1真空预压技术的机理

 

　　真空预压理论创建以来，对其加固机理的研究日渐深入，也相应得出各种理论，本文只列出两种较成熟的理论，一种是负压固结理论，另一种是真空渗流理论。

 

　　1.1负压固结理论

 

　　负压固结理论认为，真空预压主要是将覆盖于地表的密封膜下方抽空，从而形成真空，使真空膜内外形成气压差，同时使土体内部与排水通道之间也产生气压差，使软土层产生固结压力，换言之，在负压理论中，真空预压技术就是在总应力不变的条件下，降低土体中的超静孔隙水压力，进而增加有效应力，实现排水固结。

 

　　1.2真空渗流场理论

 

　　真空渗流场理论认为，抽真空作用能够在地基土中形成真空渗流场，并以真空流体作为流动介质，真空流体只在较大的土中的孔道中流动，可以形成连通的网络，此时虽然排出了水，不过这些水大多是土体中较大孔道中的重力水，将土体中较大孔道中的重力水排出，并不能实现固结作用，而是当地下水位下降后，土层中竖向自重应力发生变化，增加了上覆土重，在这种情况下，土中细小孔道中的水会受到超静孔隙水压力，因此土中细小孔道中的水也会逐渐排出，这时才会起到固结作用。

 

　　在负压固结理论中，认为真空预压技术的有效加固深度会受到砂井打设深度、排水板等因素的影响，排水通道的深度决定着真空预压技术的有效加固深度。在真空渗流理论当中，认为有效加固深度是通过压差来决定的，当压差足以排除孔隙水的时候，就会产生固结作用，土体特征、通道真空损失等因素决定着固结的深度。

 

　　2真空预压加固有效深度机理

 

　　上文中笔者简单介绍了两种真空预压理论，两种理论的内容存在很大差别，但是有一个共同的特点，就是在固结机理的过程中，只考虑改变土体内部空气压力而引起的孔压变化，两种理论都没有对真空预压技术进行整体考虑。

 

　　笔者认为，在采用真空预压技术对地基进行处理的过程中，所要处理的地基属于是密封的整体，该密封的整体的受力情况较复杂，不只有竖向一维受力，该密封的整体属于是三维球体受力，在整个受力过程中，地表会受到均布力作用，即一个大气的压力，同时该密封整体的侧边界位置上也会受到大气压差的作用，两侧压差主要呈三角形或者梯形分布，并且随着深度的不断加大，压力差会越来越低，由于处理区域的排水通道是整体透水，所以就算土体具备渗透阻力，不过排水板或者砂井间距较小，可以将透水粘滞忽略不计，这样一来，就可以将处理区域的水位看作是条直线，并没有明显的降水漏斗。

 

　　另一方面，处理区域的水流并非是竖向渗透，而大多都是水平渗透，应用真空预压技术之后，会降低处理区的地下水水位，此时处理区外侧的地下水又会对处理区形成补给，这样一来，处理区外侧就会出现降水漏斗。

 

　　处理区土体既需要受到竖向力的作用，同时还需要受到侧向力的作用，在土体粘滞力忽略不计的情况下，土体中孔隙水不仅仅会受到负压垂直吸出力的作用，同时还要受到侧向挤压力的作用，由此一来孔隙水竖向排出的能力就会大大提升。

 

　　另外目前有很多人认为，真空预压的极限加固深度就是一个大气压下的水柱高度，然而笔者认为，在采用真空预压技术来处理地基的过程中，有效固结深度并非是通过真空压力来决定的，固结深度与真空度的传递具有密切联系。

 

　　3工程实例分析

 

　　3.1工程介绍

 

　　在某大型化工项目中，一期用地面积总共27600平方米，建筑物以及构筑物主要包括办公楼、材料储罐和堆场、仓库、管道和支架、石化工艺装置、成品储存罐、物流道路和铁路以及消防、电力、给排水等设施，主要都是钢筋混凝土框架结构建筑物以及钢结构建筑物，高度一般为4层，一期设施真空联合堆载预压地基处理工程，现场临时工程以及堆载联合真空预压地基处理工程总共244885平方米。

 

　　在该工程中，原始场地由人工填海造地平整而成，为滩涂地貌，填土厚度2-12米左右，地形平坦。人工回填块石素填土层层厚1.8-7.0米，分布于整个场地，主要是砂岩风化土以及中微风化砂岩碎块石回填形成，局部岩石碎块数量较多，缺乏均匀性，风化土的主要成份是石英砂以及粘土等等，另外局部碎块石的块径较大，大多为200-300毫米，最大块径约1200毫米。海陆交互相沉积淤泥层层厚14.7-28.7米，平均厚20.2米，分布在场地上部，含少量贝壳碎屑以及粉砂，局部较多，由于填土预压作用，海陆交互相沉积淤泥层的固结效果比下部稍好。1陆交互相沉积粉质粘土层层厚1.1-13.0米，分布在大部分场地，与砂土层呈形成互层状态，厚度变化幅度较大，含有少量粉细砂，并且粉细砂含量十分不均。

 

　　3.2真空影响深度

 

　　采取3个孔压计，埋设深度分别为6、15、22米，抽真空开始后即实施监测，直至抽真空结束，采取频率仪采集数据，起初2个月内每天采集1次，之后2天采集1次，计算实际孔压值，绘制成图。最终结果显示，在开始抽真空的初期阶段，孔压全部呈现下降趋势，表明抽真空区域形成了负的超静孔隙水压力，开始抽真空的1周之内，由于处于试抽阶段，孔真空泵没有完全开启，因此压降低幅度较小，1周之后，孔压降低比较明显，不同深度出现超静孔压的时间基本一致，以此可以说明，深层土体真空度对真空压力的影像较大。

 

　　由于客观原因的影像，在1个月以后堆土作业才开始进行，在迅速堆土阶段，孔压具有显著变化，孔隙水压力值呈现增高态势，堆载结束之后孔压逐渐消散，6和15米处的孔压消散速度较快，22米处的孔压消散速度较为缓慢，在第110天时，22米处的孔压逐渐呈负值，说明22米深度中，存在负超静孔隙水压力，证实真空预压能够影响排水板底部。

 

　　总结：

 

　　软土地基具有压缩性高、含水量高、抗剪强度低、渗透性底等特征，目前真空预压技术在软土地基的处理中应用广泛，本文介绍了真空预压加固有效深度机理，并在此基础上结合工程实例，探讨了真空预压地基处理技术的加固深度，希望文中内容对相关工作有所帮助。

 

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