张瑞宇1& 宋永东2
　　中交上航局航道建设有限公司& 浙江宁波& 315200
　　摘要：真空预压是指采用塑料排水体运用真空预压排水法对较深的软土层进行处理。真空预压法作为一种近年来兴起的软土地基处理方法，在国内外得到了大力的推广应用。本文针对真空预压法在软基处理中的应用进行论述。
　　关键词：软土地基；真空预压处理
　　地基中常见软土，一般是指处于软塑或者流塑状态下的粘土。其特点是天然含水量大p空隙比大p压缩系数高p强度低，并具有蠕变性p触变性等特殊的工程地质性质，工程特性较差。在软土地基上作业，如不采取有效地加固措施，就会产生不同程度的坍滑或沉陷等病害。目前，对软土地基的加固方法很多，如：强夯法、堆载预压法、真空预压法、碎石桩法等。其中真空预压法就是一种简便有效的方法。
　　1.真空预压法原理与技术特点
　　真空预压法是在需要加固的软土地基内设置砂井或塑料排水板，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜使其与大气隔绝，通过设于砂垫层中的吸水管道，用用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，因而在膜内外产生气压差，气压差即转变成作用于地基上的荷载，地基不会产生剪切破坏，这对软土地基是有利的。该方法不需要堆载，省去了加载和卸荷工序，缩短了预压时间，省去了大量堆载材料，所用的设备及施工工艺均比较简单，无需大量的大型设备，便于大面积施工。真空预压法与常规的堆载预压法相比，真空预压法具有施工设备简单、加荷速度快、无需堆载材料、加荷过程中不会出现地基失稳现象等优点，使得地基稳定性显著提高、工期明显缩短、工程造价降低。
　　2.真空预压法施工工艺
　　真空预压法施工的主要流程：首先要平整场地、铺砂垫层&进行前期勘探、埋设监测仪器&设立竖向排水体&密封墙施工&布设水平滤管，安装真空泵&铺设土工布、膜&开挖、回填密封沟&抽气管道和真空泵连接&抽真空、进行软基监测&抽真空稳定至设计天数&检测效果&真空荷载的卸除。
　　3.真空预压法施工的质量控制
　　3.1真空度达到设计要求并维持稳定是真空预压法处理软基成功的重要保证。
　　真空度的大小随地基深度的增加而衰减，这是因为真空度的传递受砂井井阻等的影响。对于真空预压处理段观测断面而言，抽真空施工一直比较稳定，土体沉降也比较理想。在抽真空初期，其沉降速率较大，越到后来其沉降量越小，但仍在持续沉降，用真空预压法处理深厚软土地基时，其主固结沉降速率渐趋收敛，而其次固结沉降亦不容忽视，尤其对工后沉降要求较高的软基而言。真空预压处理软基具有一个明显的特点，其处理段的水平位移是向内的。随深度的增加，水平位移急剧减小，这是由于受砂井阻等的影响，真空度在接近地表处最大，随深度的增加而递减。真空预压相比堆载预压而言有一个明显的优点：预压处理段的水平位移是向内的，真空预压的这个优点十分有利于保证地基土体的稳定。但另一方面，可能会导致真空预压加固区周围地基土体的开裂，对周围已有建筑物或构筑物需采取相应的防护措施。在抽真空阶段，抽真空开始不久，土压力值就有一明显的峰值点(达到了设计值)，并随着时间的增加，土压力值平稳上升且随后趋于稳定，反映了加载的全过程。在抽真空阶段产生的超静孔压是负的，亦即孔隙水压力值随抽真空时间的持续增加逐渐下降并趋于稳定；另一方面这种变化的趋势随深度的增加反而趋于不明显，真空度在砂井传递过程中会出现衰减，特别是在没有打设塑料排水板或打设质量不高的土体中真空度的衰减十分明显。这也说明了在真空预压的施工过程中保证其施工质量的重要性。
　　3.2真空预压法进行加固的原理
　　真空作用下进行的土体固结是指总的应力不变的情况下，降低孔隙的压力和增长有效的应力。
真空预压在抽气前，薄膜内外承受一个大气压，在抽气后，由于土层部分、砂垫层和塑料排水板间的压力差，因此发生渗流，使孔隙中的水通过塑料排水板进入砂垫层，再通过埋设滤管流出塑料膜外。此时渗流结束，土体完成固结。
　　3.3真空预压法施工步骤
　　进行软土地基处理之前，首先对河涌进行截流，并且在进行施工的位置进行围堰处理。施工前首先做好准备，材料进场前必须按设计及规范要求进行抽检，规格满足设计及规范要求，并取得监理工程师批准后方可进场使用。
　　3.4铺砂垫层
　　对砂垫层进行施工也很重要，铺设之前首先应该将基底的浮土和杂物进行清除，并采用分层铺设。摊铺后进行洒水压实，然后用平板式振捣器进行振捣压实。粗粒料不能出现分离现象，注意控制每层砂垫层的厚度。同时应该加强基坑内的排水，防止砂垫层进水流失。铺设砂垫层是用粗砂含泥量必须满足设计及规范要求。砂垫层厚度满足设计要求，一般厚度在50cm左右。
　　3.5塑料排水管的打设
　　塑料排水管作为渗流水的通道，因此打设的施工质量是真空预压法能否成功的关键。
　　3.6真空预压法处理软土地基的施工过程中需特别注意竖向排水体的打设、水平垫层的铺设、水平滤管的布设、塑料土工布、膜的铺设和密封沟的设置等；在真空预压法的施工过程中，须建立科学的监测方法，以有效地控制加载周期，确定预压及施工的最佳时间，是控制真空预压法施工质量的有效途径；真空预压处理软土地基时，水平位移是向内的，这一方面有利于处理软基的整体稳定，另一方面会引起周围地表面的开裂，影响到已建的建筑物和构筑物，需采取一定的措施加以防护；预压区平面分块。受到当前真空预压密封技术的限制，预压面积是不可能无限制的。单块处理面积越大，工期越短、造价越低。
　　3.7加固区密封
　　要确保真空预压的加固效果，加固区密封性能的好坏至关重要。如果密封性能不好，则不可能形成较高的真空度，甚至难以形成真空度。
　　一般情况下采用密封膜即可达到加固区密封的要求，若在加固的软土层中夹有水平向透水性较好的粉砂或细砂夹层，则一方面将真空能量主要消耗在抽取大量砂层中的孔隙水导致真空度不能沿竖向排水系统传递；另一方面，砂层中的孔隙起着连通大气的作用，引起真空度的逐渐降低。因此，应在加固区的四周采用密封墙或密封沟进行密封处理，切断加固区与外界的水、气联系。
　　3.8粘土密封墙
　　（1）粘土及膨润土掺入量，泥浆度必须满足设计要求。
　　（2）粘土密封墙必须打设深度至不透水层。
　　（3）施搅时长度方向每根桩彼此搭接20cm，绝对不允许出现漏打现象。
　　（4）保持粘土密封墙湿润。
　　3.9抽真空系统不好扩滤管、滤管出膜装置和真空泵等。
　　3.10覆水
　　当膜下真空度达到600mmHg后，可在膜上进行覆水，不仅可以避免密封膜老化破裂，还可使加固区密封性得到进一步加强。一般情况下覆水深度不超过0.5m。
　　3.11抽真空质量保持措施
　　（1）抽气之前仔细检查密封膜，发现破裂缝等及时修补，对于抽气之后微小破损处造成的漏洞，及时修补以保证真空预压的效果。
　　（2）开始阶段，为防止真空预压对加固区土体造成瞬间破坏，必须严格控制抽真空速率，经检查无漏气现象后，开足所有泵，将膜下真空度提高到80kpa。正式抽水过程中，真空设备的开启率不得小于80%，并保证恒定真空度。
　　（3）真空预压期间保证膜下真空度不小于设计要求，出现真空度降低的情况，要及时查明原因，进行处理。
　　4.结语
　　真空预压法是我们在施工中常见的一种软土地基处理方法。采用真空预压法处理软土地基，与堆砌法相比具有很大的应用的优点，并且能够缩短工期和节约材料用量，同时减少了运输量，节省了能源。整个施工过程中，没有噪声、没有污染、没有振动，设备和施工工艺简便，因此适于大面积使用。因此，真空预压法软土地基处理技术是值得推广的一项施工技术。
　　参考文献：
　　[1]李顺安，李艺明.一种快速加固软弱地基的施工方法[P].中国专利.2011
　　[2]金亚伟，蒋君南.真空预压用排水板、真空管连接接头[P].中国专利.2012.
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真空预压法中的真空度控制关键技术
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监理对真空预压法处理软土地基与吹填土的质量控制
工程概况该项目位于拟建连云港海滨新区东部，占地129万m2，项目以陆域形成为主，是连云港海滨新区的重要组成部分。工程的内容是将原泥面高程（85国家基准）为－0.5m～+0.5m的浅海滩涂吹填淤泥土经地基处理形成陆地。根据工程的设计意图及特点，总体施工顺序为：围堰施工→吹填施工→地基处理。围堰施工的主要材料（开山石）以自卸卡车通过施工便道运输至施工现场；吹填施工以绞吸船作业为主；吹填区的场区地基处理采用真空预压法。工程特点及主要施工工艺1、工程特点该项目的吹填土（淤泥质土）厚度在3.5m～5m之间，原状淤泥土层厚度在10m～14m之间；地基处理采用真空预压法，按使用功能划分为一般场区与规划道路区；一般场区采用浅层真空预压进行地基处理，设计指标为：固结度不应小于80%，极限承载力不小于50KPa；规划道路区采用深层真空预压进行地基处理，设计指标为：固结度不应小于80%和连续5天沉降速率不大于2mm/d两个指标的单控，极限承载力不小于80KPa；一般场区与道路规划区真空预压抽真空设计指导时间均为180天。2、主要施工工艺规划道路区真空预压。在吹填土表面铺设底层编织布、竹格网、上层编织布作为工作垫层，接着铺设70cm厚中粗砂垫层作为横向排水通道及工作垫层；采用B型排水板正方形布置（间距1m）、打设穿透淤泥层（吹填土层与原状淤泥土层）进入粘土层0.5m，作为纵向排水通道；以单台额定功率7.5kw真空泵、按800～1100O/台进行布设，同一直线上真空泵用主滤管进行串联，垂直主滤管方向以5m间距布设支滤管，使用三通或四通将主、支滤管连接。一般场区真空预压。在吹填土表面铺设一层编织布作为工作垫层；采用A 型塑料排水板作为竖向排水通道，间距0.8m，正三角形布置，排水板打至泥面以下5m，排水板上部板头直接连接波纹滤管排水管网；以排水管网作为横向排水通道，排水管网由主滤管、支滤管和连接管组成，铺设排水管网时应根据现场实际情况对二通、三通和四通的数量及形状做适当的调整；以单台额定功率7.5kw真空泵、按800～1100O/台进行布设。质量控制1、真空预压施工前应重点检查控制的内容泵机设备的检查。《水运工程质量检验标准》（后简称“标准” ）中关于地基预压的主要检验项目为：地基预压的测试仪器和观测装置的数量、精度和位置应满足设计要求 ；膜下稳定真空度不应低于设计要求。“标准”及相关真空预压技术规程中没有真空泵的率定检验方法，在实际施工控制时发现存在如下问题：真空泵的功率查验一般只检查铭牌、出厂报告，但实际的功率却可能与之不符，用功率较低的真空泵抽真空，其膜下真空度同样能够达到设计数值，只是抽真空正式计时前所需时间增长；在此情况下的膜下真空度达到设计要求并不能代表真空预压效果能达到设计预期，只有保证泵机功率，才是确保真空预压效果的基础和根本，相当于最重要的“工程原材料”。因此，监理人员在开工前应对进场泵机进行有效的检验。排水板板头埋设检查。众所周知，排水板的打设质量直接影响真空预压的最终效果，其打设阶段质量控制主要在定位与打设深度。从连云港周边项目及本项目施工经验来看，排水板的板头埋设检查尤其重要，具体如下：道路区深层处理的排水板打设采用套管，套管拔起时易在砂垫层中形成孔洞和翻浆，而工人在埋设板头时多容易忽视和偷懒，仅仅将排水板板头顺势掩埋，表面填平，泥浆和孔洞未处理到位；泥浆若不完全清净，抽真空过程中将导致排水通道堵塞，孔洞若不用砂填实，将在真空吸力下形成凹洞导致真空膜破裂；因此在埋设排水板板头时，项目部质检人员、监理均应现场全程监控，督促将板头部位的泥浆清理干净、用砂填实孔洞。铺真空膜前再对场地杂物及排水板板头的埋设情况进行全面清理和检查，以减少抽气后真空膜的破损。浅层真空预压处理没有砂垫层这个工作垫层及横向排水通道，排水板直接绑扎在滤管上（用土工布包扎紧密）以起纵向与横向排水通道之效；排水板预先下料、绑扎，采用人工打设，不可避免的出现部分板顶高于场区泥面较多，即贴合不够密切，此外露部分的排水板如不处理，在真空预压后由于受压，将会发生扭结、对折甚至折断等情况，导致排水通道功效丧失。因此在排水板施打后，监理应全面检查，要求项目部将存在上述外漏的排水板予以处理，将其与滤管拆开重新绑扎，使排水板、滤管能紧贴场地，并在铺设膜下无纺布前再次逐一检查。监测、观测仪器的检查。应严格检查监测设备、观测用真空表的品种、规格，真空表应有相关的计量标定资料。埋设监测仪器设备时应注意其数量、位置是否符合设计要求，沉降盘制作、安放为检查重点，监理人员应见证沉降盘初始标高的测量。埋设膜下真空表探头时应尤其注意、重点检查，不可将膜下真空探头或接口直接埋入滤管内，深层区应布置在砂垫层中，浅层区应放置在无纺布上。2、真空预压施工过程中的控制重点与方法真空表检查。膜下真空度稳定后，日常控制应以膜下真空表为主。膜下真空表除在安装时应注意检查其膜下探头位置外，日常观测中也应注意其数值变化、与周边真空表对比以及与真空泵上真空表的数值对比；由于抽真空时间长达180天，真空表可能出现损坏、指针锈死等情况，因此监理人员应注意检查其完好情况，如采用软管连接膜下装置可将软管对折观察读数是否变化，如采用铝管连接膜下装置则更换真空表观察读数是否一致或接近。结合用电量检查、控制开泵率。在抽真空系统完好的情况下，开泵率是保障抽真空效果最根本因素，必须严格监控。施工场区面积大，高峰时有73万m2同时抽真空，为在有限的人力资源下提高工作效率，同时避免弄虚作假事件发生，在控制开泵率方面采取总电量控制法：在施工前对泵机功率进行抽查的基础上，结合安全文明施工要求一泵一闸、三级配电三级保护，对各分区及泵机予以编号，绘制平面图总体规划，要求施工单位配置集中、统一配电柜，按施工分区结合变压器位置安装电表，对真空预压施工实行电量控制，监理人员每日抄表检查用电量，由监理组长根据已知泵机数量、功率反推开泵率；并不定期组织检查，以小时为单位核查电表读数，记录用电量，以核验开泵率是否符合要求。加强巡查与观察、结合监测数据类比分析控制。真空预压施工过程中的质量主要由膜下真空度、沉降速率、孔隙水压力、累计沉降量数据指标体现。膜下真空度较直接、表观的反映抽真空状况；而沉降速率、孔隙水压力、累计沉降量是土体改善情况的具体反馈，是真空预压效果的最直接指标，是真空预压施工过程质量情况的直接体现。在为期较长的施工过程中出现真空膜破损、压膜沟漏气等现象在所难免，但膜下真空度在以上情况发生后却能较长时间维持在80 KPa，不利于及时发现、解决问题；因此，膜下真空度是真空预压施工过程质量控制的基本底线，应结合监测数据、现场实际情况综合分析控制。监理在施工过程中应掌握汇总第一手监测数据，如发生沉降速率、孔隙水压消散异常或突减，则应立即责成施工单位对抽真空区域进行排查。如本项目中作者发现某区域沉降速率明显小于周边区域，要求项目部排查发现乃因滤管变形严重影响排水及真空传递，至破膜更换滤管时，该区域真空度仍维持在80KPa以上。监理在施工过程中应加强巡查与观察，经常对各区域现场情况进行总结、类比；目前较普遍的抽真空施工方法是在真空度稳定后对抽真空区域表面进行覆水，以保护真空膜，但给抽真空过程中破膜、漏气、滤管变形断裂等问题的排查增加了难度；在施工过程中对临近区域情况加强观察、进行类比意义重大。在日常的巡视、观察中，泵机出水口应属观察与类比的重点主要有以下经验：在抽真空初期泵机所抽出水中气泡较多或中、后期抽出水中仍有气泡，则真空膜极有可能存在破损；如出水量类比其他泵机普遍偏小则可能部分区域排水通道堵截或断裂，如出水量类比其他泵机普遍偏大则可能存在自循环水。抽真空计时控制。设计方案所计算的真空预压时间是在理想的状态下真空预压连续进行的过程，但在实际施工过程中几乎很难实现这种设想。周边同步施工项目众多，施工用电缺口巨大，经过长时间努力，业主、政府全力协调解决了总体供电。由于工期紧、任务重，真空预压施工必须陆续、全面展开，施工现场常发生电压不稳定、调整性停电或因安装变压器、架设供电线路而停电的情况，另施工过程中难免出现真空膜破损、真空泵损坏等现象都直接影响真空预压的连续性，因此要客观、科学、真实的对真空预压计时进行控制。在真空预压施工过程中，所施工处理的软土地基整体呈向内压缩的内收趋势，连续抽真空加载、排水使加固土体孔隙水逐步消散、固结度逐步提高；而某一时段的抽真空异常情况可能导致的并非是仅仅这一时段的加载缺失，对前段时间的加载效果也会产生一定影响（如项目已卸载的区域，经监测数据显示卸载后地表有回弹），加载正常后，需要一段时间才能恢复到之前的水平。针对此特性，在发生停电等异常情况时，要求监测单位增加监测频率，推算停电前、停电时、以及恢复供电后的沉降速率与孔隙水压力消散情况，根据监测数据，停电后沉降速率明显下降，恢复供电后沉降速率需要一段时间方能达到停电前的水平，根据上述经验，当发生停电等异常情况时，不能仅仅依据停电时长或膜下真空度回升到设计要求所需时间对真空计时天数进行扣减，而是以沉降速率是否恢复为依据，以泵机停运至沉降速率恢复所耗时间来扣减抽真空计时。结论严格控制工程质量是工程监理的最主要责任，真空预压处理软土地基在国内已广泛应用，能从技术等角度较好地解决软土地基与吹填土的加固处理、土体改善，同时具备一定的工期及造价优势，近年来随着填海造地项目的兴起，该工艺亦得到进一步拓展，应不断总结完善质量控制方法：①工程质量监理强调事前控制为主，由于真空预压抽真空施工周期较长，其施工过程质量控制尤为重要。②必须根据工程特点建立系统严格的质量控制程序及措施，在常规性控制的基础上不断完善控制的重点及难点，对真空预压施工过程中的各种问题能及时发现、分析、处理。③要做好监理工作，除了严格执行程序、设计、规范外，应能够善于针对现场实际情况、利用各种资料数据进行总结、类比，寻求将规范、规程、标准中有些抽象的要求在实际控制中得到量化或可操控的具体控制方法。
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真空预压原理图
真空预压原理图
真空预压施工流程 真空预压施工前，应充分作好，制定施工技术措施。检验沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技术标准及设计要求，并将检验报告提交监理工程师审核批准。 在取得监理工程师批准后，开始进行真空预压的下一步施工。主要施工步骤有：测量放线→铺设主支滤排水管→铺设上层砂垫层→砂面整平→铺设聚氯乙烯薄膜→施工密封沟→设置测量标志→安装真空泵→抽真空预压固结土层。
真空预压施工流程
真空预压实例图片
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