郑冬艳　翁　杰

摘要：真空预压属于排水固结法，是由瑞典皇家地质学院w.Kjellman教授于1952年提出的，20世纪80年代真空预压法在我国得到大力推广和应用。真空预压是加固软土地基行之有效的方法，具有成本低、效果好、工期短等特点，已在沿海等地广泛应用。永定新河治理一期工程应用这一方法对防潮闸基础软基进行了处理，效果比较理想。

关键词：真空预压；防潮闸基础；永定新河；治理工程

中图分类号：U231

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)17-0058-02

一、工程概况

永定新河位于天津市区北侧，是天津市北部的防洪屏障，河道开挖于1971年，西起天津市北辰区的屈家店，东至塘沽区北塘镇入渤海。河道全长66km，沿途纳入机场排水河，北京排污河、潮白新河和蓟运河等，是海河流域北系永定、北运、潮自和蓟运河的共同人海尾闾河道，河口处控制北四河流域面积83×10⁴km²,对天津防洪、沿岸及支系河道的排耢等均起到十分重要的作用。

永定新河目前存在的主要问题是海潮输沙对河道造成的严重淤积、堤顶超高不足等，使河道行洪能力大幅度下降。因此，为有效缓解天津市和海河流域北系的防洪压力，为滨海新区的开发开放，为天津市成为我国北方经济中心，永定新河治理一期工程的顺利完成将具有深远的政治意义。永定新河治理一期工程主体工程包括河道清淤、码头工程、引堤工程和防潮闸工程四项工程。在防潮闸建设实施工程中，针对施工区域地质情况较差届松软地基，施工时必须对地基进行处理的特点，设计采用了真空预压技术，对软基进行了排水固结加固处理。

二、真空预压技术介绍

(一)真空预压技术的特点

真空预压属于排水固结法，是由瑞典皇家地质学院w·Kjelkman教授于1952年提出的，20世纪80年代真空预压法在我国得到大力推广和应用。

真空预压技术主要由排水系统和加压系统两部分组成。排水系统主要包括竖向排水体和水平排水体，竖向排水体常用塑料排水板、袋装砂井、透水软管等，水平排水体常用砂垫层(纯净中粗砂)，对于砂源紧缺、砂价较贵的地区可采用技术可靠的塑料盲沟或透水软管等土工合成材料，以降低工程造价。设置排水系统主要为了改变地基原有的排水边界条件，传递真空压力，增加孔隙水的排出通道，缩短排水距离，以便在上部荷载作用下能以较短的时间使地基土的有效应力增加，地基土产生固结，完成预定的地基加固效果，满足工程建设需要。加压系统主要是指抽真空装置。

(二)真空预压加固机理

真空预压是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道(袋装砂井或塑料板排水井)，再在砂垫层表面铺设一封闭薄膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空。当抽真空时，在砂垫层、垂直排水管道先后形成压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水管道排出，从而使土体固结。

它的加固机理是使加固区域内的土体造成负压，使边界的孔压降低，土体中的原来孔压便与这些边界的孔压形成一定的压力差并且发生不稳定渗流，随着时间的增长，土体中的孔压逐渐降低，降低的孔压转变为土体的有效应力，真空度越高，沿深度衰减越小，则增加的有效应力越大，加固效果越好。对于天然地基，地基土一般处于K0固结状态，即σ‘30=KOσ10，由于孔隙水压力是球应力，所以真空预压时减少的孔压(增加的有效应力)是各向相等的，因此地基中土体单元的莫尔圆大小并没有改变，只是向右发生平移，当“荷载”卸除后，被加固土体由正常固结状态变为超固结状态，和加固前相比，强度增加△T。由于真空预压时土体不会产生剪应力，因此即使真空荷载一次性施加上去，地基土也不会发生剪切破坏，从而可以缩短工期。真空预压时，周围土体由于产生收缩变形而开裂，裂缝一般平行于加固区的边线。随着时间的增长，土体固结度的提高，裂缝也在发展，逐渐变大加深，数量也逐渐增加。真空预压和堆载预压都使地基产生沉降，一般在加固区的中心点产生的沉降值最大，使加固区表面呈锅底状，但它们的原因却有质的区别。真空预压使地面产生锅底状的原因除了有效应力因位置的差异之外，还有加固区土体向里移动的结果，正是这种收缩的特性使土体更利于挤密，在产生相同垂直变形的情况下，真空预压法的加固效果要好于堆载预压法。

三、真空预压技术在软基加固工程中的应用

(一)施工准备

真空预压施工前，砂垫层、塑料排水板均应施工完毕，并通过验收符合设计要求。

塑料排水板的主要施工范围为：左右堤基础、岸坡基础及上下游护底基础处理等。塑料排水板技术性能指标见表1：

(二)塑料排水板施工

塑料排水板在上部砂垫层施工完毕后进行。本工程采用套管法施工。施工时板位间距偏差控制在不高于±30mm,打板机定位时，管靴与板位标记的偏差控制在±70mm范围内。在打设过程中随时注意控制套管垂直度，其偏差不得大于±1.5％。必须按照设计要求控制塑料排水板的打设标高，不得出现浅向偏差。打设塑料排水板时严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜等现象，如有上述情况需在旁边补打合格的排水板。剪断塑料排水板时，砂垫层以上的外露长度应大于200mm。塑料排水板施工过程中要逐板进行自检，并按照要求做好记录备查。塑料排水板打设验收合格后，及时用砂垫层砂料仔细填满打设时在板周围形成的孔洞，并将排水板埋设于砂垫层中。

(三)施工步骤

主要施工步骤有：测量放线(分区)→铺设主支滤排水管→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→安装射流泵→抽真空预压固结土层→完工验收。

(四)施工工艺

首先，用全站仪对各真空预压区域进行测量放样，用木桩和白石灰放出各加固单元边线的准确位置，并标出砂垫层顶面的标高。在挖密封沟的同时，进行主(干)管和支滤管的加工、连接和安装埋设。主管采用4寸镀锌铁管，支滤管采用2寸镀锌铁管，外包土工布滤水网。主管和支滤管间采用变径三通、四通连接，同管径的对接采用丝扣连接。全部吸水管均须埋人砂垫层中，并通过出膜器及吸水管与真空泵连接。在进行此道工序的同时，将露出砂垫层表面的塑料排水板头埋入砂垫层中。为保证真空预压加固效果，两个相邻单元块之间，须开挖真空预压密封膜沟，单元块内要预留2米间隔不铺设砂垫层。密封沟布置在各单元块的四周，在真空预压施工中它主要起周边密封的作用。根据密封沟的位置，可分为加固块外侧的密封沟和单元块之间的密封沟，它们分别具有不同的断面。密封沟施工采用液压反铲挖掘机结合人工开挖，在铺设密封膜后，密封沟还要用淤泥或粘土回填。在完成上述两项工作后，应先拣除砂垫层表面的尖棱小石子、尖锐贝壳及其他杂物，并人工细平砂垫层表

面。待埋设完真空表测头及其他观测仪器后，用人工将二层聚氯乙烯盐用薄膜分层铺放覆盖整个真空预压单元块。然后将膜体周边埋入密封沟内，用淤泥、粘土回填密封沟并压实，再向上修筑密封水围堰。真空主管道通过出膜器及吸水胶管与真空泵连接。出膜器的连接必须牢固，密封性可靠安全。

在完成上述工作后，即可开始抽真空及抽充密封水膜，并将密封水膜覆盖厚度保持在0，3m标准。开始抽真空以后，加固单元块内膜下真空度会持续上升。当其膜下真空度达到并稳定在80KPa以上时，即进入真空预压工程的正常预压阶段。根据设计要求，在试抽真空十天左右，检查无透气、透水现象时即可进入正常真空预压阶段。当真空预压加固单元块在膜下真空度达80KPa的条件下连续进行，地基固结度ut≥80％；连续10天沉降速率不大于1mm／天，即可以停机卸荷，交工验收。

(五)施工监测

进行施工过程监测不但能及时发现加固过程中出现的问题，以便及时解决它，而且能作为施工过程中的控制，根据监测的数据掌握工程的进展和加固的效果，以判断加固工程是否达到了预期的目的，从而决定加固工作的终止及后续工程的开始时间。

1、真空度监测。对每个加固单元所设置的真空表都应按照以下规程进行观测：在真空泵运转期间，每隔2h测读一次真空度，当真空度达到要求后，每6h读一次。

2、孔隙水压力监测。在孔隙水压力计的探头埋人到所要求的深度时，就要立即采集初始读数，自加固开始后，每天观测一次(在每天的同一时刻进行观测)。监测后应绘制各土层的P-T-u曲线，推算各土层的固结度。

3、地表沉降监测。在获得观测的初始值后，每天量测一次(抽真空初期)，当沉降速率小于2.0mm／d时，3d测量一次，当沉，降速率小于1.0mm／d时，5d测量一次。加固结束后进行地基回弹量的量测。监测后应绘制P-T-S曲线，推算s∞。、ch、u。

4、深层侧向位移监测。地基加固期间，每5d进行侧向变形观测一次，直到加固工程结束。监测后绘制软土层的P-T-Sxy曲线及各土层最大的侧向位移。

5、水位监测。从真空预压开始每天观测一次，直到预压结束。

6、深层分层沉降监测。为了实测各土层的沉降及土层沿深度变化特征，自加固开始后，每天观测一次。

四、结语

采用真空预压技术处理防潮闸基础软基，处理效果好、成本低，能够达到工程施工要求，而且缩短了工期，保证了闸主体工程的顺利建设实施。

作者简介：郑冬艳，女，河北人，天津市水利工程建设管理中心工程师，硕士，研究方向：水利；翁杰，男，天津人，天津普泽工程咨询有限责任公司助理工程师，研究方向：水利。