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真空预压地基加固施工方法

真空预压法是以大气压力作为预压载荷，它是先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层或砂砾层，再在其上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封好与大气隔绝，在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结（图1）。对于渗透系数小的软粘土，为加速孔隙水的排出，也可在加固部位设置砂井、袋装砂井或塑料板等竖向排水系统。

图1 真空预压地基

1-砂井；2-砂垫层；3-薄膜；4-抽水、气；5-粘土

1．加固机体

真空预压在抽气前，薄膜内外均承受一个大气压Pa的作用，抽气后薄膜内气压逐渐下降，薄膜内外形成一个压力差（称为真空度），首先使砂垫层，其次是砂井中的气压降至Pv，使薄膜紧贴砂垫层，由于土体与砂垫层和砂井间的压差，从而发生渗流，使孔隙水沿着砂井或塑料排水带上升而流入砂垫层内，被排出塑料薄膜外；地下水在上升的同时，形成塑料带附近的真空负压，使土内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔隙水压力不断下降，有效应力不断增加，从而使土体固结，土体和砂井间的压差，开始时为Pa－Pv，随着抽气时间的增长，压差逐渐变小，最终趋向于零，此时渗流停止，土体固结完成。故真空预压过程，实质为利用大气压差作预压荷载（当膜内外真空度达到600mmHg，相当于堆载5m高的砂卵石），使土体逐渐排水固结的过程。

同时，真空预压使地下水位降低，相当于增加一个附加应力，抽气前地下水离地面高h1，抽气后地下水位降至h2，在此高差范围内的土体从浮重度变为湿重度，使土骨架相应增加了水高h1－h2的固结压力作用，使土体产生固结。此外，在饱和土体孔隙中含有少量的封

闭气泡，在真空压力下封闭气泡被排出孔隙，因而使土的渗透性加大，固结过程加速。

2．特点及适用范围

真空预压法的特点是：

（1）不需要大量堆载，可省去加载和卸载工序，节省大量原材料、能源和运输能力，缩短预压时间；

（2）真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可缩短固结时间；同时由于孔隙水排出，渗流速度的增大，地下水位降低，由渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大，提高了加固效果；且负压可通过管路送到任何场地，适应性强；

（3）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体，土体在加固过程中的侧向变形很小，真空预压可一次加足，地基不会发生剪切破坏而引起地基失稳，可有效缩短总的排水固结时间；

（4）适用于超软粘性土以及边坡、码头、岸边等地基稳定性要求较高的工程地基加固，土愈软，加固效果愈明显；

（5）所用设备和施工工艺比较简单，无需大量的大型设备，便于大面积使用；

（6）无噪声、无振动、无污染，可作到文明施工；

（7）技术经济效果显著，根据国内在天津新港区的大面积实践，当真空度达到600mmHg,经60d抽气，不少井区土的固结度都达到80%以上，地面沉降达57cm，同时能耗降低1/3，工期缩短2/3，比一般堆载预压降低造价1/3。

真空预压法适于饱和均质粘性土及含薄层砂夹层的粘性土，特别适于新淤填土、超软土地基的加固。但不适于在加固范围内有足够的水源补给的透水土层，以及无法堆载的倾斜地面和施工场地狭窄的工程进行地基处理。

3．机具设备

真空预压主要设备为真空泵，一般宜用射流真空泵，它由射流箱及离心泵所组成。射流箱规格为φ48mm，效率应大于96kPa，离心泵型号为3BA-9、φ50mm，每个加固区宜设两台泵为宜（每台射流真空泵的控制面积为1000m2）。配套设备有集水罐、真空滤水管、真空管、止回阀、阀门、真空表、聚氯乙烯塑料薄膜等。滤水管采用钢管或塑料管材，应能承

受足够的压力而不变形。滤水孔一般采用φ8~10mm，间距5cm，梅花形布置，管上缠绕3mm铁丝，间距5cm，外包尼龙窗纱布一层，最外面再包一层渗透性好的编织布或土工纤维或棕皮即成。

4．工艺流程

真空预压法为保证在较短的时间内达到加固效果，一般与竖向排水井联合使用，其工艺布置及流程如图2和图3。

图2 真空预压工艺流程

图3 真空预压工艺与设备

1-袋装砂井；2-膜下管道；3-封闭膜；4-砂垫层；5-真空装置；6-回填沟槽

5．施工工艺方法要点

（1）真空预压法竖向排水系统设置同砂井（或袋装砂井、塑料排水带）堆载预压法。应先整平场地，设置排水通道，在软基表面铺设砂垫层或在土层中再加设砂井（或埋设袋装砂井、塑料排水带），再设置抽真空装置及膜内外管道。

（2）砂垫层中水平分布滤管的埋设，一般宜采用条形或鱼刺形（图4），铺设距离要适当，使真空度分布均匀，管上部应覆盖100~200mm厚的砂层。

图4 真空分布管排列示意图

（a）条形排列；（b）鱼刺形排列

1-真空压力分布管；2-集水管；3-出膜口

（3）砂垫层上密封薄膜，一般采用2~3层聚氯乙烯薄膜，应按先后顺序同时铺设，并在加固区四周，在离基坑线外缘2m开挖深0.8~0.9m的沟槽，将薄膜的周边放入沟槽内，用粘土或粉质粘土回填压实，要求气密性好，密封不漏气，或采用板桩覆水封闭（图5），而以膜上全面覆水较好，既密封好又减缓薄膜的老化。

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图5 薄膜周边密封方法

（a）挖沟折铺；（b）板桩密封；（c）围捻内面夜水密封；（d）板桩墙加沟内覆水

1-密封膜；2-填土压实；3-钢板桩；4-覆水

（4）当面积较大，宜分区预压，区与区间隔距离以2~6m为佳。

（5）做好真空度、地面沉降量、深层沉降、水平位移、孔隙水压力和地下水位的现场测试

工作，掌握变化情况，作为检验和评价预压效果的依据。并随时分析，如发现异常，应及时采取措施，以免影响最终加固效果。

（6）真空预压结束后，应清除砂槽和腐殖土层，避免在地基内形成水平渗水暗道。

6．质量控制

（1）施工前应检查施工监测措施、沉降、孔隙水压力等原始数据，排水设施，砂井（包括袋装砂井）或塑料排水带等位置及真空分布管的距离等。

（2）施工中应检查密封膜的密封性能，真空表读数等。泵及膜内真空度应达到96kPa和73kPa以上的技术要求。

（3）施工结束后应检查地基土的十字板剪切强度，标贯或静力触探值及要求达到的其他物理力学性能，重要建筑物地基应进行承载力检验。

（4）真空预压地基的质量标准如表1所示。

预压地基和塑料排水带质量检验标准表1

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项	序	真空垫检查项目	允许偏差或允许值		检查方法
项	序	真空垫检查项目	单位	数值	检查方法
主控项目	1	预压载荷	%	≤2	水准仪
	2	固结度（与设计要求比）	%	≤2	根据设计要求采用不同方法
	3	承载力或其他性能指标	设计要求		按规定方法
一般项目	1	沉降速率（与控制值比）	%	±10	水准仪
	2	砂井或塑料排水带位置	mm	±100	用钢尺量
	3	砂井或塑料排水带插入深度	mm	±200	插入时用经纬仪检查
	4	插入塑料排水带时的回带长度	mm	≤500	用钢尺量
	5	塑料排水带或砂井高出砂垫层距离	mm	≥200	用钢尺量
	6	插入塑料排水带的回带根数	%	＜5	三维模型制作目测