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摘要：简述直排式真空预压法的工艺特点，通过理论计算及现场实验数据分析加固效果，通过经济性分析论证该工艺的经济优势，综合评判该工艺相对于传统工艺的优势。
关键词：直排式 真空预压 优势
中图分类号： TB74 文献标识码： A 文章编号：
天津港国际邮轮码头地基处理工程C4区地基处理采用直排式真空预压新工艺，对真空预压法的水平排水及真空传递技术进行优化，提高真空度传递效率，取得缩短工程工期和降低工程造价的目的。其加固面积为33120平方米，根据试验方案要求：膜下真空度大于650mmHg，抽真空有效时间约80天。
一、工程地质情况：
本工程的地基土为Q4后期沉积土和近期人工吹填土，主要土层有淤泥、淤泥质粘土及粘土。这种土由于沉积历史较短，具有含水率高、压缩性大、强度低、透水性差的特点，同时地基土在自重作用下未达到完全固结，处于欠固结状态。
二、工程設计标准及直排式真空预压的特点
本工程设计排水板间距0.9米，正方形布置，底标高-14.4米，膜下真空度不小于650mmHg，抽真空有效时间约80天。卸载时要求按实测沉降曲线推算的固结度大于80％，连续5天地表实测沉降速率不大于5mm/d。
从传统的真空预压的施工工艺可以看出，真空度的传递过程是：真空装置→主管→滤管→砂垫层→排水板→加固土体。真空度在整个传递过程中受砂垫层的影响和损失都较大，为减少真空度的沿程损失，直排式真空预压调整了真空度的传递路径。真空度的传递过程是：真空装置→主管→滤管→排水板→加固土体。从而减少了真空度的沿程损失，加快了加固时间，提高了加固效果。
在传统真空预压中砂垫层主要起水平排水和传递真空度的双重作用，铺设厚度为40～50cm，砂垫层中粘粒含量要求小于3%，干密度大于1.5t/m3，渗透系数大于1×10-2cm/s。铺设时还要保持砂垫层厚度的均匀，充分盖住滤管，使垂直排水通道、滤管通过砂垫层联结成一个整体，能形成一个通畅的排水系统和真空压力传递系统。
采用直排式真空预压新工艺，砂垫层的作用被大大削弱，已经不再是传递真空度和水平排水的关键环节，而仅起施工垫层作用。对其质量要求已可大为降低，因此可以因地制宜根据当地的材料来源采用细砂、粉砂或粉土等作垫层材料。
真空预压垂直排水系统主要采用的是塑料排水板，对塑料排水板的芯板厚度、滤膜强度、复合体抗拉强度和纵向通水量等主要性能指标应根据不同的打设深度、土层条件选用。要求垂直排水体要具有一定的拉伸强度，良好的适应地基变形能力和良好的通水能力。塑料排水板不仅有排水作用，而且是真空度的主要传递通道，真空荷载是通过它来施加的。
采用直排式真空预压新工艺，排水板头不是直接埋入砂垫层中，而是与滤管直接相接，缩短了真空度传递的路径，减少了真空传递过程中的阻力，提高了真空度的传递效率。
三、加固效果检验
1理论估算地基强度的增长
方法一：《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）推荐的方法，可以称为总应力法。在预压荷载的作用下，推算饱和粘性土地基某点的抗剪强度时，要考虑土体原来的固结状态，对于正常固结饱和粘性土地基，某刻的抗剪强度按下式计算：
式中：----t时刻，在该点土的抗剪强度；
----地基土的天然抗剪强度；
---预压荷载引起的该点的附加竖向应力；
-----t时刻，该点的固结度；
----三轴固结不排水剪切试验求得的土的内摩擦角。
方法二：利用天然地基十字板强度推算法
由十字板测定地基的天然强度与深度的关系表达式为：
式中：---地基强度增长线，在=0处的截距；
---地基强度增长线的斜率；
---地面以下的深度。
软土地基在附加荷载作用下，随时间t与深度变化的地基强度用下式计算：
式中： ----地基深度处的附加应力；
----土的重度，地下水位以下取有效重度。
利用以上两种方法计算理论强度的增长见下表。
地基理论强度增长表
注：考虑到真空度的衰减，吹填淤泥取100kPa,原有软土取136kPa ； 取80%；吹填淤泥取8度，原有软土取13度。
理论计算加固后地基抗剪强度为30.25kPa,其中方法一计算理论加固后平均抗剪强度为31.2 kPa，方法二计算理论加固后平均抗剪强度为29.3 kPa。
2实测地基强度增长
真空预压前后监测单位共布置原状取土孔2个，十字板孔2个。原状孔取土室内试验表明：地基处理深度范围内土质均有不同程度改善。其中土壤的含水率W由71.3%减少到47.8%，减少了33%，压缩系数av1-2由1.17MPa-1减少到0.86MPa-1减少了26.4%，具体见下表：
加固前后土的物理力学指标对比简表
从现场十字板剪切试验也可以看出：土壤的抗剪强度也有明显的提高，具体见下表。
十字板剪切试验结果表
从十字板剪切试验结果，可以知道实际加固后抗剪强度平均值为27.3 kPa，达到了理论平均值90%以上，取得了预期的效果。
总之，不管从地基沉降、固结度，还是从地基的强度增长来看，C4区经过80天的有效抽真空时间，达到了理想的效果。具体见下表：
监测数据分析及效果检验汇总表
四、直排式真空预压法的优势
1、 缩短施工工期
由于直排式真空预压法对真空预压的水平排水及真空传递技术进行优化，缩短了真空度传递路径，提高了真空度传递效率，所以到达同样的卸载标准（按实测沉降曲线推算的固结度大于80％，连续5天地表实测沉降速率不大于5mm/d），直排式真空预压法只需要约80天的有效抽真空时间，而传统的真空预压法需要约90天的有效抽真空时间。从而缩短了10天的施工工期。
2、降低工程造价
直排式真空预压法由于取消了黄砂，可以大大的减少工程造价。以天津港国际邮轮码头地基处理工程C4区（面积207*160=33120m2）为例，传统真空预压法需要黄砂量为13248m3（40cm厚）,而直排式真空预压法需要黄砂量为零，这一项就节省了一百三十多万。具体见下表:
直 排 式 真 空 预 压 与 传 统 真 空 预 压 造 价 比 较
序号 项目 单 位 传统真空预压工作量 直排式真空预压工作量 差 量 单 价（元）
从上表可以看出，天津港国际邮轮码头C4区地基处理工程比传统真空预压法节省了50多万元（黄砂以105元/ m3计,粉细砂以55元/ m3计），平均每平方米可以节省16元左右。
如果处理100万平方米的软土地基，采用直排式真空预压法新工艺，可以减少工程造价1600多万元。所以说直排式真空预压法处理软土地基具有良好的经济效益，有大面积推广的价值。
五、结语
通过上述阐述分析，直排式真空预压在保证加固效果的前提下相对于传统加固工艺能够发挥节约工期、节省资源、降低造价的优势。在工程整个实施过程中，我们积累了的丰富的经验，为日后在天津港区软土地基加固方面推广该工艺奠定了实践基础。
关键词：直排式 真空预压 优势
中图分类号： TB74 文献标识码： A 文章编号：
天津港国际邮轮码头地基处理工程C4区地基处理采用直排式真空预压新工艺，对真空预压法的水平排水及真空传递技术进行优化，提高真空度传递效率，取得缩短工程工期和降低工程造价的目的。其加固面积为33120平方米，根据试验方案要求：膜下真空度大于650mmHg，抽真空有效时间约80天。
一、工程地质情况：
本工程的地基土为Q4后期沉积土和近期人工吹填土，主要土层有淤泥、淤泥质粘土及粘土。这种土由于沉积历史较短，具有含水率高、压缩性大、强度低、透水性差的特点，同时地基土在自重作用下未达到完全固结，处于欠固结状态。
二、工程設计标准及直排式真空预压的特点
本工程设计排水板间距0.9米，正方形布置，底标高-14.4米，膜下真空度不小于650mmHg，抽真空有效时间约80天。卸载时要求按实测沉降曲线推算的固结度大于80％，连续5天地表实测沉降速率不大于5mm/d。
从传统的真空预压的施工工艺可以看出，真空度的传递过程是：真空装置→主管→滤管→砂垫层→排水板→加固土体。真空度在整个传递过程中受砂垫层的影响和损失都较大，为减少真空度的沿程损失，直排式真空预压调整了真空度的传递路径。真空度的传递过程是：真空装置→主管→滤管→排水板→加固土体。从而减少了真空度的沿程损失，加快了加固时间，提高了加固效果。
在传统真空预压中砂垫层主要起水平排水和传递真空度的双重作用，铺设厚度为40～50cm，砂垫层中粘粒含量要求小于3%，干密度大于1.5t/m3，渗透系数大于1×10-2cm/s。铺设时还要保持砂垫层厚度的均匀，充分盖住滤管，使垂直排水通道、滤管通过砂垫层联结成一个整体，能形成一个通畅的排水系统和真空压力传递系统。
采用直排式真空预压新工艺，砂垫层的作用被大大削弱，已经不再是传递真空度和水平排水的关键环节，而仅起施工垫层作用。对其质量要求已可大为降低，因此可以因地制宜根据当地的材料来源采用细砂、粉砂或粉土等作垫层材料。
真空预压垂直排水系统主要采用的是塑料排水板，对塑料排水板的芯板厚度、滤膜强度、复合体抗拉强度和纵向通水量等主要性能指标应根据不同的打设深度、土层条件选用。要求垂直排水体要具有一定的拉伸强度，良好的适应地基变形能力和良好的通水能力。塑料排水板不仅有排水作用，而且是真空度的主要传递通道，真空荷载是通过它来施加的。
采用直排式真空预压新工艺，排水板头不是直接埋入砂垫层中，而是与滤管直接相接，缩短了真空度传递的路径，减少了真空传递过程中的阻力，提高了真空度的传递效率。
三、加固效果检验
1理论估算地基强度的增长
方法一：《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）推荐的方法，可以称为总应力法。在预压荷载的作用下，推算饱和粘性土地基某点的抗剪强度时，要考虑土体原来的固结状态，对于正常固结饱和粘性土地基，某刻的抗剪强度按下式计算：
式中：----t时刻，在该点土的抗剪强度；
----地基土的天然抗剪强度；
---预压荷载引起的该点的附加竖向应力；
-----t时刻，该点的固结度；
----三轴固结不排水剪切试验求得的土的内摩擦角。
方法二：利用天然地基十字板强度推算法
由十字板测定地基的天然强度与深度的关系表达式为：
式中：---地基强度增长线，在=0处的截距；
---地基强度增长线的斜率；
---地面以下的深度。
软土地基在附加荷载作用下，随时间t与深度变化的地基强度用下式计算：
式中： ----地基深度处的附加应力；
----土的重度，地下水位以下取有效重度。
利用以上两种方法计算理论强度的增长见下表。
地基理论强度增长表
注：考虑到真空度的衰减，吹填淤泥取100kPa,原有软土取136kPa ； 取80%；吹填淤泥取8度，原有软土取13度。
理论计算加固后地基抗剪强度为30.25kPa,其中方法一计算理论加固后平均抗剪强度为31.2 kPa，方法二计算理论加固后平均抗剪强度为29.3 kPa。
2实测地基强度增长
真空预压前后监测单位共布置原状取土孔2个，十字板孔2个。原状孔取土室内试验表明：地基处理深度范围内土质均有不同程度改善。其中土壤的含水率W由71.3%减少到47.8%，减少了33%，压缩系数av1-2由1.17MPa-1减少到0.86MPa-1减少了26.4%，具体见下表：
加固前后土的物理力学指标对比简表
从现场十字板剪切试验也可以看出：土壤的抗剪强度也有明显的提高，具体见下表。
十字板剪切试验结果表
从十字板剪切试验结果，可以知道实际加固后抗剪强度平均值为27.3 kPa，达到了理论平均值90%以上，取得了预期的效果。
总之，不管从地基沉降、固结度，还是从地基的强度增长来看，C4区经过80天的有效抽真空时间，达到了理想的效果。具体见下表：
监测数据分析及效果检验汇总表
四、直排式真空预压法的优势
1、 缩短施工工期
由于直排式真空预压法对真空预压的水平排水及真空传递技术进行优化，缩短了真空度传递路径，提高了真空度传递效率，所以到达同样的卸载标准（按实测沉降曲线推算的固结度大于80％，连续5天地表实测沉降速率不大于5mm/d），直排式真空预压法只需要约80天的有效抽真空时间，而传统的真空预压法需要约90天的有效抽真空时间。从而缩短了10天的施工工期。
2、降低工程造价
直排式真空预压法由于取消了黄砂，可以大大的减少工程造价。以天津港国际邮轮码头地基处理工程C4区（面积207*160=33120m2）为例，传统真空预压法需要黄砂量为13248m3（40cm厚）,而直排式真空预压法需要黄砂量为零，这一项就节省了一百三十多万。具体见下表:
直 排 式 真 空 预 压 与 传 统 真 空 预 压 造 价 比 较
序号 项目 单 位 传统真空预压工作量 直排式真空预压工作量 差 量 单 价（元）
从上表可以看出，天津港国际邮轮码头C4区地基处理工程比传统真空预压法节省了50多万元（黄砂以105元/ m3计,粉细砂以55元/ m3计），平均每平方米可以节省16元左右。
如果处理100万平方米的软土地基，采用直排式真空预压法新工艺，可以减少工程造价1600多万元。所以说直排式真空预压法处理软土地基具有良好的经济效益，有大面积推广的价值。
五、结语
通过上述阐述分析，直排式真空预压在保证加固效果的前提下相对于传统加固工艺能够发挥节约工期、节省资源、降低造价的优势。在工程整个实施过程中，我们积累了的丰富的经验，为日后在天津港区软土地基加固方面推广该工艺奠定了实践基础。