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增压式真空预压法处理软土地基研究综述（福建农林大学交通与土木工程学院福建福州350108）危俊鑫吴能森郑建荣∗∗∗第41卷第9期绥化学院学报2021年9月Vol.41No.9Journal of Suihua UniversitySep .2021收稿日期：2021-03-09作者简介：危俊鑫（1996-），男，福建邵武人，福建农林大学交通与土木工程学院硕士研究生，研究方向：岩土与地下工程。
吴能森（1964-），男，福建福清人，福建农林大学交通与土木工程学院教授，博士，博士生导师，研究方向：岩土工程，林业工程。
基金项目：福建农林大学科技创新专项基金项目“明挖法地铁车站施工阶段受力及稳定性分析研究”（KFA17254A ）。
我国沿海地区软弱土层分布广泛，具有压缩性高、渗透性差、固结慢等特点，地基处理困难，尤其是滨海围填滩涂地区软基处理问题值得关注。
常见的地基处理方法可分为置换法、排水固结法、加筋复合地基法、托换与纠倾法、振密挤密法、灌入固化物法和冷热处理法等七大类[1]。
其中排水固结法作为物理方法，适用于软弱土层的沉降和稳定问题，能较好地使土体固结并提高土体强度，具备较好的经济性，故在实际工程中比较常用。
其加载方式可采用真空联合堆载法，水载预压法和轻质材料法等。
最早的排水固结一般采用填土或砂石堆载，具有堆载物运输不便、填筑成本高、工期长、需要分级堆载等缺点。
经过长期的工程实践，20世纪50年代，瑞典皇家地质学院W.Kjellman [2]首先提出了将真空预压法应用于处理软弱土体中。
此后，美国费城机场的扩建第一次使用了真空预压技术。
随着美国和日本地基加固工程的应发展，低价土工膜的出现使得真空预压土体密闭问题和真空度问题得以解决，相关技术逐渐成熟。
20世纪中后期，南京水利科学院等科研单位在天津围海造陆的现场进行了真空预压的科研试验，此外针对土体真空度的问题不断进行工程应用与研究探索，获得了良好的土体加固效果。
真空预压法软基处理工程的施工技术和管理研究摘要：该文基于笔者多年从事真空预压软基工程项目的管理经验，以天津某项目为工程背景，详细探讨了施工准备、施工质量控制、施工管理的思路方法，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。
关键词：真空预压软基处理施工技术管理中图分类号：tu471 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）03（a）-0-011 工程概况1.1 地理位置本项目位于天津某工业区内，主要施工工艺采用“浅层抽水固结与深层真空预压联合处理”，浅层直排式真空预压：膜下真空度不小于60 kpa，竖向排水通道采用塑料排水板，插入淤泥4.5 m，间距0.8 m，露出地表0.6 m，正方形布置；深层直排式真空预压：膜下真空度不小于85 kpa，加固场地区域吹黑砂垫层，竖向排水通道采用塑料排水板，打设底标高-14.5 m，露出地表0.6 m，间距0.8 m，正方形布置。
1.2 工程地质、水文条件根据地质勘察资料，施工区内土层分布较有规律，原状滩面以上为新吹填土层，原状滩面自上而下主要分为四大层：第一层为海相沉积的淤泥质粉土和淤泥质粘土；第二层为海陆交互沉积的粉质粘土混贝壳和粉质粘土；第三层为河口三角洲相沉积的粉质粘土；第四层为河口三角洲相沉积的粉沙。
现对原状土体各相土层按自上而下的顺序描述。
2 施工准备在施工准备阶段，通过对现场和图纸的仔细察看，我们对主要的工艺流程进行分析，找出对施工质量起关键作用的流程—土工布、砂垫层、塑料排水板，确定作为重点管理对象。
同时落实机械、设备材料的进场计划。
根据各工序特点对进场人员进行调配。
加固区地表以下有约19 m 厚的淤泥和淤泥质土，其上覆新近港池航道疏浚时吹填的淤泥质土，呈流塑状，是典型的深厚软土地基。
要作为堆场地基或道路路基必须进行加固处理。
3 工程技术要点3.1 加固机理本工程采用用直排式真空预压法加固软土地基，本工法遵循常规真空预压法的加固机理，在地基上施加的不是实际重物，而是把大气压作为荷载。
关于大面积软基处理真空预压施工工艺改进的探讨摘要：作为一种经常应用于大面积软基处理的施工方法，真空预压施工技术表现出了较好的应用效果，但同时也由于其设备能耗高等因素，使得真空预压的经济效益受到了一定影响。
文章以上海浦东国际机场四期扩建西货运区6号地块智能货站工程为例，从新型水气分离变频真空预压装置与排水板打桩机防回带装置两个角度分析了大面积软基处理真空预压施工工艺，并进行了技术对比与结果分析，总结了技术经济效益，希望能够为同行业工作者提供一些帮助。
关键词：大面积软基处理；真空预压施工；引言：真空预压主要用于对软土地基进行加固，包含了排水、抽真空以及密封三点主要内容。
经由多年发展，真空预压施工技术已经逐渐成熟，但依然存在设备能耗高等问题，因此存在改进的必要。
为此，从真空预压装置与防回带装置两个角度分析真空预压施工工艺要点，进而解决在实际应用过程中的经济效益问题，改进并完善关键技术应用流程。
1 项目概况1.1工程概况工程位于浦东新区浦东机场西货运区6#地块。
总用地面积约222011㎡。
场地呈矩形，长宽约为570m×400m。
图1：地理位置图东侧为空侧机坪，北侧为东航货运站用地及在建西货运区3号货运站二期项目，西侧紧邻河滨西路，南侧为UPS转运中心用地。
1.2 场地软基情况举例项目场地主要为空地，原有建筑已经被全部拆除，包含了一个水塘，并在其西侧分布有高度在2至3米的堆土，西北处堆放有部分碎石料，整体地势较为平坦，其地面标高在3.63至4.96米范围内，局部有起伏表现。
基于现有勘探资料进行分析，发现拟建设的场地的北部主要为古河道沉积区，南部则为正常的沉积区，在这一区域的65米深度范围内可按照自上而下将其划分为多个层级。
填土层包含了杂填土（0.7至4米）与浜土（0.0至2.5米），其中浜土多为灰黑色粘性土，整体土质较差，需要对其采集地基处理措施；沉积层包含了灰黄色粉质黏土、灰色淤泥质粉质黏土、灰色淤泥质黏土、灰色黏土、灰色粉质黏土、灰色黏质粉土、灰绿色粉质黏土、暗绿色粉质黏土、草黄或灰黄色砂质粉土层、灰黄或灰色粉砂层以及灰色砂质粉土层。
真空预压加固地基的试验及理论研究地基加固是工程建设中至关重要的一环，直接关系到建筑物的安全性和稳定性。
随着科技的不断发展，各种地基加固方法层出不穷。
其中，真空预压加固地基作为一种新型的地基加固技术，具有许多独特的优势，如施工方便、加固效果显著等，引起了广泛。
本文将围绕真空预压加固地基的试验及理论研究展开讨论，旨在深入了解该技术的原理、适用范围及其发展前景。
真空预压加固地基技术起源于20世纪90年代，是一种以大气压力为荷载，通过抽真空的方式对地基进行加固的方法。
该技术具有以下优点：施工速度快，可大大缩短工期；加固效果好，可有效提高地基承载力；对环境影响小，适用于各种地质条件。
然而，真空预压加固地基也存在一些不足之处，如对地质条件及施工工艺要求较高，以及可能出现“砂涌”等问题。
为了深入了解真空预压加固地基的原理及效果，本文设计了一系列实验。
我们选择了典型的工程地质条件，包括软土、硬土和岩层等地层。
然后，我们对不同地层进行了真空预压加固处理，并对比了加固前后的地基承载力、压缩性等指标。
实验结果表明，经过真空预压加固后，地基的承载力和稳定性得到了显著提高。
在实验基础上，本文对真空预压加固地基的理论进行了研究。
我们分析了真空预压加固地基的作用机理，即通过改变地基内部的应力状态和排水条件，使地基得到有效加固。
然后，我们探讨了真空预压加固地基的设计方法和施工工艺，并对其应用前景进行了展望。
特别地，我们针对真空预压过程中可能出现的“砂涌”等问题，提出了相应的防治措施。
通过本次研究，我们可以得出以下真空预压加固地基作为一种新型的地基加固技术，具有施工方便、加固效果显著等优点，适用于各种地质条件。
实验结果表明，经过真空预压加固后，地基的承载力和稳定性得到了显著提高。
同时，本文对真空预压加固地基的理论进行了研究，提出了相应的作用机理、设计方法和施工工艺，并针对可能出现的问题提出了防治措施。
尽管真空预压加固地基已经得到了广泛应用，但仍存在一些需要进一步研究和解决的问题。
一、真空预压法组合加固软基技术（一）技术内容（1）真空预压法是在需要加固的软粘土地基内设置砂井或塑料排水板，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜使软土与大气隔绝，然后通过埋设于砂垫层中的滤水管，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，因而在膜内外产生一个气压差，这部分气压差即变成作用于地基上的荷载。
地基随着等向应力的增加而固结。
（2）真空堆载联合预压法是在真空预压的基础上，在膜下真空度达到设计要求并稳定后，进行分级堆载，并根据地基变形和孔隙水压力的变化控制堆载速率。
堆载预压施工前，必须在密封膜上覆盖无纺土工布以及粘土（粉煤灰）等保护层进行保护，然后分层回填并碾压密实。
与单纯的堆载预压相比，加载的速率相对较快。
在堆载结束后，进入联合预压阶段，直到地基变形的速率满足设计要求，然后停止抽真空，结束真空联合堆载预压。
（二）技术指标（1）真空预压施工时首先在加固区表面用推土机或人工铺设砂垫层，层厚约0.5m；（2）真空管路的连接点应密封，在真空管路中应设置止回阀和闸阀；滤水管应设在排水砂垫层中，其上覆盖厚度100~200mm 的砂层；（3）密封膜热合粘结时宜用双热合缝的平搭接，搭接宽度应大于15mm 且应铺设二层以上。
密封膜的焊接或粘接的粘缝强度不能低于膜本身抗拉强度的60%；（4）真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵，空抽时应达到95kPa 以上的真空吸力，其数量应根据加固面积和土层性能等确定；（5）抽真空期间真空管内真空度应大于90kPa，膜下真空度宜大于80kPa；（6）堆载高度不应小于设计总荷载的折算高度；（7）对主要以变形控制设计的建筑物地基，地基土经预压所完成的变形量和平均固结度应满足设计要求；对以地基承载力或抗滑稳定性控制设计的建筑物地基，地基土经预压后其强度应满足建筑物地基承载力或稳定性要求。
主要参考标准：《建筑地基基础工程施工规范》GB51004、《建筑地基处理技术规范》JGJ79。
（三）适用范围该软土地基加固方法适用于软弱粘土地基的加固。
探析真空联合堆载预压法加固软土地基施工技术预压法包括堆载预压法和真空预压法，适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基；在各种软弱地基處理方法中，该方法是运用较广泛的方法之一。
其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形，土体的有效应力增加，地基强度相应增加，并提高沉降速率和使沉降提前完成。
堆载预压法与真空预压法的加固原理相似，实践证明，这两种方法联合使用，即真空联合堆载预压法，可以加速地基沉降，提高预压效果，缩短预压时间，从而缩短工期，取得良好的经济效益和社会效益。
真空联合堆载预压法在沿海地区运用较多，在中部地区则运用较少。
1真空联合堆载预压加固机理及其适用范围真空联合堆载预压是采用真空泵将膜内气体和水抽出，并在密封膜上面堆加荷载，在真空作用和堆载荷重的联合作用下，使加固区域内土体的孔压力增大，土体中的孔压降低，土体中的孔压便与这些边界的孔压形成一定的压力差，即土体与排水通道、垫层之间形成压力差，在此压力差作用下，土体中的孔隙水发生不稳定渗流，渗流的水通过塑料排水板的细管作用和膜下的真空作用，沿塑料排水板上升到地表由真空泵抽出。
随着时间的增长，土体中的孔压逐渐降低，降低的孔压转变为土体的有效应力，真空度越高，沿深度衰减越小，则增加的有效应力越大，固结效果越好，从而达到加固软基的目的。
2真空联合堆载预压法的特点真空联合堆载预压法是在真空预压和堆载预压法基础上发展起来的，结合了各自的优点，具有真空预压与堆载预压的双重效果。
与真空预压相比，真空联合堆载预压法具有如下突出特点：（1）提高了加固荷载。
真空提供的加固荷载不能满足使用要求时，辅助堆载预压加以补充就能达到加固地基的要求。
（2）由堆载预压产生的侧向挤出变形可以被抽真空产生的向内的水平位移部分平衡，有利于地基的稳定。
（3）真空联合堆载预压法能够加快地基的沉降速度，缩短固结时间，减少工后沉降。
与堆载预压相比，真空联合堆载预压法具有如下突出特点：（1）加载快，真空荷载无须分级施加，可以一次性快速施加到80kPa以上而不会引起地基失稳，抽真空产生的压力，不仅可以达到超载预压的效果，有利于减少工后沉降，而且还可节省填土超载等施工。
真空预压法加固软基施工技术研究
【摘要】随着当前社会的不断发展,软土地基施工的范围逐渐的变大,在道理修筑的过程中,软土路基已成为当前施工的难点与重点,更是影响当前道路质量的主要因素。
真空预压加固软土地基是近年来在软土地基处理中比较常用的方法真空预压属于排水固结法的一种，我国在20 世纪50 年代末和60 年代初开始对这一方法进行研究。
本文就目前建筑工程中的施工技术研究分析，并就真空预压法的施工技术要点进行总结与探索，并提出了相关的技术要点。
【关键词】真空预压法加固软基施工技术
真空预压系统由抽真空系统和排水排气系统两部分组成，施工时首先在原地基表面铺垫一定厚度（通常为400～500mm）的砂垫层，再在土体中打入砂井、袋装砂井或塑料排水板作为竖直排水体，将不透气的薄膜铺设在砂垫层顶面上，薄膜四周埋入不透水土中，借埋设于砂垫层中的管道，将薄膜下砂垫层中的空气抽出，使其形成相对负压，由于砂井渗透性较大，该负压能够快速传递到砂井深部，从而再砂井和砂井周围土体之间形成孔压差，使土体中的空隙水流入砂井并被排出，已达到固结的目的。
真空预压法
原理
真空预压塑料排水板法是近年来迅速发展起来的一种新的软基处理方法，它主要包括加压和排水两个子系统。
加压系统是由借助于覆盖在砂砾垫层上的不透气薄膜，用真空泵来形成的负压、密封薄膜上的外加堆载以及由于地下水位的降低使土体由饱和容重变为湿容重而产生的附加应力组成；而后者则包括水平向和竖向排水系统，竖向排水系统一般由塑料排水板(或砂井、袋装砂井)组成，水平排水系统一般由砂垫层以及埋入其中的PVC排水管组成。
地下水在上述荷载作用下产生径向渗流，汇集到砂砾垫层中(或排水管内)并由真空排水系统排出，使土体有效应力增加，同时达到土体固结的目的。
2、特点
（1）不需堆载, 节省费用。
省去了加载和卸载工序, 节省大量堆载材料、能源和运输费用,同时也缩短了加固施工工期。
（2）固结时间短, 加固效果好。
真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出,可缩短固结时间;同时由于空隙水排出, 渗流速度增大, 地下水位降低,有渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大,提高了加固效果。
(3)孔隙神流水流向。
孔隙神流水流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体, 土体在加固过程中的侧向变形很小,真空预压可一次加足,地基不会发生剪切破坏而引起地基失稳,可有效缩短总的排水固结时间。
(4)土质越软, 加固效果逾明显。
真空预压法适用于超软黏性土地基、边坡、码头岸坡等地基稳定性要求较高的工程地基加固,土质逾软,加固效果逾明显。
二、施工机具设备和材料要求
真空预压设备由真空泵和配套设备组成。
真空泵一般宜用射流真空泵，真空泵的设置应根据预压面积大小、真空泵效率以及工程经验确定。
一套抽真空装置在施工初期可负担1000～1200 ㎡的加固面积，后期可负担1500～2000 ㎡的加固面积。
真空装置数量应以始终保持密封膜内高真空度为原则，且每块预压区宜设不少于两台真空泵。
配套设备有集水罐、真空滤水管、真空管、止回阀、阀门、真空表、密封薄膜等。
真空滤水管采用钢管或塑料管材，应能承受足够的径向压力而不变形。
滤水管上梅花形布置滤水孔，孔径一般为8～10mm，孔间距50mm；管上缠绕直径为3mm 的铁丝，外包尼龙窗纱布一层，最外面再包一层渗透性好的编织布或土工纤维或棕皮。
密封膜应采用抗老性能好、韧性好、抗穿刺能力强的不透气材料。
常用聚氯乙烯薄膜作为密封膜。
密封膜热合时宜用两条热合缝的平搭接，搭接长度应大于1.5mm。
密封膜面积要大于预压场地面积，一般要求每边大于预压区相应边2～4m。
为了保证整个预压过程中的密实性，塑料模一般宜铺设2～3 层，每层模铺好后应检查和粘补漏处。
三、施工工艺
l、施工流程。
真空预压法的工艺流程为：地质调查一排水设计一施工准备一排水砂垫层施工一打设竖向排水体一埋设真空分布管一铺设密封膜一安装真空泵、连接管路一抽真空一观测一卸载。
2、主要工艺
（1）场地处理
在施工之前必须重平心施工场地的处理, 保证地表清理彻底及平整, 如果地表清理不彻底, 会严重影响后期插板质量,工效和真空预压的气密性。
另外如需在施工现场设置临时施工通道, 必须在开工前进行合理布置, 防止在后期施工过程中由于施工设备运输等原因造成气密设备的损伤, 从而影响气密效果。
（2）砂砾垫层设置
清理结束后, 填筑素土及排水砂砾垫层, 并碾压密实,同时埋设好监测仪器。
砂砾垫层作为土体内部塑料板排水和土体外部真空设备抽气抽水的中介层, 会直接影响到真空压力的传递及排水效果, 因此必须严格控制砂砾垫层的施工质量。
首先要控制砂砾的均匀性、级配和通水能力, 含泥量和厚度满足设计要求, 含泥量一般控制在3 %以下, 厚度不小于20 cm , 以防影响通气性和渗水性。
其次
在确定厚度时, 应考虑机械设备行走时可能对砂砾垫层的破坏作用, 根据实际情况适当加厚。
（3）塑料排水板。
①塑料排水板的施工质量在很大程度上取决于施工机械的性能。
在打设排水板时严禁出现扭结、断带和撕破滤布等现象，要求板的回带长度不得大于50mm，且剪断的排水板应在砂砾垫层以上大于20mm，桩尖对准桩位标记偏差应控制在±7cm范围之内，桩管的垂直度偏差应不大于±1．5％。
②桩尖平端与导管靴口配合处应符合要求，避免桩尖与导管靴口产生错缝，防止在打设过程中淤泥进入导管。
③在进行排水板的对接时，为防止排水通道的阻塞，应将板头两端滤布剥开，使芯板相连，再将滤布套在一起，用l0 铅丝制成的u型钉钉牢(要求搭接长度应大于20cm)。
④导管进口处安装尼龙导向轮，避免出现排水板扭结现象和撕破滤膜。
⑤采用钢尺放线，在桩尖对位时严格控制误差在±7mm范围内，确保桩位放线精确；要求塑料排水板的打设垂直度控制在1．5％以内。
（4）铺设密封模。
在砂垫层上铺设密封薄膜，为确保薄膜的密封性，一般采用3层聚氯乙烯薄膜，按先后顺序同时铺设，并将模的四周密封。
模的四周密封方法一般是在离基坑线外沿2m开挖深0．8—0．9m的沟槽，将薄膜的周边放入沟槽内，用黏土或粉质黏土回填压实要求气密性好，密封不漏气，或采用板桩覆水密封。
经验证明，膜上全面覆水较好，既保证薄膜的密封性又减缓薄膜的老化。
膜上沟内同时覆水、封闭式板桩墙内覆水，一般适用于密封膜和密封沟发生
漏气现象时，作为辅助密封措施采用。
（5）真空泵及真空预压。
因真空管路中设置了一定量的止回阀和截门，要求管路各连接点需严格进行密封处理，确保真空泵的正常运行。
应严格按操作规程进行真空预压的操作，在抽真空过程中定时作好膜下真空度及泵上压力的记录，如发现异常，及时采取应对措施，避免影响软基加固。
（6）动态监测。
配合施工对地表沉降、分层及深层沉降、侧向位移、孔隙水压力及地下水位的变化进行动态监测，确保高路堤施工的正常进行。
结束语
随着当前社会科学的飞速发展, 软土地基中桩基承重台的建筑和设计已成为在软土地基施工的主要保障因素, 是增加软基施工质量的前提和基础, 做好软基承重台侧移的控制是保证软基安全施工的提高其质量的有力保证和前提基础。
当今建筑工程施工中的地基加固方法多种多样,对于各种类型的土层,无论是加固方法还是采用的机械、材料等都已日益丰富,随着建筑领域新技术的不断改进, 真空预压法加固软土地基的施工技术, 也将愈发完善。
参考文献
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