真空预压施工工艺及探究

真空预压现场施工要点探讨程兴河海大学岩土工程科学研究所，江苏，南京 (210098)E-mail：摘要：随着国民经济的发展，建筑和道路用地紧张，许多建筑物需要建立在软弱地基上。

真空预压是一种近年来发展起来并得到广泛应用的新型加固技术，适用于处理沿海及沿江地区的软弱地基。

本文介绍了真空预压处理技术的发展现状，从理论方面分析了真空预压加固机理，概括了真空预压现场施工流程，分别从场地交接及清理、水平向排水系统施工、垂直向排水系统施工、土工布和密封膜铺设、密封沟开挖、抽真空期维护、卸载标准和过渡段处理等方面总结真空预压的施工要点和需要注意的问题，并提出了一些合理有效的处理措施，为真空预压施工单位在现场施工中提供参考。

关键词：真空预压加固机理施工流程施工要点中图分类号：TV1．引言随着我国国民经济的高速发展，公路、铁路、市政等基础设施建设也得到飞速发展，这些基础设施的地基土通常都具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点，在这种未处理的地基上修建各种基础设施主要存在以下问题：其一，软土路基的沉降和差异沉降过大的问题，严重影响基础设施的正常使用；其二，在路基填筑过程中出现的稳定问题。

为了解决这些问题，建设者们尝试和使用了多种软基处理方法，如真空预压法、堆载预压法、加筋法、置换法及水泥搅拌法等。

软基处理方法不仅对工程质量和施工工期有着重大影响，而且直接关系到投资和管理单位的经济效益和社会效益，因此，地基处理已成为各部门建设者最关心的问题。

20世纪50年代初，瑞典皇家地质学院杰尔曼教授提出了真空预压法，并先后在许多工程中进行了应用。

我国研究人员和学者在80年代初解决了密封闭气技术，并在天津港的软基处理中首次加以应用[1]。

随着真空预压法施工技术的成熟和人们对其加固机理认识的深入，其应用范围也越来越广，在港口、码头、机场和堆场、工业与民用建筑等工程的地基加固中的应用很多，在大面积软基处理中有着较好的应用前景。

要想取得良好的加固效果，实施合理有效的施工工艺是非常重要的。

然而目前，真空预压处理软基施工单位很多，从业人员素质参差不齐，使得施工质量无法得到有效保证，导致真空预压处理软基处理失败的例子时有发生。

为了使真空预压施工单位能够正确熟练的掌握真空预压这门新的加固软土技术，本文对施工工艺、施工中出现的问题进行总结，为真空预压现场施工提供参考。

2．真空预压加固机理真空预压的整个加固过程是[2]：土体抽真空后，真空压力直接作用在砂垫层中的水气流体上，先提高排水边界砂垫层中真空度，形成下部土体与砂垫层之间的压差，使得表层土体内的水和气在压差作用下，通过塑料排水板或砂井流到砂垫层中，再通过与真空泵相连的排水管道被抽出；随着时间的延续,真空度沿着塑料排水板向深度传递，并通过排水板向周围土体扩散传递，使得深部土体中的水和气被抽出，由于土体本身渗透系数很小，水源补给不可能大于或等于地下水被抽出的速度，因此同时伴随着地下水位的逐渐下降。

在整个过程中，土体中产生负的超静孔隙水压力，随着水气的排出，超静孔隙水压力不断消散，土体有效应力不断增加，使得土体得到加固。

真空预压加固软基在地基上施加的不是实际重物，而是通过抽真空使密封膜内外形成压力差，即真空预压是将大气压差作为荷载。

设抽真空前密封膜下砂垫层中的大气压力为P ，抽真空后砂垫层中的压力为P1，则密封膜内外形成的压差可表示为：P P P －＝1∆该压力差即为真空荷载，一般称之为“真空度”。

砂垫层中形成的真空度，通过袋装砂井或塑料排水板（纵向排水体）逐渐向下延伸，同时，袋装砂井或塑料排水板中的真空度又向其四周的土体扩展，从而使整个加固内的孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力，即指形成的孔隙水压力小于原静水孔隙水压力，其增量为负值。

根据太沙基有效应力原理：u ＋＝σσ'式中，σ 总应力，σ'有效应力，u 孔隙水压力。

在总应力不增加的情况下，通过降低孔隙水压力，可以提高地基的有效应力，其具体数学表达式为：0=∆+'∆∆u σσ＝或∆∆'=-σu真空预压过程降低的孔隙水压力就等于增加的有效应力，加固区内的土体就是在有效应力增加的过程中得到加固，如图1所示。

k＝vh)/(L式中，ν孔隙水的渗透速度，k土的渗透系数，△h水头差，L渗透距离。

即土体中孔隙水的渗透速度与水力坡降(△h/L)成正比，增加水头差△h和减少排水距离L，均可加速土体排水固结。

真空预压通过抽真空使加固区内形成负的超静孔隙水压力，该负的超静孔隙水压力促使地基土体产生排水固结，以达到最终加固地基的目的。

3．真空预压施工流程真空预压加固软基施工中，一般主要工序主要包括：场地交接及清理、铺设粗砂垫层、打设塑料排水板、铺设中粗砂层、埋设主管和滤管、铺设一层土工布、铺设两层密封膜、密封沟开挖、抽真空设备安装、抽真空等工序，一般为了满足设计要求和保证加固效果，加固面积即砂垫层铺设范围略大于设计加固面积。

各工序的先后施工顺序见图2。

图2 真空预压施工流程图Fig2 The construction flow chart of vacuum preloading4．真空预压施工要点4．1 场地交接及清理真空预压进场前期工作对施工质量有着非常重要的影响，需要精心准备和组织。

为真空预压施工提供良好的进场条件是保证工程质量和加固效果的基础。

进场前的前期准备工作包括场地交接、清表、回填、整平和压实等几个方面。

4．1．1场地交接真空预压施工进场前应根据设计要求进行用地放样，由业主办理征用土地手续。

场地交接应包括场地长度交接、宽度交接以及高程交接。

真空预压施工单位可根据施工需要提出增加临时用地计划，并对增加用地部分进行测量，绘制用地平面图及用地划界表，送交有关单位办理拆迁及临时占用土地手续。

加固场地范围内的有房屋、道路、河沟、通讯、电力设施、上下水道、坟墓及其它建筑物，协助有关部门事先拆迁或改造；对于路基附近的危险建筑应予以适当加固；对文物古迹应妥善保护。

4．1．2 清表加固场地基底是指基础填料与原地面的接触部分。

为使两者结合紧密，避免基础沿基底发生滑动，防止因草皮、树根腐烂而引起基础沉陷，需视基底的土质、水文、坡度和植被等情况及填方高度采取相应的处理措施，具体包括伐树除根、耕田和水田的处理等措施：1、加固场地范围内的树木、灌木丛等均应在施工前砍伐或移植清理，砍伐的树木应移置于路基用地之外，进行妥善处理。

高速公路、一级公路和填方高度小于1m的其它路基应将基础范围内的树根全部挖除并将坑穴填平夯实；填方高度大于1m的其它路基允许保留树根但根部露出地面不得超过20cm。

取土坑范围内的树根也应全部挖除。

一直挖到表土不带树根为止。

如清理不彻底使原地表残留植物根茎,将影响后期插板质量工效和真空预压的气密性。

若清理过深则导致施工费用增加，这需要重新进行总体规划。

2、在含有地表水、淤泥、杂草、垃圾和腐植土等的原地面应进行排除清理,清理深度应根据上述杂土厚度决定,清出的土应集中堆放。

在清表过程中，要特别注意对于暗塘的处理，须将暗塘淤泥清除干净，直至露出新土为止。

若施工场地表面存在较深的超软路基，如以淤泥土为例，一般淤泥土强度很低，标贯击数≤1，工程性质极差，人和机械都无法进入该区施工，因而也就无从谈起后续工序；而淤泥土的强度几乎为零，在后续的真空预压吹填砂垫层时，基底淤泥难以承受砂垫层的重量，必然会被排开，同时还会导致淤泥与砂垫层混在一起，降低砂垫层的排水效果。

因此，有必要改善地基表面的持力条件，形成一定的硬壳层，使其能够承载施工人员或者轻型运输工具。

一般在承载力较低的区域上铺设土工布和土工格栅，或竹篱笆等可以就近取材的加筋材料，以确保后续施工人员和机具的安全作业。

4．1．3 场地回填加固场地经过清表后，应回填一部分土，减小上填土料的用量，降低工程造价。

路基对填土要求很严格，使用不当的填土填筑基础会直接影响其稳定性和强度。

例如使用淤泥或腐殖质含量较高的土填筑基础，会产生如路基整段或者局部的变形，也有可能因自身的原因产生滑坡，严重时影响道路的使用。

路基填料原则上应具有良好的级配和一定的粘结能力，易于压实稳定；具有基本上不受水浸软化和冻害影响等性质。

对于透水性良好的石块、砂（砾）石土、粗砂、中砂和湿度未超过所设计规定极限值的亚砂土、轻亚黏土和黏土等，均可作为填料用于加固场地加固前填筑。

4．1．4 场地平整真空预压施工前应对加固场地进行平整。

如果是矩形场地，基本上做到中间略高，四周稍低；若为条形场地（如公路等），沿纵向高（即中间高），两边低。

这样做的目的有：1、平整后的场地便于后续的塑料排水板的打设施工和砂垫层的铺设，同时亦方便准确的测量施工沉降量，也可相应的节省价格较贵的砂垫层用砂。

2、经加固，场地一般中部沉降较大，而四周或两边较小，中部预先填高一点，在加固中原地面中部和周边的高差会减小，到加固后期也不致中部太低而四周太高，有利于滤管与主管中水的排出。

对于场地如何预先设置坡度的问题，一般根据主管与滤管的布置来决定，与水平排水的方向相关，一般预先找平的填土厚度大约有30～50cm，形成1％～2％的路拱，便于排水。

在路基施工场地两侧挖利于排水的排水沟，排水沟有一定纵向的排水坡度，水排向就近的河流或水沟处。

4．1．5 场地压实土是三相体，土料为骨架，颗粒之间的孔隙为水分和气体所占据。

压实的目的在于使路基表层土粒重新组合，彼此挤紧，孔隙减小，土的单位体积重量提高，形成密实整体，从而提高强度和稳定性，一般要求压实度要达到85％以上。

实践证明，经过压实的路基，其塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能，均有明显改善，有利于真空预压中孔隙水的排出。

根据土的含水量及土质条件选择压实机具类型和选定压实遍数，压实操作先轻后重，先慢后快，先边缘后中间，先低后高，相邻轮迹应重叠轮宽的三分之二，对于压不到的边角，应辅以人力或者小型机具的夯实。

需要注意的是，在碾压淤泥路基时要尽量避免对软土表层的过大扰动，以免造成施工垫层的砂与淤泥混合，影响排水效果。

4．2 水平向排水系统施工水平向排水系统一般包括砂垫层以及砂垫层中的排水管道。

4．2．1 砂垫层铺设砂垫层在真空预压中主要起水平排水以及传递真空度的双重作用。

根据笔者经验以及相关资料[2]，在真空预压密封膜下覆一层土工布时，砂垫层厚度在40cm～50cm即能够满足要求。

砂垫层一般分两次铺设，在打设排水板之前铺设粗砂垫层，除起排水作用外，还有增加地基承载力的作用，确保插板机能够正常作业；在打设排水板之后，在铺设中粗砂层，厚度以保证覆盖排水管道10cm以上为宜。

在场地清表、平整完成以后根据加固场地范围定位放样，按照真空预压施工设计要求先铺垫砂垫层的一部分粗砂层，可采用鹅卵石或者碎石作垫层材料，一般要求粒径≤5cm，含泥量≤3%，渗透系数在10－2－10－3cm/s之间；排水板打设完成后，再铺设砂垫层的另一部分中粗砂层，要求与第一部分砂垫层要求基本相同，但要求粒径小于粗砂层，以不戳破土工布为宜。