真空預(yù)壓法是利用抽真空來加固軟土地基的一種加固方法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，這個(gè)技術(shù)最早是在1952年瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院杰爾曼教授在美國麻省理工大學(xué)召開的加固土?xí)h上，發(fā)表了一篇名為“利用大氣壓力的方法加固粘土”的論文，并提出了用該方法加固地基的模型。該論文發(fā)表后，就引起了學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注。此后，國內(nèi)外不少專家學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)此進(jìn)行了一系列的理論研究和實(shí)踐工作。實(shí)踐證明，運(yùn)用它于工程建設(shè)中來，能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是在實(shí)際施工過程中，因各個(gè)項(xiàng)目工程地質(zhì)條件不一，處理方案難以形成一致。雖然很多前輩已經(jīng)做了大量的工作，并取得了顯著的成果，且這些成果豐富和完善了真空預(yù)壓法的加固效果，但是仍然難以全面解釋工程實(shí)踐中遇到的一系列問題，因此對(duì)真空預(yù)壓加固地基實(shí)際操作尚有很大研究空間，選擇工藝恰當(dāng)與否則對(duì)工程工期、工程造價(jià)及社會(huì)效益均有較大影響。
真空預(yù)壓的機(jī)理及優(yōu)點(diǎn)
　　1、加固機(jī)理
　　以大氣壓力作為預(yù)壓載荷，通過先在需加固的軟土地基表面鋪設(shè)一層透水砂墊層作為橫向排水通道，然后打設(shè)豎向排水通道，在砂墊層內(nèi)埋設(shè)滲水管道，再在其上覆蓋1層土工布和2～3層不透氣的塑料薄膜，四周密封與大氣隔絕，然后將滲水管道與真空泵連通進(jìn)行抽氣，使透水材料保持較高的真空度，在土的孔隙水中產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，將土中的孔隙水和空氣逐漸吸出，從而使土體固結(jié)的一種軟土地基加固方法。
　　抽氣前，薄膜內(nèi)外都受到大氣壓力的作用，土體孔隙中的氣體與地下水面以上都處于大氣壓力狀態(tài)。抽氣后，薄膜內(nèi)砂墊層中的氣體首先被抽出，其壓力逐漸下降，薄膜內(nèi)外形成一個(gè)壓差，使得薄膜緊貼于砂墊層，這個(gè)壓差稱為“真空度”。砂墊層中形成的真空度通過豎向排水體逐漸沿深度向下傳遞，同時(shí)真空度又由豎向排水通道向四周土體擴(kuò)展，引起土中孔隙水壓力降低，形成負(fù)的超靜孔隙水壓力。所謂負(fù)的是指形成的孔隙水壓力小于原大氣狀態(tài)下的孔隙水壓力，其增量是負(fù)值。真空預(yù)壓在不施加外荷的前提下，以降低縱向排水體中的孔隙水壓力，使之小于土中原有孔壓，形成水力梯度，從而使土體空隙中的水或者氣由土體向豎向排水通道滲流，最后由豎向排水通道匯至地表砂墊層被泵抽出，從而使土體固結(jié)。
　　2、真空預(yù)壓法的優(yōu)點(diǎn)
　　相對(duì)于堆載預(yù)壓法或強(qiáng)夯處理，真空預(yù)壓有以下幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：
①節(jié)約預(yù)壓材料，降低工程的造價(jià)。
②固結(jié)快，工期短。在進(jìn)行真空預(yù)壓操作時(shí)，地基不會(huì)發(fā)生剪切變形，只有壓縮變形，不會(huì)引起地基失穩(wěn)，因而施工時(shí)無需控制加荷速率，荷載可一次快速施加，加固的速度快、工期短。
　?、凼┕ず?jiǎn)便。真空預(yù)壓在加荷時(shí)不需要使用大量的施工機(jī)械，施工的干擾小，不易發(fā)生施工事故。施工機(jī)具和設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、作業(yè)效率高，適用于大規(guī)模的地基加固。加固的效果也相當(dāng)好。
　　④加固深度較深。軟土地基也有采用井點(diǎn)降水加強(qiáng)夯施工的，真空預(yù)壓處理對(duì)深層固結(jié)的效果要比采用井點(diǎn)降水加強(qiáng)夯的效果明顯。
三、真空預(yù)壓實(shí)際施工流程階段注意點(diǎn)
　　真空預(yù)壓的施工一般可分為三個(gè)階段：施工準(zhǔn)備階段、設(shè)備安裝階段以及預(yù)壓加固階段。如施工區(qū)域能形成流水作業(yè)，則對(duì)大面積施工減少成本效果尤為顯著。
前期的準(zhǔn)備階段
加固區(qū)場(chǎng)地準(zhǔn)備注意點(diǎn)：
　　一般真空預(yù)壓加固場(chǎng)地多為軟土、超軟土地基，有的甚至是剛吹填造地的場(chǎng)地，施工前可先安排在場(chǎng)地上開溝將場(chǎng)地積水排出，同時(shí)設(shè)置主排水溝。大量工程都出現(xiàn)在鋪設(shè)砂墊層、打設(shè)排水板時(shí)出現(xiàn)連續(xù)雨天，有時(shí)大雨造成整個(gè)處理場(chǎng)地被淹，影響工期也影響設(shè)備安全、用電安全等，如主排水溝設(shè)置合理則能通過明排的方式將積水排出，而不需要通過抽水泵強(qiáng)排水，既能節(jié)約大量電費(fèi)又不影響工期和設(shè)備安全。多個(gè)項(xiàng)目證明開溝排水既可以保證后續(xù)工作的及時(shí)展開，縮短工期，同時(shí)對(duì)后續(xù)工作中的施工人員、機(jī)械設(shè)備的安全起到有效保障。
　　鋪設(shè)砂墊層前，對(duì)于表面物理力學(xué)性質(zhì)極差的軟基，要先鋪設(shè)一層土工格柵加1層土工布或者是1～2層荊巴加1層編織布。此項(xiàng)工作是確保砂墊層施工和后期塑料排水板施工時(shí)樁機(jī)安全。無論是采用土工格柵或者是荊巴，均應(yīng)要進(jìn)行搭接鋪設(shè)，搭接長(zhǎng)度不小于200mm，同時(shí)用鉛絲綁扎形成整體，鉛絲扎頭朝下避免扎傷工人和后期扎破密封膜。
鋪設(shè)砂墊層的材料通常用中粗砂，含泥量小于5%，要求表面平整，不得存留石塊以及其他尖利雜物，厚度的均勻以及誤差不大于正負(fù)20mm，可采用人工小推車回填或吹填法施工。
排水板打設(shè)施工注意點(diǎn)：
　　對(duì)吹填場(chǎng)地處理，因吹填的土質(zhì)滲透性較差，含水量很高，基本上為流塑狀的浮泥，對(duì)于塑料排水板有一定特殊技術(shù)要求，否則可能會(huì)導(dǎo)致加固的失敗。
　　對(duì)于顆粒較細(xì)，滲透性較差的土體，排水板打設(shè)將不可避免地?cái)_動(dòng)板壁周圍的土體，使其滲透性降低，同時(shí)排水板材料對(duì)水的垂直滲流有阻力，這就是涂抹效應(yīng)和井阻效應(yīng)，影響涂抹效應(yīng)最大的是排水板濾膜的性能和功能，細(xì)纖維、層數(shù)多、孔徑小、布面和內(nèi)層松軟的無紡布濾膜在工程中應(yīng)用，由于淤泥中細(xì)微顆粒和毛細(xì)物質(zhì)與水份經(jīng)濾膜滲透排水時(shí)，濾膜滲透差排水阻力大，細(xì)微顆粒和毛細(xì)物質(zhì)透不過濾膜層，而吸附在濾膜孔徑中或?yàn)V膜表面，造成的濾膜孔徑堵塞，往往在塑料排水板周圍形成一土砣，滲透性降低或不滲透，排水失效。由于排水板產(chǎn)品性能測(cè)試在室內(nèi)清水和24小時(shí)浸泡的條件下測(cè)試的數(shù)據(jù)，而不是現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件下的產(chǎn)品性能測(cè)試，特別對(duì)于滲透性較差的土體，室內(nèi)測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排水效果相差較大。因此排水板要結(jié)合土質(zhì)的具體情況，選用塑料排水板濾膜孔徑不是小于某一個(gè)值，愈小愈好，而是確定一個(gè)范圍，讓特別細(xì)的顆粒流走以增加排水板周圍滲透性。同時(shí)濾膜孔徑也不能太大，否則會(huì)堵塞砂墊層，根據(jù)類似幾個(gè)工程成功經(jīng)驗(yàn)，一般排水板濾膜有效孔徑選用80-130 μm（以O(shè)98 計(jì)）范圍比較合適。
　　塑料排水板作為真空預(yù)壓的豎向排水通道，不僅起著垂直排水、加快土體固結(jié)的作用，而且起到傳遞真空度的作用，其打設(shè)間距和深度非常重要。排水板間距根據(jù)地基的固結(jié)指標(biāo)和處理工期要求采用太沙基和巴倫固結(jié)理論計(jì)算確定。打設(shè)深度根據(jù)軟土深度確定，原則上排水板的打設(shè)深度要穿透需加固的軟土層。對(duì)于淤泥粘土層下方的中、粗砂層則要盡量避免被排水板打穿，以防抽真空時(shí)發(fā)生“漏氣”現(xiàn)象，為此要求塑料排水板的板底距淤泥質(zhì)粘土層底保持0.5 m的距離。
　　因真空預(yù)壓處理面積一般較大，很多施工忽視對(duì)施工操作的管理，或者管理難以到位，造成工人在打設(shè)排水板時(shí)出現(xiàn)短打、漏打和回帶嚴(yán)重的現(xiàn)象，其結(jié)果直接造成后期抽真空時(shí)對(duì)土體加固不均勻、深層處理不到位等，解決的辦法是對(duì)整個(gè)處理區(qū)域排水板進(jìn)行編號(hào)，按橫排、豎排對(duì)每根排水板進(jìn)行編號(hào)，對(duì)打板機(jī)進(jìn)行分區(qū)位，每臺(tái)打板機(jī)設(shè)定橫排7～9根，這樣現(xiàn)場(chǎng)板位一目了然，不會(huì)出現(xiàn)漏打。檢查插管長(zhǎng)度，根據(jù)打設(shè)深度在機(jī)架上做好標(biāo)識(shí)，旁站觀察以保證插入深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
濾管埋設(shè)注意點(diǎn)：
　　鋪設(shè)濾管時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)二通、三通和四通的數(shù)量及形狀作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但應(yīng)保證濾管排水通暢。真空濾管可采用軟式透水管，應(yīng)采取工廠化集中生產(chǎn)，管體打孔并外包透水濾布后，成卷運(yùn)到施工工地使用，管體嚴(yán)禁采用再生材料。濾水孔采用φ8～10mm，間距5cm，正三角形排列，管外包裹起90g/m2無紡布，采用膠管相連，連接時(shí)用鉛絲擰緊，鉛絲扎頭朝下避免扎傷工人和后期扎破密封膜。
　　在真空管路中設(shè)置止回閥和閘閥，防止后期射流泵檢修或損壞更換時(shí)氣壓回流造成不必要的損失。
帷幕墻或壓膜溝施工注意點(diǎn)：
　　真空預(yù)壓施工的關(guān)鍵就在于處理區(qū)域的密閉效果。通常施工時(shí)將整個(gè)加固區(qū)域分成若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)再分若干個(gè)加固單元。如果采用密封帷幕墻，則小區(qū)劃分可以進(jìn)行均分，如采用壓膜溝，則將處理區(qū)域劃分成大區(qū)、小區(qū)，以小區(qū)保證大區(qū)的真空效果，但不論是采用密封帷幕墻或是壓膜溝，均需做到四周不漏氣。因此要做到對(duì)帷幕墻或壓膜溝區(qū)域透氣層深度進(jìn)行探查。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，透氣層深度在5米以下的采用壓膜溝密封，透氣層深度在5米以上的采用粘土密封帷幕墻密封。
　　帷幕墻通常采用粘土密封帷幕墻，從地表開始粘土拌和，拌和深度至探查透氣層深度以下1.5米，該項(xiàng)工作的重點(diǎn)是打設(shè)深度一定要達(dá)到透氣層以下1.5米，成型的帷幕墻的滲透系數(shù)一定要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此對(duì)泥漿的濃度、攪拌提升的工藝均需通過試驗(yàn)取得。實(shí)際施工后必須對(duì)成型的帷幕墻進(jìn)行檢測(cè)，如達(dá)不到滲透系數(shù)要求則需二次拌合和檢驗(yàn)，以確保帷幕墻墻體本身不漏氣。
　　壓膜溝通常是利用挖掘機(jī)開挖成型，開挖深度必須達(dá)到不透氣層以下1.5米。為了保證壓膜溝的密封質(zhì)量，可先在溝內(nèi)注水，形成厚度300mm左右的泥漿，然后將密封膜踩入溝底，兩側(cè)入溝的密封膜一定要搭接好，搭接的方法有平搭或卷搭兩種。此處的關(guān)鍵是鋪設(shè)密封膜前要在膜下鋪設(shè)一層編織布以保護(hù)膜體，要注意邊坡的穩(wěn)定，不能抽氣后邊坡失穩(wěn)造成膜體拉裂，然后溝內(nèi)再注入泥漿或水以加強(qiáng)密封效果。
　　膜溝填實(shí)后再做擋水埝，埝高600～800mm，同一塊的埝頂要在同一平面上，高差不大于100mm，為防止風(fēng)浪沖刷和便于行走，埝頂壓兩層土袋。
設(shè)備安裝階段注意點(diǎn)
　　此階段主要完成的任務(wù)是要完成管網(wǎng)平面布置，真空泵及電器線路布置、真空度探頭位置確定、沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置以及設(shè)計(jì)有特殊要求的其他設(shè)施的布置和配備。
　　真空泵的設(shè)置應(yīng)根據(jù)預(yù)壓面積大小、形狀和真空泵的效率，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定。通常以一套設(shè)備可抽真空面積為900 m2~1100 m2，但每塊預(yù)壓區(qū)至少應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)真空泵或設(shè)置止回閥和閘閥，以防真空泵發(fā)生故障后膜內(nèi)真空度完全消失。射流式真空泵要求空抽時(shí)能達(dá)到96 kPa以上的真空吸力。
　　 安裝階段要注意密封膜的鋪設(shè)和各個(gè)設(shè)備接口、監(jiān)測(cè)設(shè)備出膜處的密封。
真空預(yù)壓階段注意點(diǎn)
在抽氣開始時(shí)，要把現(xiàn)場(chǎng)所有的抽氣泵都開動(dòng)，并認(rèn)真觀察真空度的變化，同時(shí)安排一些人員在場(chǎng)地內(nèi)和壓膜溝附近認(rèn)真巡查，尋找漏氣的部位，發(fā)現(xiàn)一批停泵修補(bǔ)一批，反復(fù)排查直至無漏氣點(diǎn)。經(jīng)過一段時(shí)間的抽氣之后，如果情況正常，可向埝內(nèi)灌水，覆水的要求是將所有的塑料膜都浸在水里。覆水后可以在兩層膜間形成很薄的夾水層，從而增加膜的密封性能，也可以防止直接暴曬塑料膜，減緩膜的老化，同時(shí)埝內(nèi)積水一定程度上起到堆載真空預(yù)壓效果，實(shí)際施工時(shí)一般埝內(nèi)積水厚度控制在0.5米左右。
　　施工單位一般只負(fù)責(zé)表面沉降觀測(cè)，其他諸如分層沉降觀測(cè)、孔隙水壓力檢測(cè)、側(cè)向位移、地下水位等一些測(cè)試項(xiàng)目由建設(shè)單位或設(shè)計(jì)單位委派的監(jiān)測(cè)單位負(fù)責(zé)，其目的是對(duì)設(shè)計(jì)方案和加固效果進(jìn)行評(píng)估。

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文章來源： 永年加固公司
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