真空预压

第一章ห้องสมุดไป่ตู้绪论
目前，我国高等级公路的发展主要集中在东、南 沿海一带，这些地区分布大量的软土，由于软土性质 软弱，强度很低，压缩性甚高，渗透性很小极易出现 塑性流变等问题，给道路工程的地基和筑路技术带来 困难，若对软土特性认识不足，地基处理不当，技术 控制不严，就会在筑路过程中出现地基因破坏失稳而 滑动，并产生较大的沉降和不均匀沉降，影响行车的 安全和道路的正常使用，因此，合理而有效的处理路 堤软基议程成为建设高质量、高标准高速公路的关键 问题之一。

从1998年8月起，广东珠江三角洲地区开始引 入真空或真空——堆载联合预压加固高速公路软 基方法，从几条高速公路的试验段情况看，该处 理方法效果是比较理想的。由于可以将填筑的路 堤作为堆载加以利用，不仅具有很好的加固效果， 而且经济效益也很明显。目前该方法己经在广东、 浙江、江苏、上海的高速公路建设中得到了比较 广泛的应用。
真空预压时，真空压力首先是作用在土体中的水、 气流体上，而不是直接作用在土体骨架或颗粒上。在 真空预压初始阶段，土体排水量很大，但沉降量比较 小，这是由于土体中的自由水和气首先被抽出，然而 由于土体颗粒之间的粘聚力、排斥力、接触点支撑力 的存在，土体中的有效应力并未显著增加。随着水、 气的抽出及时间的持续，土体颗粒间的无水孔隙逐渐 增大，土体骨架开始承受真空压力，导致土体颗粒发 生错位重新排列。这是一个由外因而导致土体内部 “自发”调整的过程，结果使得土体密实而得以加固。
堆载预压 总应力增加，随着超静孔隙水压 力的消散而使有效应力增加。
总应力不变，随着相对超静孔隙水 压力的消散而使有效应力增加
抽真空的过程中，剪应力不增加， 不会引起土体剪切破坏
不必控制加载速率 预压区土体产生指向预压区中心的 侧向变形 土体固结，有效应力提高，土体强 度增长，无剪切蠕变影响 与土的渗透系数、竖向排水体以及 边界排水条件有关 与抽真空作用强度、竖向排水体、 土的孔隙分布情况以及相关边界条 件有关 降低地下水位，地下水位的降低将 使相关土层产生排水固结
加载过程中，剪应力增加，可能 引起土体剪切破坏
需要控制加载速率 加载时预压区土体产生向外的侧 向变形 土体固结，有效应力提高，土体 强度增长，受剪切蠕变影响 与土的渗透系数、竖向排水体以 及边界排水条件有关
强度增长
固结速度
处理深度
主要与堆载面积和荷载大小有关
地下水位不变
地下水位
真空预压机理的微观机理
堆载压密排水固结：出水口
真空加压10天后地 基固结情况
真空加压10天后地基固结情况
竖向排水体对加固效果的影响
目前竖向排水体一般选用塑料排水板和袋装砂井， 而塑料排水板的纵向通水能力和渗透系数比袋装砂井 大很多。袋装砂井的纵向渗透系数大约是塑料排水板 的25%左右。在加固过程中塑料排水板的纵向渗透系 数为1.7×10-2～1.5×10-1cm/s，这是一般袋装砂井达 不到的值，一般袋装砂井的上端都是采取捆扎的形式 来避免泥土进入砂井中的，这就增加了真空度的传递 阻力，而塑料排水板则不会出现这种情况，另外，在 打设过程中导向管带上的泥土也常会将孔口封堵，因 此袋装砂井与砂垫层的连接不如塑料排水板好，塑料 排水板不易被封堵。所以塑料排水板的排水性能要优 于袋装砂井。
Pa—大气压力(kPa)；γw—水重度(kN/m3)； γ′—土的有效重度(kN/m3)； H—深度(m)； P0—真空压力(kPa)； Pv—抽真空后管路中的压力(kPa)； ΔP—真空度在砂井或塑料排水板中的损耗(kPa)
抽真空前后应力分布
真空预压和堆载预压法的对比
真空预压
土中应力 剪切破坏 加载速率 侧向变形


3.对软土地基的沉降计算方法进行分析，并结合实测沉降资 料，分别采用双曲线法、指数法、泊松曲线法和灰色理论， 预测地基最终沉降，分析了各方法的适用性，提出适合于 南沙地区工程实践应用的沉降预测模型。
第二章 真空预压加固机理探讨
真空预压法加固软土地基时，在地基上施加的不 是实际重物，而是把大气压力作为荷载。在抽真空前， 由于密封膜内外都受到大气压力的作用，土体孔隙中气 体与地下水面以上都是处于相同的大气状态下，大气压 力Pa作用于孔隙水上，对土体不起压密作用。铺设密封 膜后，Pa作用于密封膜上。抽真空后，首先在砂垫层中 形成真空，砂垫层和竖向排水体内的压力降至Pv，密封 膜内外存在压力差Pa－Pv，使密封膜紧贴于砂垫层上， 同时真空度又通过竖向排水体逐渐向下传递，并向袋装 砂井或塑料排水板四周土体扩散，从而使一定深度范围 内的孔隙水压力降低，形成负的超孔隙水压力。
真空预压对周围环境的影响
从大量的工程实践来看，真空预压对周围的环境 影响比较大，真空抽水后，导致加固区外一定范围内 的地基土产生向加固区内侧较大的侧向位移，特别是 在建（构）筑物密集区和地下管线密集区，由于真空 预压会引起较大的水平位移，因此对临近建（构）筑 物的基础以及埋设在地下的管线的影响不容忽视，这 些影响主要体现在加固区周围地面的沉降，水平向位 移以及地下水位的变化，在施工现场经常可以看见地 面出现较大的裂缝。在加固区周围，土体中的水位可 能会降低，并对加固区和周围的土体产生一定的影响， 应重视真空预压与边界的相互影响关系。在采用真空 预压加固软土地基方案前，必须考虑真空预压可能的 对周围环境的影响。
本次研究的主要工作

1.通过现场取样进行室内试验，分析南沙地区软土的固结过 程中孔隙比、压缩系数以及固结过程中的应力应变关系， 研究南沙地区软土的固结特性。 2.通过真空预压法加固软土的现场试验，研究了真空预压法 加固软土地基的沉降和水平变形特性、真空预压加固地基 的有效深度、真空预压对周围环境的影响。
真空预压法示意图
真空预压法近期研究热点

1.关于真空预压加固地基的有效深度问题。 2.有关地下水位的变化问题。 3.真空预压加固地基的密封问题，特别是在预压区内存在透水的 夹砂层。 4.水下真空预压法。 5.真空—堆载联合预压法。 6.优化设计。改进现有真空预压加固地基设计方法。同时改进真 空预压加固地基监测技术，以获得更全面更可靠的监测数据。
第二章 真空预压加固机理探讨
所谓负压即指形成的孔隙水压力小于原孔隙 水压力，其增量为负值。由于边界孔隙水压力的 降低，土体与砂垫层和竖向排水体间形成压力差 和水力梯度，土体发生渗流，使土中的孔隙水压 力不断降低，有效应力不断增加，从而促使土体 固结；随着时间的增长，土体和竖向排水体之间 的压力差由Pa－Pv逐渐变小，最终趋向于零，此 时渗流停止，土体固结完成。