水下真空预压的加固机理分析
真空预压
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”加固处理地基施工与质量控制
制
国际监理滨海分公司
张庆斌
编辑课件
主要内容
❖ 一、项目成果介绍 ❖ 二、工程概况 ❖ 三、真空预压法的原理 ❖ 四、技术指标 ❖ 五、施工技术 ❖ 六、材料、设备的指标要求 ❖ 七、质量验收
编辑课件
一、项目成果介绍
❖ 本成果主要介绍“真空预压法”的施工工艺与方法，质量控 制要求，保证地基加固的施工质量，以满足规范与设计要求。
B：打板垂直度不大于1.5%，用经纬仪加钢尺检查。 C：控制回带现象：当套管提升时，检查人员应认真观
察是否有回带现象，回带长度应控制在30CM以内， 否则应重打，回带根数不能超过总根树的5%。 D：打设长度控制：打设长度必须符合设计要求，不能 出现负偏差。可在打板之前在套管上做好标记，打 设时用水准仪控制。 E：塑料板应露出砂垫层25CM，铺膜前将其弯折后用砂 盖上。 F：覆盖塑料板之前，监理必须仔细检查，防止露打。
编辑课件
三、真空预压法的原理
❖ 因为土由固态、液态、气态三相体组成，通过 埋设于砂垫层的滤管，用真空装置进行抽气， 将膜内液态、气态体排出，从而在膜内产生气 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加固。抽真空 前土中的有效应力等于土的自重应力，抽真空 后，土体完成固结时，真空压力完全转化为有 效应力。
二、工程概况
❖ 大沽化机修用地地基处理工程位于天津临港工业区， 真空预压面积为2.8万平，设计要求膜下真空度不 小于85Kpa，且均匀分布 ，抽真空的有效时间为 90天。排水系统分水平排水系统和竖向排水系统， 水平排水系统采用地表铺设400mm厚的中粗砂； 竖向排水系统采用打塑料排水板，间距为850mm， 正方形布置，打设深度17.4m。抽真空系统：在砂 子中埋设滤管，挖密封沟和铺密封膜，连接抽真空 设备。
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。
真空联合堆载预压软基处理方案在工程中的应用以及处理效果分析
真空联合堆载预压软基处理方案在工程中的应用以及处理效果分析摘要：以工程实例作为研究对象，从真空联合堆载预压作用机理、方案设计以及处理效果等方面进行研究，研究结果表明：真空联合堆载预压处理深厚软土效果较好，能使使土体固结沉降基本结束或完成大部分，减少工后沉降，提高地基土体强度。
关键词：真空联合堆载预压；加固机理；处治效果较常采用的软基处理工艺大体可分为排水固结以及复合地基，常见的排水固结方案包括：真空预压、真空联合堆载预压以及堆载预压等，常见的复合地基方案包括：水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩、碎石桩、素砼桩、CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）以及预应力管桩等。
软土地基处理方案的选择应根据地质条件并结合经济、处理效果以及工期等方面综合考虑。
结合工程实例，本文就真空联合堆载预压软基处理方案进行相关的叙述及探讨。
现有一工程实例：项目位于广东省珠海市横琴新区，主要为道路市政配套工程，项目所在区域较为空旷，下卧软土层为较厚的淤泥层，淤泥为灰黑色，深灰色，流塑状，稍具臭味，含多量有机质，局部含少量贝壳及粉砂，平均厚度为24m。
针对本工程地质、地貌条件，并结合经济、处理效果以及工期等方面综合考虑，在软土地基处理方案上选择采用真空联合堆载预压进行处理。
1、加固机理建筑物建造前，对天然地基或已设置竖向排水体的地基加载预压，使土体固结沉降基本结束或完成大部分，减少工后沉降，提高地基土体强度。
1.1堆载预压以填土作为预压荷载，使地基土压密、沉降、固结，待达到预定的强度变形标准后再卸载、建造建（构）筑物。
从而提高地基强度和减少建筑物建成后的沉降量。
2.1真空预压真空预压法是以大气压力作为预压荷载。
先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆盖数层不透气的塑料薄膜或橡胶布，与大气隔绝。
在砂垫层内埋设排水管道，然后与真空泵连通，进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土体孔隙水中产生负的孔隙水应力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。
排水固结法
地基中某一点在某时刻的抗剪强度τf可表示为：
f f 0 fc f
f f 0 fc f
式中 τf0——地基中某点在加荷之前的天然地基 抗剪强度。用十字板或无侧限抗压强 度试验、三轴不排水剪切试验测定； △τfc——由于排水固结而增长的抗剪强度； △τfτ——由于剪切蠕动而引起的抗剪强度衰 减量。
8 Ch
2C v
8 2
8Ch 2 F(n )d e 2C v 4H 2
——续表
序号 条件 平均固结度计算公式 α β 备注
L LH
4
砂井未贯穿 受压土层
U U rz (1 )U z 1 8 e 2
8 Ch F ( n )d e t 2
8 2
式中
△σz——预压荷载引起的该点的竖向附 加应力。
排水固结的设计理论着重于：
（1）逐渐加载条件下固结度的修正计算；
（2）地基强度增长的预计和与其相应的稳定性
分析方法；
（3）最终沉降量与沉降随时间发展的推算以及
根据现场观测资料反算土的力学性质指标等。
（二）真空预压加固机理 真空预压法是以大气压力作为预压荷载。先在
的排出使由于形成了超孔隙水压力使得水得以排出，地
基产生固结，因而称为正固结。
2.地基土抗剪强度增长值的预估 当软弱地基天然强度较低时，必须限制加载速
率以利用前期荷载使地基排水固结，提高强度来适
应下一级加载，避免由于荷载过大地基强度不足引
起地基土失稳。因此，在进行设计时，需要预测抗
剪强度在加载过程中的增长情况，以便合理确定预
加固机理2——提高土体强度：
预压后，土体
抗剪强度τf
CF-真空排水预压加固软基中的孔隙水压力消散规律
46
30
16
40
30
10
40
14
68
30
38
47
30
17
47
17
89
30
59
41
30
10
41
25
53
30
23
有效应力 增加值ΠkPa
46 68 89 53
212 加固区内砂井中孔隙水压力测试结果及分析 图 3 为砂井 中的孔隙水压力随时间变化曲线 ,表 3 为真空排水预压 52d 砂井 中的孔隙水压力消散统计 。从图 3 、表 3 中可以看出 : (1) 砂井中 的孔隙水压力随着抽真空的开始迅速下降 ,随时间的增加 ,下降 幅度逐渐变小 。2 月 10 日～18 日孔隙水压力由于漏气而升高 , 在密封好以后 ,随着抽真空时间的增加逐渐下降 ; (2) 沿深度方向 的孔隙水压力最大消散值基本相同 ,一般均在 80kPa 左右 ,2～ 14m 的孔隙水压力变化曲线基本相同 。与一般的直径 7cm 的袋 装砂井相比 ,本试验的砂井直径 16cm 相对较大 ,因此井阻因子相 对较小 ,孔隙水压力沿深度的消散程度基本不变 ; (3) 在抽真空的
亚黏土 、黏土
3611
比重 ds
2175 2175 2176 2174 2173 2173 2174
密度 ρ Π(gΠcm3)
1190 1176 1165 1193 1186 1186 1186
竖向渗透 水平向渗
孔隙比 e0 饱和度 sr 系数
透系数
KVΠ(cmΠs) KHΠ(cmΠs)
01901
96
摘要 :真空排水预压加固软基是通过孔隙水压力的消散来增强土体的强度 。本文通过浃里陈大桥试验段实测资
8排水固结
8.2. 加固机理
3、总应力σ、有效应力σ ＇、孔隙水压力ｕ三者间关系 什么是有效应力
当荷载作用于饱和土体时，这些荷载是由土颗粒和孔隙
水共同承担的。通过土粒间接触点传递的粒间应力称有
效应力；通过孔隙水传递的应力称为孔隙水压力。
σ＇＝σ－ｕ
此时的固结度U表示为： σ＇
U＝ σ＇＋ｕ
ｕ↘0 u=1 完全固结
Vertical Wick Drains
芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配制 截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。 滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优
袋装砂井
插板机
3. 排水固结的适用范围 适用于各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土
地基。 4. 排水固结的应用条件
必须有预压荷载
铺设滤水管
竖向与水平排水管的连接方式
• 1.理论上, 真空预压法可产生的最大荷载为：
• (A)50kPa (B)75kPa (C)80kPa (D)100kPa (E)120kPa 【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1个大气压即
100kPa的预压荷载。
2.工程实际中, 真空预压法可产生的最大荷载约为： (A)50kPa (B)70kPa (C)85kPa (D)100kPa
先堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。
• （2）当硬壳层承载力不足时，可采用顺序推进铺筑 法。
• （3）若地基表面非常软，先要改善地基表面的持力 条件，可先在地基表面铺设筋网层，再铺砂垫层。
• (1).砂井施工
• 要求：连续和密实，防止颈缩；减小扰动；长度直径 间距满足。
• 砂井的灌砂量：实际灌砂量需达95%。 • 位置允许偏差：直径；垂直度：1.5%。
真空预压法处理地基的原理及其工程应用 马英杰
真空预压法处理地基的原理及其工程应用马英杰发表时间：2018-04-08T10:02:58.187Z 来源：《建筑科技》2017年第24期作者：马英杰[导读] 阐述真空预压法处理软土地基的加固机理及其施工工艺，介绍真空预压技术在实际工程中的应用，分析该方法加固软基的效果。
马英杰新疆生产建设兵团第四师74团新疆 835608摘要：阐述真空预压法处理软土地基的加固机理及其施工工艺，介绍真空预压技术在实际工程中的应用，分析该方法加固软基的效果。
关键词：真空预压法；软基处理；真空度；孔隙水压力1.软土的定义此文主要研究真空预压法处理软土地基的原理，所以首先应该明白什么是软土，软土即为天然含水量大，压缩性高，承载力和抗剪强度很低的成软塑--流塑状态的粘性土。
我国软土分布广泛，主要位于沿海平原地带，内陆湖盆，洼地及河流两岸地区。
软土主要是静水或缓慢流水环境中沉积的以细颗粒为主的第四纪沉积物。
2.软土的工程性质①软土的孔隙比和含水量：软土的颗粒分散性高，联结弱，孔隙比大，含水量高，孔隙比一般大于1，可高达5.8。
②软土的透水性和压缩性：软土孔隙比大，孔隙细小，粘力亲水性强，土中有机质多，分解出的气体封闭在空隙中，使土的透水性很差，荷载作用下排水不畅，固结慢，压缩性高，软土在建筑物荷载作用下容易发生不均匀下沉和大量沉降，而且下沉缓慢，完成下沉的时间很长。
③软土的强度：软土强度低无侧限抗压强度在10～40kpa之间，所以在确定软土抗剪强度时，应据建筑物加载情况选择不同的实验方法。
④软土的触变性：软土受到震动，颗粒连接破坏，土体强度降低，呈流动状态，触变的机理吸附在土颗粒周围的水分子的定向排列被破坏，土粒悬浮在水中，呈流动状态。
3.真空预压法加固软土地基机理真空预压的加固机理是在外荷不变的情况下，通过抽真空对加固区密膜下的土体施加流体压力（负压），并通过能够传递流体压力的孔隙介质，在较短的时间内将其作用和影响由近及远地向距边界较远的部位延伸，逐步建立起新的动平衡。
真空预压_精品文档
真空预压真空预压是一种常用的压缩工艺，旨在通过将材料置于真空环境中，利用气体的扩散和压力差使材料内部空隙被有效地消除，从而提高材料的密度和强度。
本文将介绍真空预压的工作原理、应用领域以及优势。
一、工作原理真空预压是利用科学的真空原理进行材料压缩的一种工艺。
在真空环境中，气体的密度较低，压力较小，这样材料中的空隙会逐渐被气体扩散填充，使材料内部的空隙减少甚至消失，从而增加材料的密度和强度。
同时，真空环境中的压力差也会促使材料更加紧密地接触，提高材料的粘附性，增加材料的结合度。
真空预压的过程通常是通过将材料放置在真空密封容器中，利用真空泵将容器内部的气体排除出去，使容器内部保持真空状态。
在一定的真空度下，通过施加压力或进行机械挤压，可以更加有效地将材料内部的空隙排出，从而实现预压的目的。
二、应用领域真空预压广泛应用于材料加工和制造领域，特别是在高精度和高要求的产品制造中具有重要作用。
1. 精密电子器件制造：在微电子、半导体和光电子器件的制造过程中，通过真空预压可以确保器件内部的材料均匀紧密地排列，提高器件的性能和可靠性。
2. 粉末冶金：真空预压可用于粉末冶金工艺中，通过将金属粉末放置在真空环境中进行预压，可以使粉末颗粒更加紧密地结合，并提高材料的密度和强度。
3. 复合材料制造：在航空航天、汽车和船舶制造等领域，复合材料的制造过程中常常使用真空预压。
通过将纤维材料和树脂放置在真空环境中进行预压，可以排出材料内部的空气和气泡，使复合材料的密度和强度得到提升。
4. 橡胶制品制造：在橡胶制品的制造过程中，真空预压可以帮助排除橡胶材料中的气泡，提高产品的密度和质量。
5. 玻璃加工：在玻璃加工过程中，真空预压可以帮助排除玻璃材料内部的气泡，避免玻璃制品出现折光不均匀的问题。
三、优势真空预压作为一种重要的压缩工艺，在材料加工和制造领域具有许多优势。
1. 提高材料密度和强度：通过真空预压可以有效地排除材料内部的空隙和气泡，增加材料的密度，提高材料的强度和硬度。
对真空预压法软基处理中孔隙水压力的分析
对真空预压法软基处理中孔隙水压力的分析摘要：在真空预压法加固处理软基基础的过程中，不同埋深、位置处孔隙水压力呈现不一样的变化趋势。
真空预压法施工成本相对较低，加固的效果相对较好，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，从而达到增强土体强度的目的。
目前影响孔隙水压力变化机理还没有全面系统的研究，影响变化的因素仍需深入研究。
本文章以浙江某体育场软基处理为背景，通过场区内孔隙水压力监测数据为依托，研究分析真空预压法软基处理中孔隙水压力的变化趋势。
关键词：真空预压法；软基处理；孔隙水压力；一、基本概念1.1 孔隙水压力孔隙水压力，关于孔隙水压应力的一种习惯叫法，指土壤或岩石中地下水的压力，该压力作用于微粒或孔隙之间。
孔隙水压应力由水的自重应力和超静孔隙水压应力（外力施加在孔隙水上的应力）两部分组成。
一般来说，只有水位变化，水的自重应力才会改变，而且自重应力不会影响土的固结。
1.2 超静孔隙水压应力由外荷载引起的孔隙水压应力，称为超静孔隙水压应力。
超静孔隙水压应力将会随着时间而消散，所以超静孔隙水压应力是时间的函数。
超静孔隙水压应力称为附加孔隙水压应力更为合适，在加载瞬时为最大，当固结度达到100%时为零。
超静孔隙水压应力是由土体的体积变化趋势引起的，也就是说，超静孔隙水压应力是土的体积变形性质在不排水条件下的表现。
1.3 孔压差孔压差是针对超静孔隙水压力消散而言，与静水压力无关。
在加载瞬时，超静孔隙水压应力尚未消散，孔压差为零，随超静孔隙水压应力的消散，孔压差就等于某时刻消散的超静孔隙水压应力减去加载瞬时的超静孔隙水压应力（或施加的外荷载值）。
消散的这部分超静孔隙水压应力，即孔压差，为增加的有效应力值。
二、工程概况浙江某体育场施工过程中，体育工艺工程对地基的不均匀沉降要求较高。
此工程采用真空预压法对淤泥质土层进行加固处理，减少后期的工后不均匀沉降。
此工程自表层土开始分别为杂填土、粘土、淤泥、淤泥质粘土，其中淤泥层厚度二十~三十米。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第29卷 第5期 岩 土 工 程 学 报 Vol.29 No.5 2007年 5月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering May, 2007
水下真空预压的加固机理分析 张 敬1，刘爱民2 （1.天津大学建筑工程学院，天津 300072；2.天津港湾工程研究所，天津 300222）
摘 要：通过对水下真空预压模型试验结果的分析，提出了水下真空预压的加固机理，为该工法的实施奠定了理论基础。水下真空预压的预压荷载等于预压前的孔隙水压力和预压后（完全固结）的孔隙水压力之差，当膜下砂垫层中的孔隙水压力小于0时，膜上水可全部作为预压荷载起作用。 关键词：水下真空预压；加固机理；模型试验
中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2007)05–0644–06 作者简介：张 敬(1955– )，男，博士研究生，高级工程师，主要从事岩土工程的理论研究工作。E-mail: tpeitgs4073@ sina.com。
Analysis of mechanism of consolidation of soil improved with underwater vacuum preloading method
ZHANG Jing1, LIU Ai-min2 (1. School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Tianjin Port Engineering Institute, Tianjin 300222, China) Abstract: Based on the analysis of the results of model test, the mechanism of consolidation of soil improved with the underwater vacuum preloading method was proposed, and it provided a theoretical basis for the implementation of the method. The preloading load imposed by underwater vacuum was equal to the difference between the pore water pressure before the implementation of the underwater vacuum preloading method and the pore water pressure after the implementation of the method (when the soil was fully consolidated). When the pore water pressure in the sand cushion beneath the sealing membrane was negative, all the water retained on the sealing membrane might act as the preloading loads. Key words: underwater vacuum preloading; mechanism of improvement; model test
0 前 言 真空预压法加固软土地基技术已广泛应用于港口、公路、水利工程等领域，取得了巨大的经济效益和社会效益。但将该项技术拓展于水下软基的技术研究及应用却一直未能实现，其主要原因是水下真空预压加固机理尚不甚清楚以及水下施工工艺存在诸多难题。随着沿海滩涂的开发和港口建设向深水发展，水下真空预压加固软土地基技术有着广阔的应用前景和适用性，一旦成功实施，就可以解决高桩码头岸坡位移造成码头后几排桩、梁、板变形、开裂和水下开挖稳定等问题，还可以缩小防波堤断面尺寸并缩短加载周期。 本文通过水下真空预压的室内模型试验对其加固机理进行研究，提出了水下真空预压的加固机理，为该工法的实施奠定了理论基础。
1 水下真空预压模型试验 现场水下真空预压施工时，抽真空前后水压是一
直作用在地基上的，本试验采用先抽真空后加水压的方式，通过加水压前后地基沉降和孔隙水压力的变化来分析研究膜上水的作用机理。 1.1 制作试验槽和抽真空设备 首先根据现有陆上抽真空设备各部件尺寸的比例做一小型的抽真空设备，潜水泵的功率为2.2 kW，经试验该设备可以形成97 kPa的抽真空能力。试验槽的尺寸为4 m×1.5 m×2.1 m。试验工艺图见图1。 1.2 试验步骤 在槽内装入0.8 m厚的试验用土（淤泥），然后在拟抽真空区域的土层表面铺0.20 m厚的砂垫层，打设塑料排水板并埋设观测仪器，排水板间距为0.4 m，正方形布置，塑料排水板的尺寸为38 mm×4 mm，排水板的打设深度为泥面以下0.6 m。砂垫层内铺设一根滤管，并接好出膜装置，铺密封膜后抽真空。排水板和仪器埋设见图2，3。为较好地模拟现场实际情况，
─────── 收稿日期：2006–04–10 第5期 张 敬，等. 水下真空预压的加固机理分析 645 只对一半的淤泥做水下真空预压加固，以便了解在较大的上覆水压力下加固区外的水向加固区内的渗流情况和加固区边线处的土体变形情况。在图1中加固区边线处的密封膜下设有水平位移观测线，通过试验槽的圆形有机玻璃观察孔可观察土体的侧向位移情况。 抽真空约20 d，真空度维持在75 kPa，待地表沉降曲线趋于平缓后开始通过试验槽密封盖上的管道（管道连接到4楼的办公室内）向试验槽内加水，水深为11 m，模拟现场的水下真空预压施工。通过表层沉降和孔隙水压力的变化分析水下真空预压的加固机理和效果，确定停泵卸载时间。卸载后对密封膜中心
位置处的土体取原状土，确定其物理力学指标。 2 试验结果 2.1 真空度 膜下真空度的变化情况见图4。 从图中可以看出： （1）膜下真空度同膜上水压确实有着一定的联系，它随着膜上覆水压力的增加而减小，开始时变化幅度较小，当水压超过6 m时，真空度的下降幅度增大（见图5）。
图1 水下真空预压模型试验工艺图 Fig. 1 Technology of model test of underwater vacuum preloading
图2 排水板及仪器埋设平面图 Fig. 2 Plane of prefabricated drains and instrumentation
图3 仪器埋设剖面图 Fig. 3 Profile of instrumentation646 岩 土 工 程 学 报 2007年 图4 真空压力–水压–时间曲线 Fig. 4 Curves of vacuum pressure-hydraulic pressure-time
图5 膜下真空压力–膜上水深变化曲线 Fig. 5 Variation of vacuum pressure beneath sealing membrane and water depth on sealing membrane （2）位于泥面以下0.6 m处的塑料排水板端部的孔压测头观测到的真空度比膜下砂垫层中的真空度要小8.5 kPa，这是由两个原因造成的：首先，排水板端部处的初始孔隙水压力比砂垫层中真空度测头处的初始孔隙水压力大7 kPa；其次，真空压力沿自制的塑料排水板传递时有一定的损失。 试验中上覆水压满载以后，膜下真空度只有10 kPa左右，分析原因有两个：首先，试验中采用的抽真空设备是根据现有陆上抽真空设备各部件尺寸的比例做的一台小型抽真空设备，潜水泵的功率为2.2 kW，而试验测定现有陆上抽真空设备在水深10 m下截门关闭和进气时的抽真空能力分别为70 kPa和58 kPa。也就是说，在水深10 m的情况下抽真空设备的效率有所降低，要想提高水下真空预压的膜下真空度，应该更换动力泵的泵型和品种、调整射流泵的尺寸，找出更为经济合理的水下抽真空设备。其次，水下真空预压试验区的面积很小，受周围边界条件的影响，密封膜下有一定的水量补充，也会使真空度偏低。 2.2 孔隙水压力 孔隙水压力的变化情况见图6。 从图中可以看出： （1）真空预压区不同深度处的孔隙水压力在试验过程中都有明显的消散，图中1100 h时为突然停电，造成孔隙水压力上升，来电后孔隙水压力继续消散。各深度处的消散结果见表1。泥面以下0.2 m和0.4 m
处的孔压消散值比较接近，而泥面以下0.6 m处的孔压消散值为45.51 kPa，仅为其余两处孔压消散值的一半，这是因为塑料排水板的打设深度为泥面以下0.6 m，并且密封膜的埋设深度为泥面以下0.4 m，水下真空预压试验区的面积很小，受周围边界条件的影响，密封膜以下水量补充较大。
图6 真空预压区孔隙水压力–时间曲线 Fig. 6 Curves of pore water pressure-time in area treated by vacuum preloading 表1 试验三孔隙水压力消散结果统计表 Table 1 Statistical data of dissipation of pore water pressure in test No. 3 孔压测头埋设深度/m
加固前孔压/kPa 加固后孔压/kPa 膜上水压/kPa 孔压消散
值/kPa
0.2 3.440 23.940 117 96.500 0.4 10.710 41.568 117 86.142 0.6 8.772 80.262 117 45.510
（2）上覆水压满载以后，膜下真空度只有10 kPa左右，而满载后泥面以下0.2 m处的孔隙水压力消散值为96.5 kPa，这说明膜上水在预压过程中相当于预压荷载起作用。 （3）土层中的孔隙水压力随膜上水压力的增加而增加，并且随着时间的推移，土中的孔隙水压力逐渐消散，由于打设了塑料排水板，孔隙水压力消散的速率较快。 （4）土层中的孔隙水压力与排水通道（包括砂垫层和塑料排水板）中的孔隙水压力存在压力差，正是在该压力差的作用下，土体得以排水固结。 2.3 沉降 模型试验的沉降变化情况见图7。 从图中可以看出：在膜上覆水以前，沉降曲线已经趋于平缓，覆水加荷后，试验土体的沉降速率明显增大，说明覆水后的预压荷载要大于覆水前的80 kPa，而覆水后膜下真空度仅为10 kPa，这就有力地说明了膜上水压对试验土起到了预压荷载的作用。 2.4 侧向位移 加固区边线处的密封膜下设有水平位移观测线，通过试验槽的圆形有机玻璃观察孔观察位移观测线在