深层增压式真空预压法处理软土地基室内模型试验_曾芳金

Abstract： Because of effect of well resistance and smear，deep soil can not achieve adquate vacuum when adopting the common vacuum preloading to reinforce soft soil． So deep soil can not be reinforced effectively． A method of deep air-boosted vacuum preloading to overcome the shortage of common vacuum preloading was proposed，which could improve the rate of drainage through enlarge the pressure difference between soil and the vertical drain． In addition， convection was produced between deep soil and upper soil with deep air-boosted，the rate of drainage would be improved due to that reason． Compared with the physical indicators of common preloading model test and found that the indicators of the moisture content，cross shear strength，cumulation settlement were better than those of the common vacuum preloading． It concluded that the soft soil could achieved better reinforcement through deep airboosted vacuum preloading． Keywords： vacuum preloading； deep air-boosted； settlement； model barrel； moisture content
Zeng Fangjin1 Wei Huixing1 Wang Jun2 Fu Hongtao2 （ 1. School of Architectural and Surveying ＆ Mapping Engineering，Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000，China； 2. College of Architecture and Civil Engineering，Wenzhou University，Wenzhou 325035，China）
进行分析，研究各指标的变化规律，分析加固效果。 3. 1 累计沉降量的分析
在真空预压期间，在吹填土表面的中心位置和 边缘处分别设置沉降标，通过毫米刻度尺按试验设 计时间测量累计沉降值，把两者的平均值作为该桶 累计沉降量的标准值。由于 3 组试验所用的土样均 取自同一地点，各项物理指标非常接近，所以用 3 组 试验累计沉降量的平均值作为最终的标准值加以分 析。1 号桶和 2 号桶的累计沉降量随时间的变化曲 线如图 4，由图 4 可知，在对 1 号桶增压以前，即 0 ～ 240 h 阶段，两桶的累计沉降量变化趋势大致相等， 在真空预压开始的初期累计沉降量发展较快，随抽 真空时间的延续，沉降速率减缓，累计沉降量趋于稳 定。增压后，1 号桶的沉降速率有所增长，累计沉降 量进一步发展。由增压段的曲线可知，在增压的初 期，沉降量有所发展，但随时间衰减较快，最后也趋 于稳定。经测量，1 号桶的累计沉降量为 129 mm， 2 号桶的累计沉降量为 113 mm，提高了约 14. 2% 。 说明通过向深层土体增压能够有效促使吹填土沉降 的发展，使土体得到更好的固结。
关键词： 真空预压； 深层增压； 沉降量； 模型桶； 含水率 DOI： 10. 13204 / j． gyjz201407019
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LABOＲATOＲY MODEL TEST OF TＲEATING SOFT SOIL GＲOUND USING DEEP AIＲ-BOOSTED VACUUM PＲELOADING
2. 3 试验的目的和内容 2. 3. 1 试验的目的
探究深层增压对真空预压法深层土体排水效率 以及加固效果的影响。 2. 3. 2 试验的具体内容
1） 在试验中实时记录两桶中土体的累计沉降 量。2） 卸载后分别测量两桶不同深度处土的含水 率以及十字剪切板强度。
3 试验数据分析 试验结束后，对试验中及卸载后所测得的数据
1 试验准备 1. 1 土样准备
试验所用土样均取自温州瓯江口灵昆岛围海造 地现场，将土样搅拌均匀，测试得到土样的基本物理 指标如表 1 所示。
表 1 试验土样的基本物理参数 Table 1 The physical parameters of soil samples
桶 含水率 / 湿密度 / 干密度 / 土粒相对 孔隙 饱和度 组数
真空度在土体中的传递效率较低，这样就使真空荷 载的作用仅仅停留在浅层土体，这也是工程中常常 会在表面形成硬壳层的主要原因之一。竖向排水板 与土体中气压差的作用主要是指在真空预压期间真 空度沿竖向排水板和土体向下传递的不同步性，即 真空度沿竖向排水板向下传递，再由排水板向其四 周的土体扩散，但由于真空度在土体中的衰减较快 导致土体的真空度低于排水板处的真空度，这样就 在竖向排水板与其周围的土体之间形成了一个气压 差，这个气压差为土体中的孔隙水提供了一个渗透 压，促使土体中的孔隙水向竖向排水板处发生渗流， 这样就达到了横向排水的目的。但随着真空预压的 进行，土体会产生径向的不均匀收缩，这样就会在排 水板处产生不均匀的侧向应力而导致排水板发生弯 折或弯曲的现象，孙立强也曾提到这种现象［14］。另 外土中较细颗粒随着孔隙水的排出会在竖向排水板 处聚集而产生淤泥抱团现象，这都会进一步降低排 水板传递真空的效率，而导致深层土体与竖向排水 板处的气压差逐渐变小，降低排水效率。因此，如何 扩大深层土体与竖向排水板处的气压差以提高渗透 压，加快土体中孔隙水的渗流速度对深层土体的加 固效果显得尤为重要。本文提出深层增压式真空预 压法的室内模型试验，就是用空气压缩机通过预先 埋设的增压滤管向深层土体充气，以达到向深层土 体增压的目的，其主要原理就是通过增压来提高竖 向排水板与周围土体的水平压差来提高排水效率， 从而提高深层土体的加固效果。通过累计沉降量、 含水率以及十字剪切板强度等参数与普通真空预压 的对比分析，考察深层增压对加快深层土体排水速 率的影响。
试验模型装置示意见图 3，1 号桶由抽真空设 备、密封体系、增压体系、排水体系以及检测体系组 成。2 号桶由抽真空设备、密封体系、排水体系和检 测系统组成。1 号桶和 2 号桶的真空体系的装置完 全相同，都是先在需要处理的淤泥土的表面铺设一 层编织布，将竖向排水板通过密封的手型接头与横 向排水管连接后插入土体，在横向排水板的上面铺 设一层土工布，然后铺设密封膜进行密封，最后将横 向排水管与抽真空设备连接。两桶装置所不同的是
深层增压式真空预压法处理软土地基室内模型试验———曾芳金，等
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1 号桶的深层增压体系应与真空体系同时铺设，即 增压管与输气管连接后插入深层土体，输气管与增 压设备相连接。
1—密封管； 2—竖向排水板； 3—密封系统； 4—增压滤管； 5— 输气管； 6—空气压缩机； 7—分流管； 8—射流泵； 9—气水分离瓶； 10—空气传感器； 11—真空探头 图 3 模型试验装置示意 Fig． 3 Schematic diagram of model barrel test device
2. 73 2. 73 2. 73 2. 73 2. 73 2. 73
2. 50 2. 46 2. 41 2. 37 2. 37 2. 37
89. 3 90. 2 93. 8 95. 3 94. 6 94. 6
1. 2 试验仪器及材料准备 试验中所用到的设备有： 抽真空设备、密封的手
型接头、新 型 防 淤 堵 排 水 板、编 织 布、土 工 布、密 封 膜、不透气的钢丝软管、增压管、真空表、沉降标、钢 尺、空气压缩机、气水分离瓶等。
* 浙江省重点科技创新团队项目（ 2011Ｒ50020） ； 温州市重点科技创 新团队项目（ C20120006） 。 第一作者： 曾芳金，男，1965 年出生，博士，教授。 电子信箱： zfj － hf@ 163． com 收稿日期： 2013 － 10 － 23
工业建筑 2014 年第 44 卷第 7 期
90 Industrial Construction Vol. 44，No. 7，2014
密封膜的内、外 表 面 形 成 了 一 个 气 压 差，即 真 空 荷 载，其大小等于密封膜内、外气压的差值。然而，真 空荷载与普通的堆载不同，它的大小主要取决于两 点气压的差值，因此真空预压在处理软土地基时真 空荷载的作用效果与真空度在土体中的传递有着密 切的关系。在实际工程或试验中往往由于涂抹、井 阻效应以及淤泥抱团现象而引起的堵塞等原因导致
深层增压式真空预压法处理软土地基室内模型试验*
曾芳金1 位会星1 王 军2 符洪涛2
（ 1. 江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州 341000； 2. 温州大学建筑与土木工程学院，浙江温州 325035）
摘 要： 普通真空预压法在处理软土地基时，由于真空度向下传递的过程中受涂抹、井阻等作用，使深层 土体获得的真空荷载较小，往往导致深层土体得不到有效的加固。针对这种缺陷提出一种深层增压式真空 预压处理软土地基的方法，此方法主要是通过向深层土体增压以扩大深层土体与竖向排水板及其上层土体 的压力差，从而加快土体中的孔隙水的渗流速度。另外，由于深层土体因得到增压而其气压高于上层土体及 排水板处的气压，这样就会在深层土体和竖向排水板及上层土体之间形成对流，从而带动土体中的孔隙水向 上层土体和排水板处流动而提高排水速率。试验表明： 经深层增压式真空预压法处理后土体的含水率、累计 沉降量、十字板抗剪强度等指标均优于普通真空预压处理的土体，说明深层增压式真空预压能够有效地提高 软土地基的加固效果。
图 1 新型防淤堵排水板 Fig． 1 New type of siltation prevention drainage plate
图 2 增压滤管 Fig． 2 Pressurization filter tubes
2 模型桶试验 2. 1 试验方案
试验共做 3 组，每组采用两个模型桶进行对比 试验，每组又分别编 1 号桶和 2 号桶，模型桶的高度 为 100 cm，直径为 60 cm，每组试验周期为 15 d。吹 填土在桶中的高度为 90 cm。在每组试验中 1 号桶 采用深层增压式真空预压法处理，2 号桶用普通真 空预压法进行处理，当沉降量小于 1 mm / d 时卸载。 1 号桶土体的处理分为两阶段进行，1 ～ 10 d 为常规 处理，从第 11 d 开始进行增压，每12 h增压 5 min， 增压量为 20 N / cm2 。当 3 组试验做完后取各项参 数的平均值进行对比，验证深层增压式真空预压处 理软土地基的效果。 2. 2 试验模型装置
号 % （ g·cm － 3 ） （ g·cm － 3 ） 密度 Gs 比 e Sr / %
1 第1 组
2 1 第2组 2 1 第3 组 2
81. 80 81. 25 82. 87 82. 77 82. 15 82. 20
1. 42 1. 44 1. 47 1. 48 1. 49 1. 49
0. 78 0. 79 0. 80 0. 81 0. 81 0. 81
真空预压［1］处理软土地基的技术自 20 世纪 80 年代引入我国以来，经过不断地改善和创新，在软土 地基处理领域得到了广泛的应用。直排式真空预 压［2 － 3］、真空联合堆载［4 － 5］、真空联合电 渗［6 － 7］、无 膜真空预压［8］、双层滤管无砂垫层真空预压［9］以及 增压式真空预压技术［10 － 13］均在工程中得到成功应 用。真空预压处理软土地基的实质是土体排水固结 的过程。其促使软土地基产生固结的机理可分为两 部分： 一是真空荷载与土体形成的竖向压差作用； 二 是竖向排水板与周围土体之间因真空压力形成的水 平压差作用。真空荷载的预压作用主要是由于在抽 真空的过程中在密封膜内部的空气被抽出，从而在