真空预压法和堆载预压法的比较
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摘要：真空预压法在沿海地区处理软土地基得到了广泛的运用。文章通过真空预压法和堆载预压法从预压效果、施工时间、加固费用等方面进行的对比，得出在处理浙江舟山沿海地区的软土地基时，真空预压法要优于堆载预压法，有着固结速度快、施工时间短、加固效果好、抗稳定性强和经济效益高的优势。
关键词：真空预压法、堆载预压法、比较、软土地基
中图分类号：TU471文献标识码： A
目前处理软土地基国内有多种方法，主要有真空预压法、堆载预压法、水泥土搅拌法、强夯法和强夯置换法等加固方法。而真空预压法对浙江舟山沿海地区的软土地基处理有着不错的效果。
1 工程概况
浙江舟山煤炭中转码头工程位于浙江省舟山岛南部的六横岛，工程处理范围为1441m×565m，面积81.42万。拟建堆场位于现有海堤内的盐田或虾塘和海堤外的海涂上，地势平缓。浅部主要分布淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土等，具有含水量高（40%~50%）、孔隙比大(大于1.3)、天然强度低（40~50KPa）、压缩性大（2.0MPa-1）、厚度大（20m~30m）等特点，工程陆域的形成采用吹填砂和回填开山宕渣相结合的方案。如何快速有效的对地基处理是整个工程顺利进行的关键。
2 真空预压法和堆载预压法的优劣
堆载预压法加固地基过程中工期相对较长，需大量的预压材料，运输不便，投资较大。但其优点是最大预压荷载不受限制，施工工艺简单，加固效果显著，有效加固深度深，工后沉降小等优点。而真空预压法与堆载预压法相比，具有工期短、加荷速度快、无需堆载材料、加荷中不出现地基失稳现象、有效加固深度深，工后沉降小等优点，其最大缺点是预压荷载偏小（可达到80 KPa左右），施工工艺及流程复杂【1】。因为工程要求地基具有一定的承载力, 并不得发生影响其正常工作的不均匀沉降。我们最终采用了如下处理方法：吹填部分采用真空预压法加固，回填部分采用堆载预压法加固。
图1 堆场预压分区图
3 真空预压法和堆载预压法的施工简述
堆场预压分区详见图1。I区为堆载预压区，为I1~I3区。II区为真空预压区，为II1~II3区。
根据地质条件，经过技术经济对比分析，I区采用堆载预压加固地基，堆载荷载为100kPa。由于地基土的强度是随着上部荷载的增加逐渐提高的，一次性施加上部荷载会引起地基的失稳，故上部堆载需进行分级施加，经计算初步确定第一级2m，以后1m一级，共4级，每级加载时间为1个月。需回填大量土石方预压，当地砂石料资源丰富，考虑回填料就地取材，以降低费用。堆载预压区从2007年7月份开始预压，2008年6月开始卸载，至2008年11月全部卸载完成。堆载预压区预压时间最长大概300多天。施工单价为180元/m2。
II区采用真空预压法加固地基。经过真空预压处理后，要求消除地基平均固结度> 85%，连续5d实测沉降速率
4 预压效果分析比较
竖向沉降是地基强度、固结度和加固效果的主要判断依据。取地基沉降的实测值来比较，竖向沉降随时间变化曲线见图1、图2。
图1 真空预压区沉降曲线【2】
图2 堆载预压区沉降曲线【2】
从图1和图2可以看出，堆载预压法和真空预压法土体沉降变形曲线形态上存在较大差异；第一，预压初期，堆载预压下的土体沉降速率小于真空预压下土体沉降速率。因为堆载预压法通常采用分级分时加载，所以不能一步达到预压荷载，往往需较长时间，而真空预压法能在较短时间内达到设计荷载。第二，预压中后期，堆载预压下的土体沉降速率大于真空预压下土体沉降速率，且堆载预压下的土体沉降曲线不规则，而真空预压下的土体沉降曲线较为光滑。这是因为堆载预压法采用的分级加载，每次新增附加荷载，都会使得土体沉降速率出现大幅增加，所以其图形也呈现出台阶状和极不稳定性，各条沉降曲线也均不相同。而真空预压法采用渐进加载，这使得土体沉降速率增长较为平稳，沉降曲线也非常光滑。
侧向水平位移是判断土体稳定性的主要控制标准。根据规范要求【3】，采用分层位移监测，每个真空预压区块（II区）靠堆载区（I区）一侧布置两根侧向位移观测孔。观测孔的观测结果见图3、图4。
图3 加载期水平位移沿深度变化曲线（真空区侧向变形为正值）【4】
图4 预压期水平位移沿深度变化曲线（真空区侧向变形为正值）【4】
从图3和图4可知，第一，地基发生水平位移量与预压的形式、上部附加荷载的大小和土体的深度有着不可分割的关系。上部附加荷载越大，土体的水平位移量也越大。同时，真空预压引起土体的水平位移是地表为最大值，而堆载预压引起土体的水平位移最大值在地表下一定深度的位置，两者至地下均呈现逐渐减小的趋势。根据图中可知在地表附近土体的水平位移受真空预压影响较大，而地表下5~10m左右的水平位移有突变，显示受堆载预压影响比受真空预压更大，即在平滑的水平位移曲线中有一段微微突起。
第二，从曲线上看，土体均向真空区内侧发生位移，且水平位移量较大。这是因为真空预压与堆载预压的特点不同，后者在预压中土体发生向外的挤出位移，而前者发生向内的收缩位移【5】。侧向位移较大的原因是因为真空预压和堆载预压两种荷载联合作用的结果，真空预压产生的侧向位移是向内收缩位移，而堆载预压区产生的侧向位移是向真空预压区内的挤出位移，两种位移叠加最终导致位移量较大。土体的向内收缩可以避免土体发生剪切破坏，所以地基处理时具有较强的抗失稳能力。
5 结论
(1) 真空预压法与堆载预压法的现场实测沉降曲线形态的稳定性存在较大差异。在同等预压荷载下，堆载预压下土体的沉降速率不如真空预压下土体沉降速率变化稳定和均匀，预压时间也要比真空预压下要长。
(2) 真空预压法与堆载预压法的现场实测水平位移量与预压的形式、上部附加荷载的大小和土体的深度有着不可分割的关系。从曲线上看，土体均向真空区内侧发生水平位移。
(3) 预压处理前后对比，真空预压法与堆载预压法均能产生相当的加固效果。通过日后的使用过程来看，真空预压区沉降未超过30cm，而堆载预压区平均沉降未超过50cm。
(4) 无论从现场实测的沉降曲线形态，还是从预压的时间、预压材料的费用、施工过程中的稳定性和预压后的效果来看，真空预压法在浙江舟山沿海的以软弱淤泥土为主的地区要优于堆载预压法。
真空预压法有着固结速度快，施工时间短，加固效果好，抗稳定性强和经济效益高的优势，作为一种处理软土地基的加固方法，值得我们大力推广及运用。
参考文献：
[1] 叶书麟，叶观宝. 地基处理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2] 浙江舟山煤炭中转码头沉降观测报告[R]. 浙江大学水工结构与环境研究所，2008.
[3] JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[4] 浙江舟山煤炭中转码头沉降观测报告[R]. 浙江大学水工结构与环境研究所，2008.
[5] 阎彭旺，陈环. 用真空加固软土地基的机制与计算方法[J]. 岩土工程学报，1986,8（2）：35-43.