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摘要：随着我国沿海地区经济的快速发展，港口、海堤工程日益增多，在进行填海造地过程中，需将规定比例的海域底泥、砂浆和海水进行混合后吹填造地，形成的地基中存在大量淤泥质土层，容易形成土体沉降，影响上部建筑物结构稳定和安全，不满足规范设计要求。
常用的海堤软基处理技术有真空预压法、水泥搅拌桩法、PHC桩以及钻孔灌注桩法等，本文着重介绍真空预压法海堤软基处理技术。首先对真空预压法进行简要概述，其次分析真空预压法处理软土地基的设计理论，最后介绍该技术在实际应用中对工程软基的处理方式。
关键词：真空预压法；软基处理；应用分析
我国的海岸线较长，边缘海域的跨度达到40多个纬度。近些年，随着沿海城市建设的迅速发展，大量的港工、海堤工程都依附填海造地项目而进行，而该项目的重中之重就是针对工程所在区域软土地基的处理。
由于地质地层沉积年代和固结程度的不同，形成填海造地区域基础复杂、淤泥厚度大、分布不均的特殊地质条件。因此在该地基上进行工程建设需要首先解决的问题就提升土体的地基承载能力，满足上部建筑物的荷载要求。
在实际工程建设中，真空预压法软基处理技术得到了充分的应用，地基处理时需要根据现场实际情况和相关技术经验来保证复合地基的实施效果，并满足规范要求的地基承载力。
1.真空预压法简述
真空预压加固软土地基的方法，是在堆载预压法的基础上优化发展的，这两种方式存在很多的共同点，如下图所示。现针对两种加固方法进行理论分析比较，从而体现出真空预压法在加固软土地基方面的优越性。
图2 堆载预压法示意图
真空预压法和堆载预压法都属于排水固结法。排水固结法主要用于解决地基的沉降和稳定问题，为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，设置竖向排水井（砂井或塑料排水带），以加速地基的固结，缩短预压工程的预压期，使其在短时期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；并加速地基土抗剪强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证地基的稳定性。
排水固结法由排水系统和加压系统两部分共同组成。排水固结系统由竖向排水体和水平排水体构成，主要作用是改变地基的排水边界条件，缩短排水距离和增加孔隙水排出的途径。当软土层靠近地表且较薄、或土的渗透性好且施工周期较长时，可在地面铺设一定厚度的砂垫层，不设竖向排水通道。土中的孔隙水在外荷载作用下排至砂垫层，从而产生固结。若软土层较厚时，为加快排水固结，应在地基中设置砂井等竖向排水体，与水平砂垫层一起构成排水系统。加压系统是指对地基施加的荷载布置。
排水系统与加压系统总是联合使用的。如果只设置排水系统，不施加固结压力，土中的孔隙水没有压差，不会发生渗透固结，强度不会提高。如果只施加固结压力，不设置排水体，孔隙水就很难排出来，地基土的固结沉降就需要较长的时间。因此，要保证排水固结法的加固效果，从施工角度考虑，主要做好以下三个环节：铺设水平垫层、设置竖向排水体和施加固结压力。
排水固结法一般适用于饱和软黏土、吹填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土及泥炭土地基。
按照采用的各种排水技术措施的不同，排水固结法可分为以下几种方法。
堆载预压法
在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降，这种方法称为堆载预压法。
一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。
为了加速堆载预压地基固结速度，常与砂井法同时使用，称为砂井堆载预压法。
沙井法适用于渗透性较差的软弱粘性土，对于渗透性良好的砂土和粉土，无需用砂井排水固结处理地基；含水平夹砂或粉砂层的饱和软土，水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。
真空预压法
真空预压指的是砂井真空预压。即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫及砂井进行抽气，产生负压，使地下水沿竖向排水路径排出地表，加速地基排水固结。所以真空预压是在总压力不变的条件下，使孔隙水压力减小、有效应力增加而使土体压缩和强度增长。
降水预压法
即用水泵抽出地基地下水来降低地下水位，减少孔隙水压力，使有效应力增大，促进地基加固。降水预压法特别适用于饱和粉土及饱和细砂地基。
电渗排水法
即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。
降水预压法和电渗排水法目前应用还比较少。
2.真空预压法处理软土地基的设计理论
采用真空预压法加固软土地基时，需对排水系统和加压系统进行合理布置，使地基基础在受压的过程当中可以有效、快捷的排水固结，并增强土体强度，满足地基承载力要求，减少工后沉降给上部建筑物结构稳定形成的安全隐患。
在实际施工过程中，真空预压法处理土体主要分为六层，如图3所示。在前期设计时，需先确定加固区域形状及范围，针对划定的场地进行平整，为保证工后设计高程可考虑预留部分富余高度。在竖向排水系统设计中，需根据竖向排水体型式的选择、布置的间距、排列的方式以及处理深度等各方面因素来确定。在横向排水系统设计中，需要对主管、滤管格型式等进行选择和布置，在密封系统设计中，常用密封沟和密封膜进行密封。在抽真空设备的设计方面，需根据项目所需真空泵的数量和设计真空度的要求进行设备选型。在现场检测方面，需明确检测项目和设计要求。
总之，采用真空预压法进行软基处理时，需充分了解现场情况，认真分析区域地质条件和土层特性后进行设计，制定有效经济的加固处理方案。在加固区域范围的确定上，需按照处理范围实际边界加上一定的安全距离，而在处理红线的布置上应尽量缩小，得以保证加固效果的完整性和安全性。通常在设计各项参数确定的情况下，按圆形布置处理范围加固效果最理想，但在实际施工中，需要摸清处理范围的边界情况，避免不规则、不合理的处理区域。在竖向排水设计中需要根据地质条件进行分析，软土层厚度小于5cm且夹杂粉砂层可以不考虑竖向排水，一般填海造地区域加固地基淤泥层较厚且埋深较深，土体渗透系数较低，如果不进行竖向排水设计，真空预压法施工时土体的固结速率就会降低，加固周期相应变长，因而真空预压法软基处理时排水系统设计尤为重要。
3.工程软基变形性状分析
3.1吹填软基
在吹填项目实施过程中按照施工工序一般划分为吹填砂被、吹填围堤和堤内吹填三个主要过程，结构形式如图3所示
在进行试验田施工过程中，对该区域内部软土地基分为
两个区域进行实验，分别采用真空联合堆载预压法（Ⅰ区）和水泥搅拌桩法（Ⅱ区）进行软基处理。其中Ⅰ区软基处理划分成真空预压和真空联合堆载预压成两个阶段。
现主要针对真空预压区域进行分析，区域排水设计位于吹填砂层；处理深度为100cm，按正方形布设塑料排水板，间距为1.0m，排水板底端穿透软土层深入粘土层 1.0m，顶端高出砂垫层层面20cm，排水板平均长度为13.8m。
该试验田区域内共分布了6个膜下真空检测表，经实测区域内部真空度高达85kPa，真空度的波动幅度较大，经分析造成此种现象的主要原因是由于真空动力射流泵故障或漏气引起。如果真空度存在不稳定现象，相应检测数据的波幅度也会变大，降低了检测数据的参考性，影响软基处理效果。
在每次真空度数据测量中，最大值和最小值的差值保持在3kp范围内，则说明全区域受力面的上部荷载分布相对均匀。在进行真空预压的过程中，其沉降的变化速度相对收敛，在真空度的波动影响下，区域土体平均沉降量最大59.3mm/d，说明土体孔隙水含量较高，土层及土体间的气体在短时间内被抽走，地基土的有效应力快速加大，发生了较大的沉降变形，而该现象主要发生在真空预压初期阶段，随着土体脱水固结，建设区域内固结沉降的速度也会相对变慢。
4.结语
综上所述，真空预压法在广泛的实际应用过程中，体现了其独特的技术优势。前期设计工程中，需根据工程实际情况和检测数据对其技术要点和后期加固效果做出定性分析，实现其排水固结速度快，加固土体密实度高的显著特点，既保证了建筑物的安全稳定，更推动了沿海经济建设的全面发展。
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论文作者:任常青
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：预压论文; 真空论文; 地基论文; 荷载论文; 土层论文; 孔隙论文; 区域论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;