真空预压在港口工程陆域软基处理中的应用

李默

中铁广州工程局集团港航工程有限公司 广东广州 510000

摘要：本文首先对真空预压法的基础理论进行了解析，然后结合工程实例，从真空预压的深层和浅层处理两方面对施工方法进行介绍。根据现场监测数据，分析预压成效，从孔隙水压力分析、水平向沉降分析以及竖向沉降分析三个方面，论证了真空预压法的有效性，为今后港口工程陆域软基处理提供依据。

关键词：真空预压；港口；陆域软基

引言

在近几年的港口陆域软基处理中，逐渐开始将真空预压法应用其中，并且在持续改善中，因为其加固效果仍不尽如人意。本文将通过具体的施工案例，探究真空预压法的施工方案及加固效果，为今后港口的工程陆域软基处理提供依据。

真空预压法的处理过程并不是在软土地基上施加重载荷进行压实，而是通过抽出疏松土层中的空气，利用大气压力将土层压实。真空膜覆盖下的砂垫层，能够起到透气的作用，真空泵能够透过砂垫层抽取下部的空气，使得真空膜内外产生压力差ΔP，这个值通常用真空度来表示。压力迫使底层下部的孔隙水压力降低，因此在内外压差下也可以将软基中的水分和气体同时通过排水通道排出，当内部被抽干之后就会产生固结，使得软基变的紧实。

1. 真空预压法基础理论

1. 1. 真空预压法加固基理

真空预压法，在上文中已经做出了较为详细的解释，是利用抽真空的方式对地基进行加固，这里所谓的真空并不是真正意义上的真空，而是抽真空的过程，是给划定的软地基区域施加负压，排出使地基软的物质，使其变得坚固，这种真空概念在实际生活中得到了广泛的应用，最常见的有吸盘、玻璃拿取器、吸尘器等，在工程上也有用到，例如在复合材料修复过程中，利用抽真空抽取胶体中的气泡等。根据真空度的高低，可以划分为多个等级，软土地基处理中，属于低压处理，根据软土地基真空预压加固的实际施工过程，在砂垫系统和密封系统中设置排水（空气）系统，然后打开抽气系统启动真空预压过程，随着抽气进入真空状态的过程，膜内气体压力发生变化，膜内外压力降低，膜内外压力差传递到膜表面基表通过模型，但无论是否有真空，膜中的总压力都不会改变。

真空预压法是利用大气压进行预压排水固结的方法。它由排水系统（气）系统和密封系统组成，通常由三部分组成。首先要加固松软的地面，建立塑料排水板或沙井等垂直排水系统，将沙垫的水平排水层密封在地面上，然后在地面上覆盖薄膜层。沙垫顶部切断与大气的联系，然后用真空装置通过吸管将沙垫埋入，膜层的空气在吸管中排出。由于膜体内外的压力差，加筋土孔隙水进入排水系统排出。因此，土体中的孔隙水压力减小，有效应力增大，使软土地基逐渐固结。

1. 2. 真空预压法加固机理的微观解释

通过对真空预压法的解析可以发现，真空压力的作用对象是土壤中的气体和水分，而不是沙砾和土颗粒等，因此从微观角度来分析，真空预压法的真正作用是改变土壤中的原有结构，使得原来充满空气的土壤变得密度更大，或是被水分填充，这一重组过程使得土壤在外部真空膜去掉之时不不会发生显著的回弹，土壤缝隙中填充的水分主要来自于地下，因此，地下水位的上升程度会影响到土壤孔隙的大小。

1. 3. 应用的特征

真空预压法利用大气加固软土地基，无需预压材料，使施工现场文明、清洁，可减少施工干扰，降低大量成本。采用真空预压法加固软土地基时，土体上的总应力不增加，唯一减小的是土体孔隙水压力，为中性压力，即球压。土体不会出现剪切变形和侧向压缩，只有收缩变形和侧向收缩。真空预压法加固软土地基时，地基周围的土体向加固区域移动，加固土的竖向变形均匀分布在整个区域，平均沉降大。真空预压法加固软土地基的过程，在增加地基土强度的过程中，实现了真空预压法和实心结构。它随着剪应力的增加而增加，随着剪应力的增加而增加。因此，地基加固后，土体不会发生剪切蠕变现象，在工作过程中不会造成土体的抗剪强度急剧下降，使抗剪强度增加。

2. 真空预压法的应用

2. 1. 概述

某港口为市重点项目，位于我国东部港口，承载着该城市战略发展以及建设国际化城市的重要使命，总面积近60km²，气候温暖湿润，四季分明，属于海洋性气候特点，该港口有多条河流汇入，地貌为水下淤滩，水下地形由西南向东北略倾斜，地势在-0.5m～4.0m之间。调查区海平面主要受潮汐影响。测量期间，当潮差较大时，测量区被海水淹没，退潮时暴露。

1. 2. 施工方法

1. 真空预压深层处理

填土完成后，将土壤晒干，铺设土工布，铺设土工格栅，然后用砂垫进行人工排水踩踏，下插塑料排水板，插入深度达到下层淤泥泥土，塑料排水板之间的距离1米，而后进行真空过滤管的铺设，挖层压槽，铺设密封膜进行真空预压。真空泵按800~1000m²/台布置，膜下真空度不低于80千帕。有效抽真空时间应根据该地区的要求和监测结果确定。施工时应消除大部分沉降和不均匀沉降，地基承载力应满足设计要求。

2. 真空预压浅层处理

填充干燥完成后，铺设土工布、土工格栅、人工涂塑排水板。塑料排水板与过滤管应先搭接绑在地面上，再铺设真空过滤管。压膜加固面积可划分为2万至3万平方米每块。滤管应与塑料排水板搭接，滤管应埋入土层中。铺设完毕后，应用无纺土工布将其与真空膜隔开，以免损坏真空膜。最后，应铺设密封膜进行真空预压。真空泵布置800~1000m2/台，膜下真空度不低于80kPa。有效抽真空时间应根据使用要求和监测结果确定，使表面填充达到一定强度，满足下一次施工的要求。

3. 现场监测及成果

3. 1. 孔隙水压力

通过对该地区现场监测观察发现，加筋区排水板的孔隙压力基本消散为负值。将计算结果与工程实践中的实测值进行对比，可以发现孔隙压力耗散的变化趋势基本一致。抽真空开始时，由于土层自重对自然地基的影响，孔隙水压力值为正值。随着抽真空工作的开始，孔隙水压力迅速下降。孔隙水压力的下降趋势随着时间的增加而变慢。在基本不变，临近结束时，土体的孔隙压力和应力值逐渐趋于平衡，达到了最佳的加固效果。由此可见不仅插板区域可受真空预压起到固结作用，而且对插板深度以下的土体也有一定的加固作用。

1. 2. 水平向沉降

通过观察后期数据分析固区边缘沿深度方向的横向位移曲线的图像，可以知道水平土加固区外的横向位移就是土体的倾角。加固区域的中心由内向外，横向位移的水平值越来越大，这与工程实践中发现的中等情况是一致的。结果表明，真空预压法会引起土体收缩变形，影响范围较大。

1. 3. 竖向沉降

从后期数据分析的图像变化形态可以纸导，土壤沉降呈碗底形状，与实际沉降一致。同时也可知沉降位移较大，随着深度的增加沉降位移逐渐减小。沉降范围外区域的加固是使加固区域倾斜，距离加固区域越近，沉降越深。将计算结果与实测值对比，曲线基本一致，说明在实际施工过程中，可以通过软件模拟计算提前预测竖向沉降位移，提供了良好的是判断建设项目加固效果是否到位的依据。

4. 结束语

通过计算与实际效果对比发现，从加固区孔隙水压力的竖向位移、水平位移和横向位移角度研究了真空预压法的加固效果。 通过本工程的施工方法和工艺，验证了理想的加固效果。同时计算分析了塑料排水板间距对真空预压效果的影响。 结果表明，间隔越小，加固区土体固结过程越快，真空预压加固效果越好。

参考文献

1. 谢辅义.真空预压在港口工程陆域软基处理中的应用[J].珠江水运,2020(14):88-89.DOI:10.14125/j.cnki.zjsy.2020.14.041.

2. 阮昆. 真空预压法在吹填陆域软基工程中的加固效果研究[D].武汉理工大学,2014.

3. 胡友福,吴翔,史策辉.真空预压在港口工程陆域软基处理中的应用[J].珠江水运,2013(10):49-51.DOI:10.14125/j.cnki.zjsy.2013.10.027.s