真空预压法的设计与施工研究
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摘 要：真空预压法已成为一种地基处理方法，本文主要讨论了真空预压法的设计和施工问题。
关键词：真空预压法；设计；施工
真空预压法是在软粘土中设置竖向塑料排水带或砂井，上铺砂层，再覆盖薄膜封闭，抽气使膜内排水带、砂层等处于部分真空状态，排除土中的水分，使土预先固结以减少地基后期沉降的一种地基处理方法。
真空预压法最早是瑞典杰尔曼（W.Kjllman）于1952年在皇家地质学院提出的。随后有关国家相继进行探索和研究，日本在个别工程中进行了试用，但因密封问题未能很好解决。直到日本在某新干线工程中，采用膨润土密封，真空度上升至93.3kPa（700mmHg），取得了成功。后经改进，美国费城国际机场跑道扩建工程和日不大阪南港采用真空、降水、砂井联合处理方法加固软土，取得良好的效果。
我国在20世纪50年代末和60年代初开始对真空预压法进行研究，天津大学、南京水利科学院、交通部第一航务工程局、天津港务局等在早期研究和推广做了大量深人的工作，取得了丰硕的成果。当时同济大学与有关单位，在上海也进行了现场试验，发现在夹粉细砂薄层软土，由于缺乏合适的真空设备和覆盖材料，密封闭气问题没有解决，没有进一步发展。
1.真空预压法的设计
真空预压法处理地基时，必须设置排水竖井。设计内容包括：（1）竖井断面尺寸、间距、排列方式及竖井长度等，竖井的设计原则与砂井地基相同；（2）预压区面积和分块大小；（3）真空预压工艺；（4）要求达到的真空度和土层的固结度；（5）真空预压区和建筑物荷载下地基的变形计算；（6）真空预压区地基土的强度增长计算等。
砂井的砂料应选用中粗砂，其渗透系数应大于1×10-2cm/s。根据实测证明，袋装砂井的长度为10m时，真空度将会降低10%，为了减少真空度的损失，当砂井长度超过l0m时，对砂料的选择要求应更高。
真空预压区的边缘应大于建筑物基础的轮廓线，每边增加量不得小于3.0m，每块预压面积宜尽可能大且呈方形。真空预压效果与预压区面积大小及长宽比有关。试验结果表明：在同一真空度作用下，面积越大，中心区的沉降量越大，预压区面积大，影响区的深度越深。
在真空预压区边缘，由于真空度会向外部消散，其加固效果不如中部，所以预压区的边缘必须大于建筑物的外包轮廓线。
真空预压的效果与膜内真空度大小关系很大，真空度越大，预压效果越好。如果真空度不高，加上砂井井阻影响，真空度传递受到阻碍，加固效果将受到较大影响。根据国内的工程经验，膜内真空度应稳定地保持在86.7（650mmHg）以上，且应均匀分布；竖井范围内土层平均固结度应大于90%。
当建筑物的荷载超过真空压力，且建筑物对地基的承载力和变形有严格要求时，可采用真空-堆载联合预压法，其总压力宜超过建筑物的荷载。工程实践证明，当两种预压同时进行时，真空预压和堆载预压两种效果可以叠加，且预压时间相同，联合法的沉降量显然比仅用真空预压法增大很多，而且联合预压法的效果是比较明显。
堆载预压工程。在堆载区内的应力增量大于堆载区外，因此孔隙水的流向是从内向外，此外在堆载过程中，堆载速度较快，地基中的软土有可能在体积不变的条件下向外侧向挤出，引起相应的竖向变形。所以，按单向压缩分层总和法计算固结变形小于实测值，应乘以大于1的经验系数。而对于真空预压工程。在抽真空过程中，预压区孔隙水压力降低，水流方向自外向内，水平方向增加了一个向负压源的有效应力。因此，实际沉降小于计算沉降。对于真空-堆载联合预压的工程，应视两者之间效应叠加的结果而定，但肯定比单独采用堆载预压时，外侧向变形小。因此，真空预压地基最终竖向变形经验系数 可取0.8—0.9；对于真空-堆载联合预压法，如堆载压力较小时，即以真空预压为主， 可取0.9。
2.真空预压法的施工
真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵，空抽时必须达到95kPa以上的真空吸力。真空泵的设置应根据预压面积大小和形状、真空泵效率和工程经验确定，通常以一套设备可抽真空的面积为1000～1500m2，确定，但每块预压区至少应设置两台真空泵，因为万一真空泵发生故障，膜内真空度将全部消失，直接影响预压效果和延长预压时间。所以除真空管路的连接严格密封外，应在真空管路中设置回阀和截门，当预计停泵时间超过24h时，则应关闭截门，避免膜内真空度迅速降低。
水平向分布的滤水管可采用条状、梳齿状及羽毛状等形式，滤水管布置宜形成回路，滤水管应埋置在砂垫层中，其上覆盖厚度100～200mm。滤水管可采用钢管或塑料管，外包尼龙纱或土工织物等滤水材料。
密封膜应采用抗老化性能好，韧性好、抗穿刺性能强的不透气材料。密封膜热合时宜采用双热合缝的平搭接，搭接宽度应大于l5mm。密封膜宜铺设三层，膜周边可采用挖沟埋膜、平铺并用粘土覆盖压边、围埝沟内及膜上覆水等方法进行密封。
采用真空-堆载联合预压时，先进行抽真空，当真空压力达到设计要求并稳定后，再进行堆载，并继续抽气。堆载时需在膜上铺设土工编织布等保护材料，避免损坏真空隔离膜。
3.质量检验
施工过程质量检验和监测应包括以下内容：
（1）对不同来源的砂井和垫层的砂料，必须取样进行颗粒分析和渗透性试验。
（2）采用塑料排水带时，必须在现场随机抽样，送往试验室进行性能指标的测试，性能指标包括纵向通水量、复合体抗拉强度、滤膜的抗拉强度、滤膜的渗透系数和等效孔径等。
（3）对于以抗滑稳定控制的重要工程，应在预压区内选择具有代表性的部位预留孔位，在加载不同阶段进行原位十字板剪切试验和取土进行室内试验，检验加固效果。
（4）对预压工程，应进行地基竖问变形、侧向位移和孔隙水压力等项目监测。真空预压工程，还必须进行膜下真空度和地下水位的量测。
随着科学技术的发展，无论在真空设备和覆盖膜的材料，都得到解决，一次预压的面积越来越大，密封闭气的技术更有改进，加固的效果也更显著。20世纪90年代后，天津市水利科学研究所，在传统技术的基础上，改良后提出了《低位真空预压软土地基加固法》，并于2000年8月或国家知识产权颁发的专利证。
参考文献
[1] GB 50007～2002建筑地基基础设计规范.北京.中国建筑工业出版社，2002
[2] JGJ79─91建筑地基处理技术规范.北京中国计划出版社，2002
[3] 高大钊.土力学与基础处理工程.北京.中国建筑工业出版社，1998
[4] 高大钊.软土地基的理论与实践.北京.中国建筑工业出版社，1992