真空预压联合水袋堆载法在沿海地区软基加固应用研究

真空预压联合水袋堆载法在沿海地区软基加固应用研究
◎ 刘海军 广州港工程管理有限公司
摘 要：为保证沿海软基施工后的稳固性，确保工程的施工效果，文中以广州南沙的某码头工程为例，研究真空预压联合水袋堆载法在沿海地区软基加固应用效果。

结合研究工程的地质条件分析其地基施工难点，结合真空预压联合水袋堆载技术的固结原理，确定真空预压联合水袋堆载技术的沿海软土地基加固施工流程，并按照施工标准完成关键步骤施工。

对加固后的地基固结度和沉降结果进行计算和分析，确定该技术的软土地基固结度均在91.4%以上，可极大程度保证沿海地区软基加固效果。

关键词：真空预压；堆载法；联合水袋；沿海地区；软基加固
1.引言
沿海地区受到地下水资源的影
响，土层整体的稳固性较差，为典型
的软土地基，该类地基呈现显著的强
度低、压缩性高、渗透性小等特点，
该特点显著提升地基的施工难度[1]。

因此，沿海地区在进行地基施工过
程中，需采取有效的地基加固施工技
术，以此保证地基的稳定性。

真空预
压法和堆载预压法均是用于实现路
基加固的一种技术，真空预压法指的
是在软土地基表面铺设砂垫层，并采
用土工薄膜进行四周密封处理，再通
过真空泵排出砂垫层中的空气[2]，使
薄膜下的地基呈现负压状态；排出地
基内的气和水后，完成地基固结，提
升地基土的强度[3]。

堆载预压法指的
是在地基表面铺设透水砂层，并且当
软土层较厚时，将砂井或者袋装砂井以及塑料板打入软土层中，并且采用临时堆载方式向地基内施加荷载，以此保证预压标准，实现地基的快速固结。

两种方法均可实现地基固结，但对于沿海地区软土地基的加固，两种技术均存在一定局限性，因此需结合两种技术同时进行加固[4]。

文中为研究两种技术联合后在沿
海地区软土地基加固中的应用效果，
以广州南沙的某码头工程为例，研究
真空预压联合水袋堆载法在沿海地区
软基加固应用。

2.真空预压联合水袋堆载法在沿海地
区软基加固应用
2.1工程概况
文中以广州南沙的某码头工程为
例，距离广州市区约40km，岸线呈北
北西—南南东走向，地势平坦，岸线指标内容土层名称
素填土淤泥淤泥粉质黏土淤泥粉质黏土
夹粉砂土粒比重-- 2.65 2.66 2.68
含水率/%--72.351.239.7
压缩系数/MPa-- 1.740.980.65
压缩模量/MPa-- 1.75 2.53 3.46
承载力特征值/kPa70.340.25071
表1 码头施工区域的地质情况详情
新增密封墙
覆水堆载区
水袋堆载区
堆载土
堆
载
图1 整个工程施工区域划分结果图2 真空预压联合水袋堆载法固结原理结构
75
珠江水运
2024年03月
学术· 真空预压联合水袋堆载法在沿海地区软基加固应用研究 ·
顺直，珠江河面宽敞。

该码头在施工前，为保证其施工后的稳定性，地基施工尤为重要。

对该码头施工区域的
地质情况进行钻探勘查后，确定该地区的地质分布情况如表1所示。

结合勘测结果可知：该工程施工
范围内存在较厚的淤泥层，并且土层
中含水量在50%～90%范围内，具有较大的流变性以及触变性，极易导致地基发生沉降和失稳，如果任由其在施工后自然进行固结，会导致工程施工后发生严重的不均匀沉降和变形影响码头的工程安全。

因此文中结合工程实际情况，采
用真空预压联合水袋堆载法进行该工程的软土地基加固处理，该加固方
法将整个工程施工区域划分为14个区，划分结果如图1所示。

由于工程量较大，本次对照研
究的区域是整个分区中的A 4区，长为153.5m，宽为100m ，面积为
15350m 2。

其中水袋堆载区的长为153.5m，宽度为20m，面积为3070m 2，
常规直排式真空预压区的长153.5m，宽度为80m，面积为12280m 2。

2.2真空预压联合水袋堆载法固结原理
真空预压联合水袋堆载法的核心
是结合真空预压技术和堆载预压技术，利用两种技术的优势，实现更佳
的软土地基加固效果[5]。

真空预压联
合水袋堆载法固结原理如图2所示。

依据达西定律，土层中的孔隙水
会受到水力梯度的影响，为快速有效实现土层的排水固结，可通过增加水头差和降低排水距离的方式完成[6]。

因此，文中采用真空预压联合水袋堆
载技术能够通过真空预压技术降低孔隙水的压力，并采用抽真空的方式获取加固区负超静定孔隙水压力，以此实现加固区内外之间的水头差，形成渗流必需的水力梯度。

通过堆载预压技术对加固区进行预压荷载施加，形成正超静定孔隙水压力，通过该压
力消散孔隙水压力，以此实现土层加固。

因此两个技术在结合后，会形成正负两种超静定孔隙水压力，此时会导致水头差显著增加，实现孔隙压力在极短时间内消散[7]，以此获取更佳
的软土地基加固效果。

2.3真空预压联合水袋堆载法加固实施
2.3.1真空预压联合水袋堆载法施工流程以及关键步骤
通过上述分析可知真空预压联合
水袋堆载法在软土地基加固中具备较好的应用效果，因此，文中结合研究
工程实际情况，确定真空预压联合水袋堆载法施工流程，如图3所示。

真空预压联合水袋堆载法施工
流程必须满足工程实际施工情况，并且各个施工工序需严格按照相关施工标准完成，同时进行施工现场的全面管理，保证地基加固效果。

2.3.2关键施工步骤
完成施工流程设计后，则进行地基加固处理，关键施工步骤如下所示。

1）测量放线定位及高程点采集。

真空预压场地进入恒载后开始进
行测放堆载区域的角线，考虑到抽真空后地面沉降的不均匀性，现场地面存在高低差，确定覆砂层厚度以及最高点控制层厚度。

2）铺设编织土工布。

为防止密封膜破损，覆砂前，在密
封膜上铺设一层200g/㎡的编制土工布，土工布采用工业缝纫机缝合，缝合尼龙线强度≥150N，采用包缝或丁缝，搭接宽度≥500mm。

3）水袋堆载排布设计。

设计方案中真空预压场地最大
填砂性土厚度不大于1.4m，砂性土回填面层标高为4.8m。

塑料排水板采用原生板，为可测深B型板。

正方形布置，间距1.0m 。

插板深度要求插穿淤泥层或淤泥质土层进入其下卧粘性土层（标贯击数不小于5击）500mm或插至距离其下卧砂层500mm。

按现有勘察报告及超前钻探孔确定插板深度，施工时严禁排水板板端插入下卧砂层等透气层。

施工过程中采用双桥静力触探和钻探进行钻孔，用于探明软土层底标高和下卧砂层等硬土层顶标高从而确定排
水板底部标高。

水袋堆载区域中，水袋尺寸为20m×10m×2m。

堆载区域中共布置15个水袋，其堆载排布结果如图4所示。

直排式真空预压地基处理方法
对常规真空预压的真空压力传递路径做了改进，用密闭的管网系统替代水平砂垫层以及滤管、滤膜，将真空压力的传递路径调整为：抽真空设备
→主管→支管→连接管→塑料排水板→加固土体。

其关键环节是消除了真空压力传递过程中由水平砂垫层、滤管和滤膜造成的真空能量损耗，将抽真空设备通过密闭的真空管网与排水板采用“蝴蝶节”直接相连，使真空压力直接传递到排水板，在取消水平砂垫层的同时减少真空压力在砂垫层的能耗损失从而提高了真空泵能源的有效利用。

4）滤管埋设以及密封膜铺设。

完成水袋堆载排布后，进行滤管
埋设，其埋设位置在水袋层中间位
置，滤管埋设完成后为避免密封膜受
图3 真空预压联合水袋堆载法加固施工流程
76
随机呈现加固区域内随机10处不同位置的结果，如表2所示。

对表2测试结果进行分析后得出：
采用文中方法进行施工区域内软土地基加固处理后，地基最终沉降量均
在834mm以上，固结度均在91.4%以上。

因此，真空预压联合水袋堆载法具备较好的软土地基加固效果，能够
快速完成地基固结，保证地基的稳固
性，以及确保地基施工后的稳定性。

4.结论
沿海地区的土层稳固性较差，会
导致建筑施工过程中或者施工后发生
显著的不均匀沉降，影响建筑的施工质量。

因此，保证地基的稳固性是提升建筑施工的有效方式。

但是软土地基的显著特点极大程度增加地基的施工难度。

文中以实际工程为例，研究真空预压联合水袋堆载法在沿海地区软土地基加固中的应用效果。

并且通过计算加固后的地基固结度，确定该加固技术的应用效果良好，能够最大
程度保证软基的稳定性。

到破坏。

密封膜铺设时，需进行密封沟开挖，其宽度在50～100cm之间，深度为150cm，完成密封膜铺设后，采用人工进行回填，为保证密封效果，回填厚度需在1m以上。

密封沟回填后回填高度需位于地表下50cm
左右，以此为后期充水分级加载提供
通道。

5）充水分级堆载。

水袋加载采用11KW高压潜水泵
加载，水袋采用分级加载。

水袋注水
时应根据水泵流速控制注水速度以
及加载高度。

水袋注水高度为2m，分2级加载，第一级荷载为0.8m回填中细砂与0.32m的水袋注水高度，持荷7天，且待位移、沉降趋于稳定状态后，再进行第二级堆载，第二级堆载
荷载注水高度为1.68m，注水时应及时测量各项监测数据。

一级注水高度计算公式为：G = S ×H ×g （1）
式中：
S 为水袋底面积，H 为堆载砂高度，
g 为中细砂密度结合施工现场实验得出密度值为1600KG/M 3。

()32101-0.82000kg /G m =×××砂计算
出第一次应加荷载重量为10吨。

水袋堆载重量计算公式为：
G 水= S 水×H 水×g 水 （2）
式中：S 水为水袋底面积，
H 水为水袋注水高度，
g 水为水密度取值为1000kg/m 3
）。

计算得出第一次注水
高度为0.32米。

二级注水高度计算公式为：G 砂= S 水×H 水×g （3）依据上述公式计算得出第一次注水高度为1.6m。

6）持续监测和卸载。

水袋充水高度达到2m后，持荷
并进行沉降观测数据的监测，通过地基的最终沉降、不同时间的固结度和
孔隙水压力消散速率对工后沉降进行
分析，判定卸载时间。

3.加固效果分析
依据上述步骤完成软土地基加
固处理后，为分析该技术的加固效果，对加固后的地基固结度和沉降结
果进行计算，其计算公式为：
S t = U t S ∞ （4）
式中：
S t 表示在时刻发生的沉降量；
S ∞表示沉降最大程度达到稳定时最终沉降值；U t 表示固结度，其计算公式为：
（5）
（6）
式中：
T v 表示时间因子；e 表示固结系数；
k w 表示土层渗透系数；g w 表示水的重度；
m v 表示土的压缩系数。

依据上述公式计算真空预压联合水袋堆载法对该施工区域软土地基加固处理后，获取加固后路基的固结度和沉降值，由于篇幅限制，结果仅
[1]刘素彦,软基处理中的应用研究[J].云南水力发电,2022,38(12):192-195.
[2]吴松华,詹领.浅层无砂垫层真空联合水袋堆载预压软基处理研究[J].水利水电技术(中英文),2021,52(01):225-235.
[3]谭舟洋.真空堆载联合预压法在市政道路软基处理中的应用[J].黑龙江交通科技,2021,44(11):6-7.
[4]罗建平,余立志,李斌,等.直排直连真空联合水袋预压法在软基处理中的创新性应用[J].水运工程,2023(04):180-184+190.
[5]高语,高艳.真空预压法在滨海港软基中的应用研究[J].路基工程,2022(02):115-118.[6]吴松华,刘宇飞.真空预压联合不同工艺加固吹填土现场试验研究[J].城市道桥与防洪,2023(04):220-222+25.
图4 水袋堆载排布结果
表2 加固后路基的固结度和沉降值
测试位置
最终沉降量/mm
固结度/%1
844.694.6
2837.2
95.83850.297.14847.394.25835.593.66834.992.77846.291.48861.795.79
855.596.4
10
849.795.2
77
珠江水运
2024年03月
学术 · 真空预压联合水袋堆载法在沿海地区软基加固应用研究 ·。