地基可以是以真　空排水预压为主，而堆载排水预压法为辅：也可以是以　堆载排水预压法为主，而真空排水预压为辅。有时为了　区分两者，把前者称作是真字排水预压与堆载排水预压　一１１７—　维普资讯 http://www.cqvip.com

研究与探讨　广东建材２００６年第１　ｌ期　生侧向收缩变形，而在堆载预压期间，土体受堆载影响，　加固土体产生侧向挤出变形，上述２种变形可相互抵　消：同时在真空预压作用下，地基已部分发生固结，地基　强度有所提高，这对加快堆载速度明显有利。（￣）８０ｋＰａ　图３真空联合堆载预压法示意图　的真空压力相当于３～４ｍ高的超载，可一次施加，有利　的联合加固；而把后者称作是真空排水预压与自载预压　于节省工期。③真空一堆载联合预压对距离加固区边界　的联合加固。这两种方法联合使用时，在施工上要注意　ｌＯｒｅ以外区域建筑物的沉降影响较小。④真空联合堆　以下几方面：①一定得等膜下真空度稳定时，并达到了　载预压法可以有效缩短工期，加快工程进度。⑤侧向位　设计要求之后，才能进行堆载施工，否则，一旦出现了真　空加固的密封问题，堆载上去之后就难以处理好。②为　了防止第一次堆载过程将密封膜弄破，在堆载前最好在　膜下和膜上分别铺一层热粘针刺无纺工布；或在膜下铺　一层热粘针刺无纺布，在膜上铺机织土工布或编织土工　布，以防膜被堆载中的尖物戳破。③第一层堆载不要太　厚，最好在５０ｃｍ左右，先进行人工摊铺后，再用机械由　近向远逐步推进。需要压实的，逐步由轻到重进行多遍　碾压。④堆载时要注意保护膜面上的沉降观测标杆，并　在铺荷载前进行一‘次测量，以记好堆载前沉降曲线的起　点，便于日后对加固效果进行分析。⑤当堆载中使用的　荷载是用水来形成的情况，对在加固区四周的围堰要做　好密封与加固，避免溃堰发生。⑥在一些特殊的地方，采　用联合加固时，在密切注意对已有构筑物的影响，有条　件时能设置…些现场监测手段加强对已有构筑物的监　视，以避免一些意外事故发生。　７工程应用与效果分析　在国内有好多成功的工程，如①深圳妈湾港３＃码　头后方堆场的软　上地基加固处理，该工程施工场地四面　临海，施工面积为２０１８４ｍｚ。淤泥层平均厚度为１７．９ｍ，　土质均匀，极软，呈流动状，为主要加固处理对象。该工　程采用塑料排水板作为排水通道，经过９天的真空施工　后，膜下真空度达到设汁值（８０ｋＰａ），随后分层铺总厚度　为２．９７ｍ的堆载，最终固结度达到９３％。②京珠高速公　路广珠段软基加固工程，试验段全长２５９ｍ，设计施工面　积１４４６１ｍ　。淤泥层在地质勘察报告上未见底，灰黑色，　粘性好，饱水，呈流塑状态。抽真空６天后，膜下真空度　达到８０ｋＰａ，一个月后开始吹填荷载，填土总厚度达　４．８ｍ　８结论　真空一堆载联合预压加固软基方法具有以下特点。　①真空预压期间，受真空预压荷载的影响，加固士体产　一１１８一　移量和位移速率与荷载大小有明显的相关性，随着荷载　的增加，位移量和位移速率增大，加载停止，位移量和位　移速率显著减小。与堆载预压不同的是随着荷载的增　加，水平位移不是向外位移，因为抽真空不仅使土体固　结，而且使土体产生向内的收缩变形，因而对路堤稳定　非常有利。⑥真空联合堆载预压处理软土地基技术成熟　可靠、经济合理，在深厚软基高速公路建设中推广使用，　必将产生较大的社会、经济效益。●　【参考文献】　（１）高宏兴编著软土地基加固　（２）娄炎编著　真空排水预压法加固软土技术人民交通出版社　２００ｌ＿４　（３）龚晓南等真空预压加固软土地基机理探讨哈尔滨建筑大　学学报２００２．（２）