真空预压技术

真空预压地基处理技术

1. 真空预压概念

通过采取一定的措施，在需加固的土层中产生一定真空和负压，形成压差，产生负压固结，达到预加固软土的目的。这种技术，单独或与堆载联合预压，在许多工程中得以应用。

这种地基处理方法在市政、交通等部门得到许多应用。

图1为真空预压设施剖面图。

图1 真空预压加固软土示意图

加地基抽真空后的性状变化

图2 淤泥中真空度变化

页码，1/21

图3 砂井中真空度的变化

图 4 膜、砂井、塑料排水板及淤泥中真孔度的变化

目前真空度能达到约90Kpa 水平。

页码，2/21

图 5 淤泥中孔隙水压力变化

1真空排水预压法加固软基机理及适用条件

真空预压示意图1和6。

图6 真孔预压加固地基竖向排水体的设置

二个平衡：加固地基中的孔隙水压力与负压边界及周围压力的平衡；总应力与膜面上大气压力之平衡。

在加固的地基中打设垂直排水通道，如砂井、塑料排水板等，地面铺设砂垫层；将不透气的薄膜铺设砂垫层上，并将四周埋设至密封沟内；经垂直排水通道、砂垫层和真空泵将膜下的空气抽出。在抽真空之前，膜下淤泥（软土地基）与塑料排水板中的空隙水压力处于等势状态，地下水不会发生流动。在真空泵开始工作后，膜下的大气压力迅速减小，膜下真空度增大。由于竖向排水体与膜下砂垫层的连通性较好，助力较小，因此竖向排水体中的真空度迅速提高，导致竖向排水体中的空隙水压力迅速降低；而淤泥（软土）地基中的真空度基

本保持不变，空隙水压力变化相对较小。因此在淤泥（软土）与竖向排水体之间产生孔压差，淤泥（软土）地基中的地下水在孔压差的作用下，经竖向排水体、砂垫层、滤管、主管与真空泵排出。随着地基中地下水的排出与真空度的增加，地基中的孔隙水压力u值必然降低。

在总应力σ不变的条件下，u值的降低必然导致有效应力σ‘的增加，根据太沙基的有效应力原理，当地基中某点的总应力增量△σ为0，设有效应力增量为△σ‘，孔隙水压力增量为△u，则满足下式：

△σ‘ =△u

由于△σ‘的增加而使土体压密，直到土体内与边界上达到u势新的平衡位置，这个过程即为真孔预压的加固过程。

此外，真空预压还将降低地下水位，增加附加压力。

土层抽真孔前后土体的有效应力分布如图7所示。从图中可见，真孔预压加固软土地基的有效应力增长由地下水位下降而引起的有效应力增加与真孔度传递而引起的有效应力增长这两部分组成。

几个地下水位下降量表。

表1

图7 真空预压有效应力沿深度的变化

图8 真空预压与堆载的应力路径

真孔预压的有效影响深度与加固区的面积存在相关关系。

真孔预压适用的场地条件

1）地质条件

真空预压能够成功的首要条件是在膜下引起较高的真空度，因此，要求四周土体与底部的渗透系数较小，加固区边缘和底部土体渗透系数越小，真空预压的密封效果越好。因此，真空预压一般适用于加固软土地基。在不设竖向排水体的情况下，真空预压加固地基的效果很差。因此必须在加固区打设竖向排水体，以改善加固区的排水性能，提高加固效果。

对于透水性较好的地基一般不适宜用真空预压法，因为与四周存在着通畅的气、水联系，真空能量会被大量消耗，而且不能将加固地基中的孔隙水排出，必须采取人工措施，切断周围的水、气联系。例如加固区存在贯通砂层或“糕“状的土层分布时，除在加固区仍需设置竖向排水体外，还需在加固区周围打设密封帷幕。此外，当加区深度处有贯穿砂层时，除非有足够深的密封帷幕，不宜将竖向排水体打透地基深处的贯穿砂层，而应保留有一定的密封间距，以保持加固土体的密封性。

2）强度条件该法所能达到的真空度极限值约为100kpa，一般按90Kpa考虑。因此，对强度要求较高的地基，需采取真空堆载联合预压或其它措施。

3）周围环境真空预压时，加固范围内的土体向加固区产生收缩变形，周围土体因侧向位移而开裂，会对周围建构筑物安全产生较大的影响。因此，在这种情况下需采取一定的措施如打设围护桩的方法来解决。

4）工期

5）沉降要求（变形要求）

2沉降计算与固结度估算

1）膜下真空度等效荷载法

该方法沿用堆载预压加固地基沉降的计算思路：将膜下真空度等效为相同大小的荷载作用在地基上，采用分层总和法进行地基沉降计算，得到地基固结总沉降。与堆载预压唯一的

以考虑瞬差异在于修正系数的值不一致，堆载预压加固软基中乘以大于1的综合修正系数m

s

时沉降和次固结沉降等因素的影响，得到地基总沉降；真空预压加固软基则采用乘以小于1的综合修正系数。该法虽为许多规范所采纳，但由于其等效荷载这一假设与实际相差较大或有无误，使得真空预压加固地基沉降计算与实测的往往差异较大。

沉降修正系数经验表 2

2) 负压渗流场法

芩仰润（2003）提出了负压渗流场的真空预压地基固结沉降计算法，其固结沉降不再有附加应力引起，而是有抽真空形成的负压渗流场决定。式用实际应力路径（自重下K0固结，然后等向固结）所得的e~p关系曲线代替常规固结试验得到e~p关系曲线；式将真空预压下地基中竖向排水体中相对负压沿深度得分布模式代替附加应力沿深度的分布模式，并用

等向压缩模量来代替压缩模量。

该法基本上做到了从真空预压机理的角度出发来计算地基的固结沉降，但在实际设计的应用中尚存在～定的困难，主要是负压的分布模式事先并不知道，由于孔压的实测受到多种因素的影响，从目前已知的实测孔压值反推的负压分布模式形式多样，没有一个统一的分布模式，尚有待于进一步的试验研究证实。

负压分布模式

图9 真空预压加固软基竖向排水体中相对负压分布模式

（a）塑料排水板 (b) 袋装砂井 (c) 离心模型试验，袋装砂井

3）真空度差值法

塑排与砂井中的孔隙水压力受膜下真空度的影响较大，而淤泥中的孔隙水压力受膜下真空度的影响较小或基本不变。真空预压加固软基实质上是由于淤泥地基与竖向排水体之间的孔隙水压力差排水固结，孔压差的产生其实是真空度在两种介质中传递效果不一致所致，淤泥中的真空度较小，传递速度慢；竖向排水体中真空度传递容易，气压下降幅度大，孔隙水

压力下降幅度大。孔压差实质是真空度之差。