真空預(yù)壓在港口工程陸域軟基處理中的應(yīng)用

任瑞利

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展，真空預(yù)壓法施工技術(shù)日益成熟，與此同時，人們對加固機(jī)理的認(rèn)識也更加深入，更是廣泛應(yīng)用于碼頭、港口、民用建筑、堆場等各種工程的地基加固環(huán)節(jié)。真空預(yù)壓法不僅可以滿足于高速公路的軟基處理，還可以應(yīng)用于排水固結(jié)預(yù)壓法的區(qū)段，由此可見，真空預(yù)壓法可以適用于大面積軟基處理。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓法；大面積；軟基；處理

1 前言

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水管道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應(yīng)力。該法由瑞典的杰爾曼教授于20世紀(jì)中期率先提出的，我國對真空預(yù)壓法的應(yīng)用也比較廣泛，尤其是80年代初期，不僅密封閉氣技術(shù)得以解決，還首次應(yīng)用于天津港的軟基處理中。

2 真空預(yù)壓法加固的機(jī)理

真空預(yù)壓法的加固機(jī)理是通過對加固區(qū)域的土體制造負(fù)壓，來降低邊界孔壓，從而使其與土體中的原有孔壓形成壓力差，進(jìn)而發(fā)生不穩(wěn)定的滲透。土體中的孔壓會隨著時間的延長而降低，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)橥馏w的有效應(yīng)力?？紫兜乃畨毫儆谇驊?yīng)力，因此真空預(yù)壓時各向所增加或減少的孔壓是相同的，也正是基于此，只是地基中土地單元的莫爾圓大小并沒有改變，只是向右平移了，等到卸除荷載之后，被加固土體就會比加固前的強(qiáng)度增加，由正常固結(jié)狀態(tài)加固成為超固結(jié)狀態(tài)。需要注意的是，因為真空預(yù)壓的過程中，土體并沒有發(fā)生剪應(yīng)力，所以地基土并不會因為真空荷載的突然增加而遭受剪切破壞，這樣可以進(jìn)一步縮短工期。

3 關(guān)于真空預(yù)壓停泵標(biāo)準(zhǔn)的探討

目前而言，真空預(yù)壓停泵標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩種標(biāo)準(zhǔn)：其一，施工消除的地基沉降比設(shè)計要求大。這種標(biāo)準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)是：以設(shè)計計算值為標(biāo)準(zhǔn)的最終沉降與施工沉降后殘余的沉降量之差，必須控制在所允許的范圍之內(nèi)。這種標(biāo)準(zhǔn)存在的缺陷是：第一，僅僅通過工勘或者室內(nèi)土試驗，是很難精確把握地基土的物理學(xué)性質(zhì)的，進(jìn)而致使用來計算沉降的土性參數(shù)難以精確；第二，用來計算沉降修正系數(shù)的設(shè)計計算公式，往往是以簡化假設(shè)為基礎(chǔ)的，很難精確計算出瞬間沉降和次固結(jié)沉降的數(shù)量。其二，停泵前地基沉降的速率比規(guī)定值小[1]。這一標(biāo)準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)是：路面結(jié)構(gòu)施工前的沉降速率與施工后的沉降存在相互關(guān)系，可以通過控制預(yù)壓結(jié)束時沉降的速率，來控制工后沉降。這一標(biāo)準(zhǔn)的缺陷在于：軟土是非線性彈性材料，且具有超固結(jié)特性，因此預(yù)壓地基的沉降速率在卸載前后差異非常之大。

4 真空預(yù)壓新型排水材料的概述及發(fā)展應(yīng)用

4.1 新型排水材料的類型

傳統(tǒng)的真空預(yù)壓材料分為豎向排水體和水平排水體兩方面：豎向排水體包括塑料排水板和袋裝砂井兩種，水平排水體包括砂溝、盲溝和砂墊層三種。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多新型排水材料應(yīng)用于真空預(yù)壓之中，具體包括：

4.1.1 整體式排水板

分體式排水板是目前真空預(yù)壓的主要運用材料，但這種分體式排水板的濾膜包覆在芯板的外面，且不與芯板粘結(jié)，因此存在芯槽易堵塞、外觀差、隔土性差以及強(qiáng)度低等缺點[2]。

整體式排水板與分體式排水板不同，它的濾膜與芯板是緊逼貼合的，這樣一來，不僅整體性好，排水空間大，而且在一定程度上節(jié)省了濾膜材料。

4.1.2 可測深排水板

可測深排水板分為鋼絲式和數(shù)字式兩種形式，可以對排水板經(jīng)過打設(shè)后，在軟土地基中的深度進(jìn)行準(zhǔn)確地反映。它符合嚴(yán)格控制打設(shè)深度，提高地基加固質(zhì)量的要求，并且有效避免漏打和少打等偷工減料現(xiàn)象[3]。

4.1.3 塑料盲溝

20世紀(jì)七十年代，國外就已經(jīng)對塑料盲溝進(jìn)行了開發(fā)和應(yīng)用，我國直到八十年代才開始研制，九十年代研制成功，目前我國已經(jīng)開始研究對塑料盲溝的進(jìn)一步推廣和發(fā)展。一般情況下，塑料盲溝都被當(dāng)作水平排水體來應(yīng)用。塑料盲溝包括外包土工無紡布的濾膜和塑料盲溝體兩個部分。塑料盲溝比傳統(tǒng)盲溝的排水性好、重量輕、柔韌性更好、加工更簡單、耐壓力也更強(qiáng)，施工也要方便很多。

4.1.4 軟式透水管

軟式透水管是一種復(fù)合型的土工合成管材，它的骨架是經(jīng)過防腐處理且外覆PVC等材料作為保護(hù)層的彈簧鋼絲圈，管壁包裹材料則是聚合物纖維編織物或者滲透性土工織物。軟式透水管可以作為水平排水體或者豎向排水體使用。

4.2 新興排水材料的功能

如果區(qū)域密封良好，軟式透水管的真空度上升速度基本等同于普通砂墊層中膜，而從整體來看，采用塑料盲溝和軟式透水管作為水平排水體，可以保證在真空抽取后的一段時間中，膜下真空度符合設(shè)計要求。由此可見，軟式透水管和塑料盲溝已經(jīng)具備傳遞真空度和作為水平排水體排水兩大功能。

5 真空預(yù)壓設(shè)計施工

5.1 地表沉降

地表沉降觀測是軟基沉降分析的基礎(chǔ)，其變化規(guī)律是控制施工進(jìn)度和安排后期施工的最重要指標(biāo)之一，也是加固效果最直接的反映。真空預(yù)壓處理地基土可分為工前沉降和施工沉降，本研究中設(shè)定地表沉降監(jiān)測的為施工沉降。其中，真空預(yù)壓區(qū)平均沉降量為383mm，最大沉降點發(fā)生在加固區(qū)中心Z3點為-416mm。在真空預(yù)壓范圍內(nèi)，邊緣地方較小，中心地帶沉降較大，使得整個加固區(qū)的土體向里收縮，對土體穩(wěn)定有利。沉降曲線在抽真空初期較抖，而后慢慢趨于平緩。即沉降速率較大，隨時間的延長，沉降速率逐漸變緩，說明土體主固結(jié)變化速率是一個漸變收斂的過程。

5.2 分層沉降

通過分層沉降的觀測，可以了解地基不同層位的分層沉降量；根據(jù)分層沉降變化規(guī)律，進(jìn)一步分析深層土的加固效果和加固影響深度。從理論上講，真空預(yù)壓是通過抽真空使加固區(qū)生產(chǎn)負(fù)壓，該負(fù)壓與大氣壓力差，將土體內(nèi)孔隙中的部分水排出，達(dá)到使土體加固的目的。土體具有一定的滲透性，塑料排水板內(nèi)的負(fù)壓對底部以下土體仍有影響。在開始抽真空至加荷時期，各磁環(huán)的沉降較大，隨時間的延長，沉降速率逐步變小，表明各層的沉降也是一個漸變收斂過程。由于加固區(qū)淤泥層較厚且性質(zhì)比較單一，不同深度的土層沉降變化規(guī)律明顯，上部的磁環(huán)沉降最大，隨深度的加深，磁環(huán)的沉降呈遞減變小。

5.3 孔隙水壓力觀測

孔隙水壓力是了解地基土體固結(jié)狀態(tài)最直接的手段，根據(jù)孔隙水壓力的變化規(guī)律，分析地基土體的固結(jié)機(jī)理，進(jìn)一步研究真空預(yù)壓法加固軟基的機(jī)理和土體強(qiáng)度增長規(guī)律，亦可判斷被加固土體的加固效果。各探頭的穩(wěn)定初始值基本接近地下水位壓力的初始值，在真空預(yù)壓階段，孔壓不同深度的28個測點隨時間的延續(xù)呈下降的趨勢，從一開始孔壓有一個明顯的下降過程，而5m范圍內(nèi)各探頭的孔壓值下降較快，在前三天下降變化最快為埋深1米的孔壓計，隨深度增加孔壓變化量逐漸減少。

6 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前工程技術(shù)界的新思想是以控制工后沉降為目的，來進(jìn)行地基處理設(shè)計和施工，因此，對穩(wěn)定性控制的要求越來越高，作為真空預(yù)壓法，也應(yīng)當(dāng)順應(yīng)這一理念，不僅深化自身發(fā)展，還要研究將真空預(yù)壓法與其他技術(shù)相聯(lián)合，進(jìn)而解決施工過程中如何控制工后沉降等嚴(yán)峻問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭湘林.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟基的影響深度與沉降預(yù)測[D].吉林大學(xué)，2012.

[2] 郭紅燕.真空預(yù)壓加固新吹填土地基排水板彎折對有效加固范圍的影響[D].華南理工大學(xué)，2015.

[3] 吳俊樺.基于變形機(jī)理真空預(yù)壓變形實用計算方法[D].華南理工大學(xué)，2013.