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1真空堆载联合预压法加固机理及工程应用高峰 河海大学交通学院（210098）email:gf5215@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，它们对地基的作用效果是可以叠加的，于是产生了真空堆载联合预压法。
文中介绍了其加固机理并叙述了加固过程中的一些问题，最后结合工程实例对真空堆载联合预压在高速公路软基处理中的应用进行了介绍，并通过观测对地基的变形规律进行了分析研究。
关键词：堆载预压;联合;真空预压;加固;软基1 概述近年来,为了适应经济和社会的飞速发展,各地兴建了很多港口、高速公路以及物流堆场,这些工程投资金额大,社会效益和经济效益显著,因此,它们的质量要求就相应很高。
目前,在各地修建港口、高速公路以及物流堆场(特别是在沿江、沿海地区)经常遇到的主要工程问题是如何有效的处理软土地基。
软土地基的特点是含水率很高,孔隙比大,压缩性高,强度低,透水性差。
在建筑物荷载的作用下会产生很大的沉降,而且固结速度慢,如处理不当，将影响建筑物的正常使用。
目前常用的地基处理方法优缺点的介绍。
堆载预压法地基固结速度慢，常需结合等超载预压措施；复合地基法（深层搅拌桩、粉喷桩、CFG 桩等），造价高，质量不易控制等。
真空堆载联合预压法作为排水固结法的一种，技术可靠、经济合理、工期较短，在众多地基处理技术中已经凸显出其明显的优点,受到广大工程技术人员的青睐。
本文结合具体的工程实践，对真空预压在高速公路软基处理中的应用进行了介绍，并通过现场监测，对地基在真空和路堤荷载作用下的变形规律进行了分析研究。
2 固结机理及固结特性[1,3]根据太沙基有效应力原理[3]σ=u +'σ知道，固结的实质是有效应力和孔隙压力的相互转化。
堆载预压通过增加外荷,增大总应力σ,在有排水边界时,土体内与边界上孔压不平衡,使水排出，u 降低,σ'增加。
真空预压的总应力不变,通过抽真空改变边界孔压值,在有排水条件时,促使孔隙水排出, u 降低, σ'增加。
真空预压法和堆载预压法的原理真空预压法和堆载预压法，这听起来是不是有点高深莫测？别急，让我来给你拆解一下。
想象一下，你家里有个蓄水池，池子里的水有点多，底部开始变得松软，这可不是什么好事啊。
咱们需要把底部的泥土弄得更稳当一些，才不会出乱子。
真空预压法和堆载预压法，就像给这个池子来一场“大保健”，帮它减轻压力，增强稳定性。
先说说真空预压法。
这种方法就像给泥土穿上一件“超能外衣”。
具体是怎么回事呢？简单来说，就是在土壤的上方放一个大袋子，袋子里抽真空，形成负压。
哇，想象一下，这就像给土壤施加了一个神秘的力量，把水分都吸出来。
土壤就开始缩紧、变得更结实。
就好比你拿掉一个水肿包，嘿，瞬间轻松许多。
这样的过程能够让土壤内部的结构更紧密，减少后续施工时的沉降风险。
哎呀，真是高科技呀！接下来聊聊堆载预压法。
这个方法听起来是不是更像个“重量级选手”？就是在土壤表面堆上一些重物，比如沙土、石块之类的。
这样一来，重压之下，土壤被迫收缩，内部的空隙减少，密度增加。
想象一下，把一块大石头放在一块棉花上，棉花会被压得扁扁的，对吧？这就是堆载预压的原理。
等到压力够了，咱们再把这些重物移开，留下的土壤就像被打磨过一样，稳稳当当地等着下一步施工。
你看这两种方法，真空预压法像是给泥土“减肥”，堆载预压法则是让土壤“增肌”。
每种方法都有自己的“招牌绝技”。
真空预压法适合于一些高水位的地方，像海边啊，河边的。
水分多，泥土松，这种情况下，真空的力量简直就是福音。
而堆载预压法呢，适合那些土壤条件不太好的地方，尤其是需要快速施工的场合。
压一压，等一等，嘿，土壤就准备好啦。
这些方法也不是随便用的。
要根据具体的地质情况来选择。
就像吃饭得看个人口味，谁也不想吃到不合适的东西，对吧？真空预压法需要较好的设备支持，还得监控真空度，才能保证效果。
而堆载预压法虽然设备要求不高，但也得考虑重量、时间等因素，不能说压就压，要有耐心。
就像盖房子，打地基的过程总是最重要的，别小看了这些细节。
4.1 浅层处理浅层处理方法主要有垫层法（包括换土垫层、换土加筋垫层、加筋碎石垫层等）、抛石挤淤法等，换土垫层一般不适用于垫层下地基持力层土的压缩模量低于2.5MPa的地基。
4.1.2 垫层法一、换土（加筋）垫层法采用换土垫层法或换土加筋垫层法处理软基时，垫层厚度一般不小于500mm且不超过3.0m，并应与其它处理方法进行经济比较后再做优选。
换土加筋垫层处理软基横断面图换土加筋垫层法的加筋材料宜选用抗拉强度高、受力时伸长率不大于4％～5％、耐久性好、抗腐蚀的土工格栅，当垫层厚度小于1.0m时，在底部或1/2厚度处铺设一层加筋土工格栅，当厚度大于1.0m时每0.5m铺设一层加筋土工格栅。
也可根据工程实际情况选用其它土工合成材料如土工布等。
垫层的作用：1、提高地基承载力2、减少沉降量3、加速排水固结4、阻隔毛细水上升5、垫层中加铺土工合成材料，利用土颗粒或碎石位移与拉筋产生摩擦力，使土与加筋材料形成整体，可使上部荷载均匀分散到地基中（应力扩散）。
当地基可能出现塑性剪切破坏时，土工合成材料将起到阻止破坏面形成或减小破坏发展范围的作用，从而达到提高地基承载力的目的。
此外，土工合成材料与垫层土之间的相互磨擦将限制地基土的侧向变形，从而增加地基的稳定性。
垫层底部加筋——筋体与垫层一侧摩擦垫层中部加筋——筋体与垫层两侧摩擦标准图集中将加筋材料放在了垫层的中部垫层的厚度确定：垫层的厚度一般根据垫层底面处土的自重应力和附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力，其表达式如下：pz+pcz ≤ƒz式中：ƒz ——垫层底面处土层的地基承载力(kPa)；pcz ——垫层底面处土的自重压力(kPa)；pz ——垫层底面处土的附加压力(kPa)。
一般是先根据初步拟定的垫层厚度，再用（1）复核。
垫层厚度一般不宜大于3m ，太厚施工困难，太薄（<0.5m ）则换土垫层的作用不大。
垫层的宽度应满足道路路基基础底面应力扩散的要求，可按下式计算或根据当地经验确定。
【创新与发展】住宅与房地产2019年2月真空预压与堆载预压的比较分析李小红（广东中弘建设工程有限公司，广东 东莞 523000）摘要：文章介绍了真空预压和堆载预压的异同。
以其核心施工原理为分析对象，对比两种施工方法的作用机理、施工工艺、施工难度及工程预算，并得出施工过程的应用结论，并对两项技术的发展作出展望。
关键词：软土地基；加固；真空；堆载中图分类号：TU472.3+3 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）02-0252-011 技术背景我国地域广阔，不同的地区因为地质地理等各种条件影响下，形成了存在显著地域性的各类型土，而软土常分布在中国内陆和沿海地区。
从市政道路的施工经验来看，道路路基工后沉降和不均匀沉降最难控制的区域主要是集中在软土地区， 在软土上建造的道路通常具有过多的路堤沉降并且难以稳定。
出于对工程安全因素和行车舒适性考虑，软基地质必须经过进一步的处理，才能在其上修筑道路。
2 核心技术原理比较鉴于上文提及的道路的路基建设对地基的要求比较高，对路基工后沉降的要求极为严格，当天然基础不能满足要求时，需要对地基进行特殊处理。
软土地基加固的成本通常占据总成本的很大一部分。
将直接关系到投资的大小甚至工程的成败。
真空预压法和堆载预压法是我国软基处理的最常用的两种方法，下面将对这两种方式进行对照，并说明这两种常用软基处理方式的应用前提和前景。
2.1 作用机理比较真空预压方法是为了使待处理的软基与空气隔绝，在上面覆盖一层或多层不透气薄膜。
然后使用真空泵及设置在垫层中的管道，在砂垫层及排水通道里形成较高的真空度，让地基的孔隙水从土壤中排出并逐渐从排水通道中漏出，从而达到土体固结，增强软基的目的。
加固效果主要取决于真空的稳定维护和有效传递[1]。
预压方法是采用堆载的方式在软土地基上施加相等或超载荷载，并通过增加土壤中的总应力来促进土壤中孔隙水的排放。
它通常采用分级加载方法，加固效果主要取决于堆载的荷载的大小和超孔隙水压力的消散程度[2]。
真空预压与堆载预压的介绍
一、作用机理
真空预压法和堆载预压法两者都属于排水固结法，先在软基打设塑料排水板或袋装砂井作为竖向排水体，并在软基上铺设砂垫层作为水平向排水体，通过真空压力(负压)或堆载(正压)，使土体中的孔隙水压力产生不平衡水压力，孔隙水在这种不平衡力的作用下通过竖向排水体逐渐排出,从而使土体产生固结变形。
1、堆载预压法：堆载预压时，地基土由于荷载作用而产生的附加应力开始由孔隙水压力(u)所承担，而有效应力不变;随着时间的推迟，孔压逐渐消散并全部转变为有效应力，土体强度得以提高。
2、真空预压法：真空预压法是总应力(σ)不变，通过抽真空降低边界孔隙水压力，而使土体孔隙水压力(u)降低，孔压消散并全部转变为有效应力，土体强度进一步提高。
二、优缺点及适用范围
1、堆载预压法：堆载预压法是在地基表面荷载作用下使软土产生固结，其优点是可控性较好，地基土沉降比较均匀，处理深度主要受堆载荷载大小及排水板长度影响。
缺点是工期相对较慢，土体会产生部分侧向变形，需要堆载土源。
适用范围：大面积陆域的软基处理。
2、真空预压法：由于抽真空产生负压，增加的是球向应力，土体向内收缩变形，其优点是地基不会因填土速率快而出现稳定性问题。
缺点是技术要求复杂，受到抽真空效果的影响，土体沉降速率不稳定，且最大真空度仅能达到80kPa，处理深度一般不大于8m。
适用范围：一般需要快速堆填的路基处理，以及填海中陆域形成时采用。
文章编号:1009-6825(2015)05-0064-02某项目真空预压与堆载预压地基加固效果对比收稿日期:2014-12-06作者简介:程达(1986-)，男，助理工程师程达(连云港港口建设项目管理有限公司，江苏连云港222042)摘要:通过分析某工程的水文地质条件，选用了真空预压及堆载预压两种地基处理方式，并对各处理方式的施工过程进行了介绍，对比分析了表层沉降、孔隙水压力、载荷试验等监测结果，得出了一些有价值的结论。
关键词:真空联合堆载预压，沉降监测，载荷，孔隙水压力中图分类号:TU472文献标识码:A1工程概况本工程地基处理范围包括停车场、场区、主要道路和三道涵洞，地基处理的总面积约为204777．5m 2。
根据总平面布置及使用要求将需要地基处理的工程区域划分为真空联合堆载预压区和堆载预压区两部分，其中真空联合堆载预压区面积为181413．7m 2，真空联合堆载A 区面积为161048．7m 2，真空联合堆载B 区面积为20365．0m 2，堆载预压区面积为23363．8m 2。
经地基处理后，陆域形成标高为4．0m 。
2工程地质条件本次揭露地层按其成因时代、成因类型、岩性特征及其物理力学指标从上至下分为7个岩土层，其中③层细分为8个亚层，④层细分为5个亚层。
具体如表1所示。
从表1可以看出，该项目大部分区域表层为黏土层，黏土层以下为淤泥质黏土、淤泥或淤泥混砂层，该层是本地基处理工程着重处理的对象。
淤泥层以下土层为粉土、粉砂或粉质黏土层，该土层具有承载力较高，压缩性小的特点，可作为本工程良好的持力层。
本工程主要加固土层为②，③-1，③-2层。
3设计情况1)真空联合堆载预压。
真空联合堆载预压施工工艺为:竖向排水通道采用B 型塑料排水板，打设排水板至－16．32m －10．92m ，排水板正方形布置，板间距1m ，横向排水通道采用0．5m 中粗砂垫层，荷载采用80kPa 真空压力+50cm 中粗砂保护层+2．5m 堆载石料。
预压法是在建筑物建造前,对天然地基或对已设的各种排水体(如砂井和排水垫层等)的地基施加预压荷载(如堆载，真空预压或联合预压)，使土体固结沉降基本完成或完成大部分，从而提高地基土强度的一种地基处理方法。
排水固结法是一种新兴的软基加固方法，此法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体，通过预先在地表进行加载预压或利用建(构)筑物自身重量使土体中孔隙水逐渐排出，土体逐渐固结，地基土逐渐压密，强度逐步提高的方法。
因其处理的地基面积大且兼有投资小、见效快、施工简单的特点，所以广泛应用于高速公路和水利堤坝等建筑工程中。
排水固结法中的堆载预压法和真空预压法是常用的两种方法，本文将从加固的机理、侧向变形、施工工期和加固效果、应力变化多方面对这两种不同的处理方法进行比较和分析。
二、真空预压和堆载预压的机理分析
1、土体的假定
为了便于说明问题，对土作如下假定：
(1)土是弹性体；
(2)土是均质、各向同性且饱和；
(3)土的压缩完全由孔隙体积的减小引起，土粒和孔隙水是不可压缩的；
(4)堆载是一次瞬时施加。
2、堆载预压法的加固机理
堆载预压是在增加土体总压力的基础上，来增加土体的有效应力。
以土料、砂料或路堤自身作为荷载，对被加固的路基进行预压。
软土地基在此附加荷载作用下，产生正的超孔隙水压力。
经过一段时间后，超孔隙水压力逐渐消散，土中有效应力不断增长，地基土得以固结，产生垂直变形，同时强度也得到提高．用堆载预压法进行加固正常固结土地基的情形如图2所示，图中的塑料排水板是为了缩短加固时间、加快固结过程而设置
因此，经过堆载预压加固的土体强度得到了提高。
3. 真空预压机理
真空预压和堆载预压同属于排水固结法，真空预压时，我们在加固区的地面上抽真空造成负压，土体孔压逐渐降低，降低的孔压转变为土体的有效应力，这就是真空预压使土体产生固结的基本原理。
真空预压法早在1952年由瑞典土工研究所的Kjiellman教授提出：他阐述了在真空预压过程中孔隙水压力降低、有效应力增加的正确观点。
在软基中设置竖向排水通道(砂井或塑料排水板等)然后在地面铺一层砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的薄膜，在膜下抽真空，形成压力差，这个压力差称之为“真空度”，在砂垫层中形成的真空度通过垂直排水通道向下传递，从而引起土中孔隙水压力降低，使土体孔隙中的气和水沿着垂直排水通道渗流，最后汇至砂垫层被泵抽出，达到排水固结的效果，如图3所示：
在真空预压加固完成，土体固结完成后，相应的有效应力圆移到位置2处，从图4可知，加固后平均应力增大了，但应力圆的半径没有变化，这表明地基土的强度增大了，而剪应力却没增大，所以在加固过程中不会出现地基失稳的情形。
当停止抽真空后，被加固的土体由正常固结状态变成超固结状态．士体中的强度沿超固结强度包络线返回到图4中的E点，E点比I)点具有更高的抗剪强度，因此，经过真空预压加固的土体强度得到了提高。
三、真空预压和堆载预压的异同比较和分析
1 机理过程的比较
从上述的比较可知，真空预压法和堆载预压法加固土体的固结过程相似，只是初始条件、边界条件不同。
2 适用条件的比较
堆载预压对所加固的土层没有特别的要求。
而真空预压则要求在所加固的土层范围内不能出现有足够水源补给的透水层(如夹砂层)，透水层的存在会影响密封效果，进而影响真空度和加固效果。
因此在决定采取真空预压处理方案前一定要查明地质情况，确保加固范围土层的“密封”性。
3 侧向变形的比较
3.1 堆载预压法的侧向变形
在堆载预压法中，加固后在距离地表一定深度的点，水平向有效应力的增量△。
的衰减大于竖向有效应力的增量△的衰减，所以侧向变形呈膨胀趋势，土体产生朝加固区向外的位移。
3.2 真空预压法的侧向变形
对真空预压法来说，由于土体增加的有效应力是球应力，各方向增量均相等，因此只产生侧线收缩变形，土体产生朝加固区向内的位移。
由于有效应力变化情况不同，真空预压产生的土体变形情况不同于堆载预压。
真空预压时，土体受到各向相等的固结压力发生固结并产生整体收缩现象，因而在发生沉降的同时也产生向里的水平位移。
而堆载预压产生的固结压力是不等向的，除了加固区中心地表以下的浅层土体单元外，一般开始时都要产生侧向膨胀，根据实测和计算结果，真空预压时最大的水平位移一般发生在加固区边缘的地基表面；堆载预压时最大的水平位移并非在地表，而是在地表以下一定深度处。
真空预压时，周围土体由于产生收缩变形而开裂，裂缝一般平行于加固区的边线。
堆载预压时，堆载区周围的土体由于侧向挤出而发生隆起变形。
在产生相同垂直变形的情况下，真空预压法的加固效果要好于堆载预压法。
4 加载方式的比较
由于真空预压时土体不会产生剪应力，即使真空荷载一次性施加上去，地基土也不会发生剪切破坏，从而可以缩短工期。
而堆载预压时则必须控制加载速率，使荷载增加的速度与地基土强度增加的速度相适应。
5 施工工期和加固效果的比较
由于堆载预压过程中土体容易发生失稳剪切破坏，所以要控制堆载的速率，进行分级加载。
而真空预压过程中不会出现失稳的情况，无需分级加载，因此在相同的条件下真空预压的施工工期要短于堆载预压的工期。
许多室内和现场试验都证明饱和软粘土的剪应力的增大会引起剪切蠕动从而导致强度衰减。
真空预压法中土的强度增长是在等向固结过程中实现的，抗剪强度提高的同时不会伴随剪应力的增大，从而不会产生剪切蠕动现象，也．就不会导致抗剪强度的衰减，而堆载预压法则相反，所以在同样的情况下，真空预压法处理的地基的抗剪强度增长率比堆载排水预压法要大。
堆载预压法中土体是向着加固区外移动的，而真空预压中土体是向着加固区内移动的，所以二者发生相同的垂直变形时，真空预压法加固的土体密度更高。
四、结束语
堆载预压法是通过增加土体中的总应力来提高土中的孔隙水压力，等增加的孔隙水压力消散后才增加土体的有效应力，而真空预压法则是保持总应力不变，降低了孔隙水压力，一开始就增加了有效应力，从而很好地解决了路堤填土中工程进度与施工质量、安全之间的矛盾。
在目前高速公路建设工期紧张的情况下，真空预压法能争取到较大的预压期，这对减小工后沉降是有益的。
真空预压施工设备简单，费用省，其最显著的特点是无需大量加载材料，但真空度的提高和维持受到客观环境影响较大，难以有效控制．同时预压值廿土受到一定限制且对深层软土的处理效果较差。
纯堆载顶压处理在加固深厚软土地基时比真空顶压处理优势明显。
现将二者的异同整理如下：
(1)堆载预压法中，土体中的总应力是增加的；而真空预压法中总应力没有增加。
(2)堆载预压法中，土体孔隙中形成的超孔隙水应力是正值；而真空预压法中，土体孔隙中形成的超孔隙水应力是负值。
(3)堆载预压法中，超孔隙水应力消散而使有效应力增加；真空预压法中，有效应力增加是依赖孔隙水应力的降低来实现的。
(4)堆载预压法中，必须控制加荷速率，一般荷载是要分级施加的；真空预压法中。
可连续抽真空至最大真空度。
(5)堆载预压法对地基的天然抗剪强度有一定的要求；真空预压法对地基的天然抗剪强度没有要求，但加固范围内不能有强含水层存在。
(6)真空预压法和堆载预压法都属于排水固结法，真空预压法是通过降低土体中的孔压来达到加固土体的目的，而堆载预压法则是通过增加土体中的总应力来达到加固土体目的。
(7)真空预压和堆载预压在土体中产生的强度和变形规律并不一样。
真空预压使土体产生等向压缩，不会产生剪应力，因此真空预压更适合于工期要求紧的超软地基加固。
(8)真空预压时，加固区内的地下水位并没有降低，降低的只是孔隙水压力中的大气压力部分，因此，加固区中的土体可以按饱和土体考虑。
(9)在加固区周围，土体中的水位可能会降低，并对加固区和周围的土体产生一定的影响，应重视真空预压与边界的相互影响关系，边界的密封与否是真空预压成败的关键因素。
(10)堆载预压的有效加固深度取决于堆载在土体中产生附加应力的大小；真空预压的有效加固深度则取决于砂井的阻力和土体的渗透系数，对于一般的软土地基，可以认为其加固深度与砂井的打设长度基本一致。
(11)由于加固机理不同，真空预压的加固效果并不能简单地认为与垂直压力相同的堆载预压相同，应该进行进一步的理论研究和试验工作，在此基础上研究真空预压固结变形和强度增长的常规算法，以便于工程应用。
