1、真空-堆载联合预压法处理段质量控制指标研究摘要：为提高试验、测试成果对工程设计、施工的指导作用，本文基于真空-堆载联合预压法的加固机理，从室内试验和现场测试两个方面，对真空度、载荷高度、加固深度等关键质量指标进行研究。成果表明，地基处理效果与载荷大小、排水体打设深度、地基土层性质等因素有关，其中载荷大小的影响尤为突出，且改变真空压力和竖向载荷的比值会影响土体的变形规律。 关键词：真空堆载联合预压；质量控制指标；室内试验；现场试验 中图分类号： O231.1 文献标识码： A Abstract: In order to improve the guiding role of test resul
2、ts for the project design and construction, based on the soil consolidation mechanisms and actual data getting from the laboratory and field testing, the major quality control indexes of vacuum combined with fill surcharge preloading method were studied in this paper, including vacuum degree, loadin
3、g height, treatment depth. Results show that the foundation treatment efficiency influenced by load size, treatment depth, soil properties and other factors. Of these, the impact of load size is particularly important, and changing the ratio of the vacuum degree and vertical load can influence the s
4、oil deformation law. Keywords: vacuum combined with fill surcharge preloading method; quality control index; laboratory test; in-situ observation 0 引言 真空-堆载联合预压法是在真空预压法和堆载预压法基础上发展起来的新型软基加固方法，该法对土体的加固作用主要体现在两个方面，其一是土体中的水分在竖向载荷和真空压力的共同作用下快速从土体中排除，其二是竖向排水体的打设增加了土体中的排水路径，缩短了有效排水距离；同时，真空产生的负压在一定程度上减小了土体的
5、侧向挤出变形量，从而降低了路堤在预压过程中出现稳定性问题的概率。 由于真空-堆载联合预压法1-5具有安全可靠、工期短、加固效果好、造价低等优点，目前已被成功应用于高速公路、港口以及围海造陆等实际工程建设中。为提高该法的加固效果，学者们进行了一些研究，并取得了一些有价值的研究成果。 但是，由于岩土工程指标的确定多受很多不确定性因素影响，如有效加固深度、排水效果、变形规律等等，再加上施工过程较为复杂，导致目前学术界对真空-堆载联合预压理论的实用性研究成果远远落后于工程实践需要，尤其是在合理的室内试验模拟技术、关键质量控制指标确定、现场测试成果分析等方面的研究尚存一定不足。鉴于此，为提高施工质量控制
6、的准确度，加强室内试验的指导作用，避免盲目设计和施工，本文根据真空-堆载联合预压法的加固机理，从室内试验和现场测试两个方面，对真空度、载荷高度、沉降变形量等控制指标展开研究，为真空-堆载联合预压法的设计提供参考。 1 加固机理分析 真空-堆载联合预压法是利用真空压力、竖向载荷和排水系统进行地基处理的方法，该法的加固机理可以借助太沙基有效应力原理进行解释，太沙基有效应力公式如下： 式中为总应力，为有效应力，为土体的孔隙水压力。 在竖向载荷作用，加固区域内土体的总应力增加，孔隙水压力处于超静孔隙水压力状态，随着预压时间的推移，孔隙水压力将逐渐消散，而有效应力会逐步增加，从而提高地基土体的固结度；同
7、时，施加真空压力后，受射流泵抽真空影响，加固区域内土体与排水通道、砂垫层之间会出现一定的压力差，致使土体中的孔隙水不断向低压力区移动，并由排水通道排出。因此，真空-堆载联合预压法的加固机理可以从两个方面理解，其一是通过降低膜下大气压力，提高地基内部水分的排出速率；其二是通过施加竖向载荷，促使土体有效应力的增加。 2 实验系统设计 对常规三轴实验测试系统进行改进，如图 1 所示，改进后测试系统的实验过程如下： （1）用加固区土料重塑试样，并放在试验台上，固结稳定； （2）将真空表、围压表、百分表调零，并记录初始读数； （3）根据预定真空度和竖向载荷情况施加荷载，对不同土样分别施加的真空压力为 4
8、0kPa、50kPa、60kPa、70kPa、80kPa，相应的竖向载荷为 40kPa、30kPa、20kPa、10kPa、0kPa，即总压力为 80kPa； （4）记录每级荷载施加后土样孔压和位移随时间的变化情况； （5）更换土样，重复加载试验 （6）对试验结果进行整理分析。 2.3 试验结果分析 （1） 孔压测试结果分析 图 2 试样孔压变化趋势图 从上图可以看出：（1）真空压力越大，土样负压增长速率越快，稳定负压越大；（2）真空压力越大，变形速率越快，变形稳定时间越长；（3）受土样孔隙、气泡、土体固结状态影响，各受力状态下，稳定负压均小于真空压力大小；（4）在总载荷相同情况下，真空压力和
9、竖向载荷的比重不同会导致不同的土体变形规律。 （2）变形测试结果分析 图 3 土样变形测试过程线朗读 显示对应的拉丁字符的拼音 土样的变形主要包括竖向沉降变形和横向挤出变形两部分。从图可以看出：（1）加载总量相等情况下，真空压力越大竖向变形量越小，这主要是由于真空压力使土体出现横向收缩；（2）真空压力产生的负压会在一定程度上降低竖向载荷的影响。 3 现场观测成果分析 3.1 工程概况 某工程地处广东珠江三角洲地区，钻探资料揭示，测试路段下部土层分别为亚粘土、淤泥质土、淤泥质粉砂、中粗砂、亚粘土。各土层的物理力学指标见下表： 表 1 各土层的主要物理力学指标 指标 土层 层厚 (m) 含水率 (
10、%) 容重 (kN/m3) 孔隙比 压缩模量 （MPa） 粘聚力 （MPa） 内摩擦角 （度） 亚粘土 3.1 30.8 1.82 0.915 5.7 14.8 19.1 淤泥质土 10.5 57.9 1.78 1.39 2.4 8.5 8.3 淤泥质粉砂层 4.3 42.1 1.83 1.58 6.3 3.9 21.2 根据路段的实际情况，结合本项目的测试目标，测试路段采用真空-堆载联合预压法处理。考虑到土层实际分布情况，塑料排水板打设深度按 18.0m 考虑，上部预留 0.5m 与水平向排水层搭接。竖向塑料排水板按正三角形布置，板间距 1.0m。根据室内试验成果、加载方式确定为真空预压荷载
11、 40kPa+竖向堆载 40kPa，真空加载速率为 5kPa/d。 3.2 测试项目 根据室内试验情况，为了解处理段的沉降变形情况、土体侧向收缩情况、各土层的沉降情况以及有效加固深度情况，分别设置地表沉降、深层水平位移、分层沉降等监测项目。各监测项目的横断面布设情况见图 2 图 4 现场测试系统简图 3.3 测试结果分析 （1）现场沉降观测成果 每个测试断面内设 3 个沉降观测点，累计沉降过程线如图 5 所示。 图 5 沉降观测曲线图 由图可以看出，加载开始后，地表开始出现沉降；随着压力的匀速增加，沉降速率快速增加，曲线变陡；当预压期达到 2 个月以后，各点的沉降速率逐渐变小，沉降逐步趋于缓和
12、。 （2）分层沉降观测 在路中央分隔带位置设置一个分层沉降观测断面，装有磁环 6 个（每隔 3m 一个） ，测得各磁环的沉降过程线见图 6。由图可以看出1#（埋置深度为 18m）与 2#（埋置深度为 15m）磁环间的沉降量差明显大于磁环 2#与 3#（埋置深度为 12m）磁环间的沉降量差，说明该等级载荷下的有效影响深度约为 16m；同时，3#与 4#（埋置深度为 9m）磁环间的沉降量差大于磁环 2#与 3#磁环间的沉降量差，说明土层的沉降量受附加应力的影响较大。 图 6 分层沉降观测数据 （3）深层水平位移 在测试断面坡脚处设置一深层水平位移观测点，埋设深度为 25m，较典型阶段的累计变形曲线
13、见图 7。 图 7 深层水平位移观测成果图 可见预压期路堤外侧土体向加固区内的位移较为明显，这是由于该段土体多软土，压缩性较大，加之塑料排水板的打设增强了其渗透性的缘故。同时受真空变化影响，土体向加固区内侧的位移量随深度的增加不断减小。 4 结论 （1）室内试验资料揭示：真空压力对土体变形规律影响很大，真空压力越大，累计变形量越大，变形稳定时间越长；稳定负压随真空压力的增加而增大，但稳定负压值小于真空压力值；在总载荷相同情况下，真空压力和竖向载荷的比重不同会导致不同的土体变形规律。 （2）现场观测资料揭示：地基的有效加固深度受真空载荷、竖向载荷、竖向排水体打设深度影响较大；当真空载荷和竖向载荷
14、相等时，路堤外侧土体会产生向路堤内侧的水平位移。 （3）真空载荷、竖向载荷、竖向排水体打设深度等指标会对路堤土体的加固深度、变形稳定时间产生直接影响；在总荷载相同的情况下，真空载荷约等于竖向载荷时实验土体的固结效果较好。 参考文献 1 陈小丹, 李建平, 赵维炳. 真空预压有限元计算方法研究J. 河海大学学报, 2005(33): 455458. 2 王 劲, 陈晓平. 真空预压对周边地基变形影响的研究J.岩石力学与工程学报, 2005(增 2): 54905494. 3 陈 环, 鲍秀清. 负压条件下土的固结有效应力J. 岩土工程学报, 1984(9): 1517. 4 闫澍旺, 陈 环. 用真空加固软土地基的机制与计算方法J. 岩土工程学报, 1986(3): 6568. 5 钱家欢, 殷宗泽. 土工原理与计算M. 北京: 中国水利水电出版社, 1995.
