密闭式真空预压法加固软土地基技术试验研究

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摘要：针对目前直排式真空预压法的真空应力难以到达深部土体，排水板淤堵严重，加固效果欠佳，难以满足工程实际应用需要的问题，提出一种新型真空预压吹填土地基处理技术――密闭式真空预压技术，这是对直排式真空预压法的技术改进和创新。

关键字：土力学；吹填土；直排式真空预压；密闭式真空预压；加固效果

中图分类号：TV223.5 文献标识码：A

1引言

目前诸多围海造地工程采用港池开挖、航道疏浚等淤泥或淤泥质土进行吹填造地，产生大量的“吹填淤泥土”。“直排式真空预压法”是近几年一种新的软基处理方法。但是，由于其存在真空能量利用效率低、大部分真空能量集中在土体表层、排水板内真空度随深度的增加大幅度下降、孔压的消散缓慢、排水板淤堵严重等缺点，难以满足工程实际应用的需要。鉴于此，本文提出“密闭式真空预压吹填淤泥土地基处理法”，是对直排式真空预压法的技术改进和创新。

2 密闭式真空预压法工作原理

密闭式真空预压法(图1(b)）较直排式真空预压法(图1(a))有所改进，主要体现在横向排水体系上采用无孔真空管、密封接头，直接将竖向防淤堵塑料排水板与无孔真空管密闭连接，形成横向密闭排水系统。真空度直接传递至排水板内部，缩短真空度传递路径，减少沿程真空度损耗，使真空度直接传递到深层土体内部，提高真空压力的利用效率，加快土体孔压的消散，加快土体固结，提高土体加固效果。

（a)直排式(b) 密封式

图1 真空预压法示意图

3 不同真空预压试验

3.1 试验装置

为探究密闭式防淤堵板的加固机制，设计不同排水板板型的真空预压试验，分别采用普通B型塑料排水板与防淤堵塑料排水板，防淤堵塑料排水板孔径分别为80，120，160 和320 μm。试验装置由模型桶、排水体系、真空泵和量测系统组成（图2）。试验抽真空时间预设为14d。

(a)模型试验设计图(单位：mm)(b)模型试验实物图

图2 真空预压试验装置

3.2 试验内容

试验分析包括两种方式：通过普通排水板和80μm 防淤堵排水板真空预压试验对比；通过普通排水板和不同滤膜孔径防淤堵排水板真空预压试验对比。具体试验的内容包括：(1)加固试验过程实时监测第1种方式下土体不同深度处的真空度和孔隙水压力；以及实时监测第2种方式下土体表面沉降量和记录排水量。(2)试验结束后拆膜，测量加固后第1种方式下土体不同位置的十字板剪切强度和含水率。

3.3 试验结果及分析

3.3.1 真空度

土体不同深度处的真空度变化趋势两者非常相似。但在相同时间内，采用防淤堵板进行真空预压法相对于普通板在相同深度处的真空度更高，且不同深度处稳定真空度更高。上述试验在223和276 h两次停泵4h后重新开抽，普通排水板不同深度下的真空度存在5kPa左右的突增，膜下真空度却跌至80kPa左右后再缓慢上升到90kPa稳定值。而防淤堵板的不同深度下的真空度突增幅度是普通板的一倍。此外，防淤堵排水板表面的亲水性材料更有利于回流冲刷。

3.3.2 孔隙水压力

在抽真空14d后土体中的孔压消散基本达到稳定，孔压值基本接近相同位置处施加的真空压力。采用普通板和80μm 防淤堵板的真空预压加固土体过程中，2者加固表层土体的孔压消散情况较为接近，采用防淤堵板的真空预压法孔隙水压力降低值略大于普通板，说明与防淤堵板相比，普通板更容易发生淤堵。比较加固过程中深层土体的孔压值可见，采用防淤堵板的真空预压法能够更大幅度地使孔隙水压力得到消散，深层土体加固效果优于普通板。

3.3.3 加固后含水率

采用普通板和80μm 防淤堵板的真空预压加固后土体不同位置的含水率，分别建立不同深度、距排水板不同距离含水率。从土体表面到深层土体、从距离排水板较近到较远的位置，二者含水率均呈现出逐渐增大的趋势。比较2种方法可以看出采用防淤堵板能够更大程度地降低土体含水率，有效地提高深层土体加固效果。

3.3.4 十字板剪切强度

对加固后的土体进行不同深度、距离排水板不同距离位置处的十字板试验，根据加固后的土体厚度每10cm 深度进行1次十字板剪切试验，分别得到同一深度距离排水板0，10，20 cm 处的十字板剪切强度（如图3所示）。土体十字板抗剪强度值均随深度的增加而不断减小，但当深度增加到一定程度，土体十字板抗剪强度值却增大，并且随着离排水板距离的增大，土体十字板剪切强度逐渐减小。二者比较表明防淤堵板加固后土体的抗剪强度值，从表层到深层土体都大于普通板，表明采用防淤堵板加固吹填淤泥地基获得更好的加固效果。

(a) 普通板 （直排式） (b) 80 μm 防淤堵板（密闭式）

图3 离板不同距离十字板剪切强度随深度变化

3.3.5 滤膜孔径对加固效果影响分析

(1) 沉降量

为了确定本次试验的最优滤膜孔径，之后又进行了不同滤膜孔径下对土体加固效果试验。抽真空开始的前24h内，采用普通板和防淤堵板的沉降速率都发展迅速，基本呈线性增长，速率达到2.5mm/h；在连续抽真空24h后，随着抽真空加固时间的增长，采用防淤堵板的加固土体的沉降量明显大于普通板的，后期沉降速率减缓，沉降曲线基本接近水平趋于稳定状态；沉降速率随着防淤堵板滤膜孔径的增大而增大，但是在真空预压加固中后期120μm防淤堵排水板加固土体的沉降速率和最终总沉降量表现出大于其他滤膜孔径排水板。

(2) 排水量

在真空管路上连接真空锥形玻璃瓶来实时收集试验加固过程中的排水，并通过锥形瓶表面的刻度实时监测加固淤泥土的排水量。在真空预压初始阶段，4种滤膜孔径和普通板的排水量均增长迅速，速率达到229mL/h，几乎呈线性增长，并且防淤堵板的排水量明显大于普通板的。随着抽真空时间的增长，排水量逐渐减小，曲线趋于平缓，但是在加固中后期120μm滤膜孔径排水板的排水能力强于其他滤膜孔径排水板，其总排水量最大且排水土颗粒量较少。

4 结 论

通过本文设计的不同孔径排水板真空预压试验以及直排式和连通式真空预压对比试验，探究分析了吹填土地基连通式真空预压加固机制，得出以下结论：

(1)密闭式真空预压地基处理方法采用无孔真空管、密封接头直接与新型防淤堵塑料排水板密闭连接，形成水平密闭排水系统，实行密闭直抽，缩短真空传递路径，减少了真空度的沿程损失，加快土体孔压的消散，防止淤堵，在处理温州地区新近吹填淤泥土是可行的。

(2)通过普通板和不同滤膜孔径防淤堵板新型防淤堵真空预压试验的对比，说明采用120 μm 滤膜孔径排水板适合于温州地区吹填滩涂淤泥，渗透能力良好且土颗粒流失较少，真空度沿程损失更少，更有利于土体孔压的消散，排水更为畅通，排水板防淤堵能力更强。

(3) 密闭式新型防淤堵真空预压能够加速土体固结沉降，其加固后土体平均总沉降量比直排式真空预压增加了近50%；并且该方法能够更有效地降低深层土体的孔隙水压力，避免淤堵现象，使深层土体孔压消散完全，大幅度提高了被加固地基的有效应力。

(4) 针对高含水率的吹填土地基采用密闭式新型防淤堵真空预压进行加固，能更大程度降低土体的含水率以及可获得更高的十字板剪切强度和地基承载力，尤其对于处理深层土体，其加固优势比直排式真空预压更为明显。该方法可以大幅缩短施工工期和节约工程造价，在软土地基处理工程实践中具有重大实用价值和良好的社会应用前景。

参考文献：

[1] 孙立强，闫澍旺，李 伟，等. 超软土真空预压室内模型试验研究[J].岩土力学，2011，32(4)：984990.

[2] 吴坤标. 新近吹填土真空预压模型试验研究[硕士学位论文][D].天津：天津大学，2010.

浙江省新苗人才计划科技创新项目(2013R424038)；国家自然科学基金资助项目(51278383)；浙江省重点科技创新团队项目(2011R50020)

作者简介：张津津（1991-），男，浙江丽水人。