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堆载联合真空预压排水固结法加固沿海软弱地地基王必卫范伟霍广勇[摘要］堆载预压法和真空预压法同属排水固结法,二者各有优缺点。
本文结合工程实例,详细论述了堆载预压和真空预压联合加固软基的原理和施工要点。
［关键词］堆载预压：联合；真空预压;加固；软基。
一、概述沿海地区广泛分布着含水量高、透水性差、压缩性大、强度低的海相沉积软弱粘士层，其地基承载力和稳定性很差,在荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，影响建筑物的正常使用，因此，这种地基通常需要加固处理。
排水固结法中的真空预压法和堆载预压法就是处理软弱地基的常用方法，二者加固地基的原理相同，只不过是施加预压的加载方式不同.真空预压法与常规的堆载预压法相比，具有加荷速度快、无需堆载材料、加荷中不出现地基失稳现象等优点,其最大缺点是预压荷载偏小(不超过100KPA)；而堆载预压法工期相对较长,需大量的预压材料，但其优点是最大预压荷载不受限制。
若能将真空预压与堆载预压联合加载就刚好可以发挥二者的优点,而理论分析和工程实践都已证明真空预压法与常规的堆载预压法是可以联合使用的，这两种方法在加固软土时分别产生的负超静水压力（真空预压）和正超静水压力（堆载预压)是可以迭加的,由此产生的有效应力迭加在一起，最终使土体产生垂直压缩变形、强度增长。
堆载预压法有个特例就是用建筑物的自身重量（比如路堤土等）作为预压荷载，加固结束后不再卸载,从而节约投资、缩短工期。
为和常规堆载法区分,这里称之为自载预压法。
在用排水固结法加固软基过程中,为了加快施工进度、提高加固效果，把自载预压法作主要荷载，而把真空预压当作超载来进行联合加载时,我们称之为自载联合真空预压法.二、自载联合真空预压法在沿海公路建设中的应用在深厚软弱地基上修建公路，通常采用自载(路堤土）预压法处理地基,但其往往面临两方面的问题:1、工后沉降量过大问题在公路设计与施工时，虽然对桥头和路堤的工后沉降量提出了明确要求,但却难以做到。
真空排水预压加固地基计算说明以ZK1为例进行计算： 1 沉降计算固结沉降量c S 采用单向压缩分层总和法进行计算，公式如下：i iii ci h e e e S ∆+-=∆0101 总压缩量为：∑=∆=ni ci c S S 1式中：ci S ∆——第i 层的压缩量；i e 0——第i 层中点土的自重应力所对应的初始孔隙比，由室内压缩试验e-p 曲线求得；i e 1——第i 层中点土的自重应力与附加应力之和所对应的初始孔隙比；i h ∆——第i 层土层的厚度。
根据工程地质报告，岩土层物理力学指标及承载力建议值如下表：相关计算结果如下：因此，固结沉降量cm S S ni ci c 5.961=∆=∑=最终沉降量S 包含三部分：初始沉降量、固结沉降量、次固结沉降量，计算公式为：cm S m S c s 8.1155.962.1'=⨯==式中25.1~1'=s m ，地基软弱土层厚度大时取大值。
鉴于填土深度大于22.3m 的土层压缩量非常低，因此固结度主要计算0~22.3m 土层。
固结度计算公式为：t t ae U β--=1式中：2/8π=a ，2224)(8HC d G J F C ve n h ππβ+++= h C C v 、——竖向和水平固结系数，根据试验确定为s cm /10123-⨯；n F ——井径比因子，计算公式为2222413)ln(1n n n n n F n ---=，式中w ed d n =，排水圆柱等效直径d a d e 1=，d 为垂直排水通道间距，取值100cm ，1a 为换算系数，对正三角形布置取值1.05；等值砂井直径πδ)(2+=b d w ，b 为塑料排水板宽度，取值10cm ，δ为塑料排水板厚度，取值0.4cm 。
G ——井阻因子，计算公式为ws w h d LF q qG 4/⨯=，其中，垂直排水通道的 流量L d k q w h h π=)/(3s cm ；w q 为垂直排水通道的通行能力，取值 25s cm /3；h k 为水平向渗透系数，取值s cm /1047-⨯；L 为垂直排 水通道的打入深度，取值2500cm ；s F 为安全系数，取值6。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
真空排水预压法介绍
真空排水预压法是一项比较新的加固软土技术，是属于排水固结法的一种，它通过铺设水平排水砂垫层和设置在软基中的竖向排水体，再在砂垫层上铺设不透气的薄膜封闭装置，借助于埋设在砂垫层内的管道，通过抽真空装置，使土体中形成负压，将土体孔隙中的孔隙水抽出，从而降低孔隙水压力，增加有效应力，使土体产生固结，减少后期沉降，提高地基承载能力。
真空预压的原理
当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。
在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。
主要反映在以下几个方面：
1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。
2)地下水位降低，相应增加附加应力。
3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。
真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。
即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。
真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。
真空预压施工前，应充分作好施工准备工作，制定施工技术措施。
检验沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技术标准及设计要求，并将检验报告提交监理工程师审核批准。
在取得监理工程师批准后，开始进行真空预压的下一步施工。
真空预压的施工流程。
软基路基处理方法“真空预压法”计价方法归属于排水固结处理法，是软弱地基补救的一种，是在拟建构造物施工以后，为降低承载力和减少沉降量，在建筑场地进行存取预压，使地基大部分沉降在预压大部份整个过程完成，并提高地基土强度的方预压法适用于淤泥质粘土、淤泥与人工冲填土等软弱房顶。
预压法包括堆载预压、真空预压、真空联合堆载预压法。
1、堆载预压堆载预压是在地基上堆放重物(水、土、砂、石等)进行预压。
按预压荷载的不同分为超载预压、等载预压和欠载预压，欠载预压在公路工程中较少采用。
为了规避堆载时压坏地基，需分级加载。
2、真空预压法真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后铺设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其臭氧与大气隔绝，薄膜四面埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道管线，使用真空泵或进行抽气，使其形成真空，增加地基的如何有效应力。
真空预压处理地基时候，设必须设置塑料排水板或砂井等竖向排水管道体。
塑料排水板或砂井能将真空从砂垫层中传至土体中，并将土体中的水通过其排至砂垫层然后排出。
真空预压法适用于对软土性质很差、土源紧缺，工期紧的软土地基进行处理。
3、真空联合堆载预压当设计地基预压荷载大于80kPa，且需要进行真空不能地基预压满足设计要求时可采用真空和堆载预压联合预压地基处理。
真空联合堆载预压可用于高填方路段和桥头路段的软土路基处理。
1、用心密封膜应采用抗老化性能好、韧性好、抗风化穿刺能力强的不透水材料2、密封膜厚度为0.12~0.14mm，可铺设2~3层3、密封膜连接宜采用热合黏结缝平搭接，宽度应不小于15mm4、密封膜周边应埋入密封沟内，宽度宜为0.6~0.8m，深度宜为1.2~1.5m5、真空管路由主管和滤管构成，滤管应设在排水砂垫层中会，其上应有0.1~0.2m厚砂覆盖层。
6、滤管应不透砂，滤管周围应采用砂填实，不得架空或漏填7、预压期和预压高度应根据要求工后沉降量或地基固结度确定8、真空预压时，应在地基中设置砂井或塑料排水板等竖向排水体，并设置砂垫层和垫层中的石灰排水管。
真空预压法是排水固结法一、基本原理在沿海和内陆地区广泛分布着海相、湖相和河相沉积的软弱粘土层，具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性等特点，在建筑物荷载作用下会产生较大的沉降，地基承载力和稳定性差，不能满足工程需要。
为有效消除软土的沉降变形，提高地基承载力和稳定性，应对地基进行加固处理以满足工程建设的需要。
真空预压法是排水固结法的一种，主要由排水系统和加压系统两部分组成：排水系统主要包括竖向排水体和水平排水体，竖向排水体常用塑料排水板、袋装砂井、透水软管等，水平排水体常用砂垫层（纯净中粗砂），对于砂源紧缺、砂价较贵的地区可采用技术可靠的塑料盲沟或透水软管等土工合成材料，以降低工程造价。
设置排水系统主要为了改变地基原有的排水边界条件，传递真空压力，增加孔隙水的排出通道，缩短排水距离，以便在上部荷载作用下能以较快的时间使地基土的有效应力增加，地基土产生固结，完成预定的地基加固效果，满足工程建设需要。
加压系统主要是指抽真空装置。
真空预压原理见图2-1所示。
在实施真空预压法的同时在地基上部进行堆载（包括堆土、充水等），真空预压与上部堆载联合作用就形成了真空联合堆载预压法，见图2-2。
二、优缺点真空联合堆载预压法加大了超载压力，堆载预压中的超载部分为真空压力，增大了地基土体内的附加应力，同时发挥真空预压和堆载预压各自的优势，可提高加荷速率、缩短工期、增大加固深度，使地基沉降在施工期内得以基本完成，从而有效减少地基工后沉降。
真空联合堆载预压法对地基实施超载预压加固，超载部分由真空荷载来代替，其最大荷载可达80～90kPa，相当于4～5m的填土荷载，大大超过地面设计荷载；真空荷载施加方便、迅速，几天之内就可达到80kPa以上，不存在分级施加的问题；由于有真空预压，只要塑料排水板有足够大的通水量，真空度就可以传递到土层深部而损失较小，使地基深层软土得到较好加固，从而在加固期间能消除较多的地基沉降。
采用真空联合堆载法处理场地软基，除了施工简单、有效消除地基土的沉降、填土速率不受限制、施工费用低廉等特点外，还可以大幅度提高地基土承载力，改善地基土土性，提高地基土强度。
