1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一真空預(yù)壓法簡(jiǎn)介真空預(yù)壓法(Vacuum Preloading)是指利用抽真空的方法，使土體中形成一個(gè)局部的負(fù)壓源，通過(guò)降低砂井或排水板中的孔隙水壓力而使土體中的孔隙水排出，從而增加有效應(yīng)力來(lái)壓密土體的地基加固方法。如圖 1-1 所示，首先在原地基上打設(shè)塑料排水板作為豎直排水體，然后在地基表面鋪墊一定厚度的砂墊層，在砂墊層中鋪設(shè)排水濾管。將不透氣的薄膜鋪設(shè)在砂墊層之上，薄膜四周買入土中，通過(guò)埋設(shè)在砂墊層中的排水濾管將膜下砂墊層中的空氣抽出，從而使砂墊層和排水板中形成負(fù)的真空壓力，使排水板和周圍土體之間形成孔壓差，土體中的孔隙水在壓力差的作用下滲流到排水板中，通過(guò)排水濾

2、管排出土體，以達(dá)到固結(jié)的目的。真空預(yù)壓系統(tǒng)由抽真空系統(tǒng)、排水排氣系統(tǒng)和密封系統(tǒng)三部分組成，根據(jù)目前的施工經(jīng)驗(yàn)，膜下真空度可以維持在 8595kPa 左右，一般的可取 80kPa作為設(shè)計(jì)壓差。當(dāng)固結(jié)度達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求時(shí)停止抽真空。真空預(yù)壓法具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：(1) 區(qū)別于堆載預(yù)壓，抽真空形成的壓差所產(chǎn)生的荷載，不會(huì)使土體產(chǎn)生剪應(yīng)力，故地基不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞，載荷可一次快速施加，加固速度快，施工工期短；(2) 加固過(guò)程中土體除產(chǎn)生豎向壓縮外，還伴隨向著加固區(qū)的側(cè)向收縮，加固后土的密實(shí)度較堆載預(yù)壓高，處理深厚軟基效果更好；(3) 施工工藝、機(jī)具和設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低，作業(yè)效率高，加固費(fèi)用低，適用于大規(guī)模

3、地基加固；(4) 不需要大量堆載材料，施工中無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、不污染環(huán)境；(5) 更適用于狹窄地段、邊坡附近的地基加固等。二 真空預(yù)壓加固吹填土地基室內(nèi)模型試驗(yàn)研究目前，真空預(yù)壓法作為一種相對(duì)成熟的施工工藝已廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)圍海造陸工程實(shí)踐，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。從施工的角度而言，真空預(yù)壓技術(shù)已相對(duì)成熟，但吹填土地基的真空預(yù)壓的理論研究缺遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐的需要，不少理論問(wèn)題至今未能得到解決，如真空預(yù)壓中土體中真空度的縱向和橫向分布規(guī)律，了解真空度在土體中的分布情況將有助于真空預(yù)壓的理論研究和機(jī)理分析。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)與真空度分布規(guī)律的研究較少，有必要通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行研究分析。隨著沿海圍墾項(xiàng)目的發(fā)展

4、，對(duì)土體的需求越來(lái)月迫切，圍海造陸主要是由水力吹填的方式形成的吹填土地基，隨著吹填標(biāo)高的降低，吹填厚度也越來(lái)月大，由原來(lái)的 2m 增加到現(xiàn)在的 10m 左右。吹填土地基是由含水量高達(dá) 80以上的吹填泥形成的軟土地基，在真空預(yù)壓過(guò)程中會(huì)發(fā)生很大的固結(jié)沉降。在吹填土地基真空預(yù)壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多理論上難以解釋的問(wèn)題，如加固一段時(shí)間后，土體中的水排出速度明顯降低，孔壓消散變得緩慢；加固完畢后土體上部強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，但3m 以下土體強(qiáng)度增長(zhǎng)很小；有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的偏差等。這些現(xiàn)象一直沒(méi)有給出合理的解釋，對(duì)于這些問(wèn)題需要通過(guò)試驗(yàn)的手段進(jìn)行探索研究。2.1 試驗(yàn)?zāi)康臑樘剿餮芯看堤钔恋鼗婵疹A(yù)壓過(guò)

5、程中出現(xiàn)的問(wèn)題，本大綱設(shè)計(jì)真空預(yù)壓模型試驗(yàn)，通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)達(dá)到以下試驗(yàn)?zāi)康模海?）通過(guò)記錄試驗(yàn)過(guò)程中孔壓傳感器和真空表讀數(shù)研究真空度在排水板深度方向的分布規(guī)律，研究土體中真空度在橫向和豎向的分布規(guī)律。（2）通過(guò)對(duì)真空度、孔隙水壓力的變化以及土體固結(jié)沉降和排水情況觀察，探索排水板時(shí)間效應(yīng)的存在，并分析其原因。（3）比較分析土體中相同位置處孔隙水壓力與真空度的相互關(guān)系。（4）提出能夠解決真空預(yù)壓過(guò)程中排水板效率降低的方法，本大綱通過(guò)二次插班來(lái)驗(yàn)證排水板效率問(wèn)題，并證明二次插板能夠解決排水板效率降低問(wèn)題。2.2 試驗(yàn)裝置為了驗(yàn)證高含水量超軟土真空預(yù)壓時(shí)間效應(yīng)的存在性，并探究其產(chǎn)生的原因，本文設(shè)計(jì)加

6、工了模型試驗(yàn)裝置，如圖 2-1 所示。模型試驗(yàn)裝置由模型槽、排水體系、真空泵、真空表和量測(cè)系統(tǒng)組成。模型槽由鋼板和鋼構(gòu)架定制而成，尺寸為長(zhǎng)×寬×高 1.2m×1.2m×1.5m，采用鋼構(gòu)架支撐外圍鋼板槽，防止鋼板槽產(chǎn)生側(cè)向變形；排水體系由真空預(yù)壓濾水管、砂袋和塑料排水板組成，將排水體系打設(shè)于模型槽內(nèi)的土樣中，再將排水體系連接到由真空泵組成的抽真空裝置；量測(cè)系統(tǒng)由安裝在模型槽內(nèi)土樣表明的百分表和厘米刻度尺、真空表組成，厘米刻度尺用來(lái)量測(cè)泥面高度，真空表用來(lái)測(cè)量土體內(nèi)和砂墊層中的真空度，孔壓傳感器用來(lái)測(cè)量土中不同深度的孔壓。試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?jiàn)下面各圖：圖2-1 試驗(yàn)

7、模型示意圖模型試驗(yàn)所用的淤泥土樣初始狀態(tài)參數(shù)如表 2-1 所示，淤泥的體積為 1.2m×1.2m×1.1m，淤泥的初始高度為 1.1m，初始含水量為 90%。注入淤泥后的模型槽如圖 2-2 所示。淤泥注入模型槽后，在土體中打設(shè)排水板（打設(shè)過(guò)程如圖 2-2所示）、埋設(shè)孔壓傳感器和真空表探頭（圖 2-3），其中排水板間距為 30cm，成方陣形布置。6 個(gè)孔壓傳感器在縱向上分別埋設(shè)于土體的 30cm、60cm、90cm 深度處，橫向上離排水板的距離分別為 10cm、15cm、30cm。真空探頭的埋設(shè)方法根孔壓傳感器相同，孔壓傳感器和真空探頭的埋設(shè)如圖 2-4 所示。然后在上面鋪1

8、0cm 的砂墊層，鋪設(shè)排水慮管，最后鋪設(shè)土工布并封膜（圖 2-5），連接并開(kāi)啟真空泵（圖 2-6）進(jìn)行抽真空。表2-1 土樣原始物理性質(zhì)指標(biāo)圖2-2土樣制備和排水板的打設(shè)圖2-3 孔壓傳感器和真空表的布置圖2-4 排水慮管及砂墊層鋪設(shè)圖2-5抽真空后的模型槽子圖 2-6 真空泵2.3 試驗(yàn)方法該試驗(yàn)由試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒圩印⑴潘?、真空泵、濾水管等組成，槽子尺寸為150 cm × 120c m ×120cm，在槽子中放置 110cm 深的土樣，在土體中打設(shè)排水板，排水板的間距為 30cm。在土體中分別放置兩組孔壓傳感器及真空探頭，一組為距離排水板 10cm，深度為 30cm、60cm

9、、90cm，另一組距離排水板 15cm，深度同樣為 30cm、60cm、90cm，以讀取土體不同深度以及距離排水板不同距離處孔壓與真空度隨時(shí)間的變化。在其中一個(gè)排水板不同深度分別為 30cm、60cm、90cm處放置真空探頭（如圖 2-8），以測(cè)量真空度沿排水板縱向的分布。完成上述操作后，在土體上面鋪設(shè) 30cm 厚砂墊層，在砂墊層中鋪設(shè)濾水管，安置真空表以測(cè)量膜下真空度，在砂墊層上面鋪設(shè)土工布，最后在頂部封膜。將濾管與外面的真空泵通過(guò)定制的接頭相連，進(jìn)行抽真空。試驗(yàn)過(guò)程中記錄真空度、孔隙水壓力以及沉降量。加固一段時(shí)間后，當(dāng)真空度、孔壓變化較小，并且低于設(shè)計(jì)值，沉降不在又明顯變化時(shí)，停止抽真空

10、。這時(shí)打開(kāi)封膜，對(duì)土體進(jìn)行二次插設(shè)排水板進(jìn)一步抽真空加固，并記錄后續(xù)真空度、孔隙水壓力以及沉降變化數(shù)據(jù)。最后比較兩次加固的效果。排水板平面布置圖如圖 2-7 所示。圖2-7 排水板平面布置圖圖2-8 排水板中真空探頭的分布2.4 試驗(yàn)內(nèi)容為了達(dá)到前述試驗(yàn)?zāi)康?，在試?yàn)過(guò)程中需要測(cè)量一下內(nèi)容：（1）實(shí)驗(yàn)前測(cè)量土體的初始含水量、容重。（2）記錄試驗(yàn)過(guò)程中的不同時(shí)刻不同深度處真空表及孔壓傳感器的讀數(shù)。（3）通過(guò)百分表記錄試驗(yàn)過(guò)程中不同時(shí)間土體的表面沉降。（4）當(dāng)抽真空一段時(shí)間后，連續(xù)幾天出水不明顯，孔壓及真空度上漲緩慢時(shí)，開(kāi)膜測(cè)量土體不同深度及距離排水板不同距離處土體的含水量以及十字板強(qiáng)度。測(cè)試土體的

11、容重。（5）完成第五步后在原先排水板之間進(jìn)行二次插板，排水板間距變?yōu)?15，封膜繼續(xù)抽真空，其余數(shù)據(jù)記錄同前一階段。（6）試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)量土體不同深度及距離排水板不同距離處土體的含水量以及十字板強(qiáng)度。測(cè)試土體的容重。2.5 一次加固試驗(yàn)結(jié)果分析2.5.1 現(xiàn)象描述土樣裝填至設(shè)定標(biāo)高，排水板、真空探頭、孔壓傳感器插放完畢，濾管砂墊層鋪設(shè)完畢之后，將土體靜置 30 小時(shí)后開(kāi)始抽真空，抽真空前測(cè)得其自重沉降為 1.2cm，這部分沉降主要是因?yàn)橥馏w是由含水量較高的淤泥泥漿形成的，為欠固結(jié)土，在土體自重作用和上部砂墊層重力作用，土體中存在超孔隙水壓力,當(dāng)在土體中打設(shè)排水板后，相當(dāng)于在土體中增加了排水通道，

12、并且縮短了排水路徑，超孔隙水壓力迅速消散，從而產(chǎn)生了固結(jié)沉降。如第二章所述相同，這部分沉降為插板期間的沉降，與現(xiàn)場(chǎng)情況相同。靜置 30 小時(shí)后，開(kāi)啟真空泵抽真空。試驗(yàn)開(kāi)始階段，真空表膜下真空度上升速度較快，2 小時(shí)內(nèi)即達(dá)到了 60kPa 的真空度。觀察孔壓變化，發(fā)現(xiàn)孔壓下降速率也較快，此時(shí)孔隙水已經(jīng)開(kāi)始積聚在排水系統(tǒng)中。初始孔壓大于靜水壓力，表明存在由于土體自重和砂墊層自重作用產(chǎn)生的超孔隙水壓力還沒(méi)有完全消散，此時(shí)的孔壓消散是由抽真空和土體重力二者聯(lián)合作用的結(jié)果。觀察百分表讀數(shù)變化較快，6 小時(shí)內(nèi)即發(fā)生了 1cm 的沉降，同時(shí)土體中心部分沉降速度較邊緣迅速，到了試驗(yàn)后期，即加固 400 小時(shí)后

13、，整個(gè)土體上部形成坑洼狀。抽真空大約兩小時(shí)后濾管出水管內(nèi)開(kāi)始有水排出，出水清澈，較為連續(xù)，出水量較大。開(kāi)始出水后 10 個(gè)小時(shí)內(nèi)，水流較為連續(xù)，之后變?yōu)殚g歇性出水，在抽真空作用的過(guò)程中間歇時(shí)間不斷延長(zhǎng)，由開(kāi)始的 10 分鐘逐漸延長(zhǎng)到 1 小時(shí)，到真空預(yù)壓作用后期，即連續(xù)抽真空作用持續(xù)了 300 小時(shí)后，間歇時(shí)間延長(zhǎng)至12 小時(shí)，400 小時(shí)后則很少見(jiàn)到出水，間歇時(shí)間 20 至 30 小時(shí)不等。這種現(xiàn)象表明，在抽真空作用的過(guò)程中，排水板周圍土體中的水漸漸排出，孔壓得到消散，而隨著抽真空作用的繼續(xù)，真空度不斷向周圍土體擴(kuò)散，排水路徑延長(zhǎng)，同時(shí)由于排水板周圍土體的固結(jié)，滲透系數(shù)變小，排水速率降低，砂

14、墊層中的水有一個(gè)積聚的過(guò)程，因而才會(huì)出現(xiàn)間歇形排水。試驗(yàn)開(kāi)始后的前 4 小時(shí)內(nèi)未能觀察到土體中真空表的讀數(shù)，表明真空度由砂墊層和塑料排水板逐漸向周圍土體擴(kuò)散需要一個(gè)能量不斷積蓄的過(guò)程，真空表讀數(shù)表明淺層土體中較之深層土體首先開(kāi)始形成真空度。當(dāng)孔壓傳感器讀數(shù)為負(fù)值時(shí)，土體中真空表開(kāi)始有讀數(shù)。之后隨著負(fù)的孔壓讀數(shù)的增長(zhǎng)，土體中的真空度也繼續(xù)增長(zhǎng)。膜下真空度在抽真空作用 100 小時(shí)后上升到 80kPa，之后緩慢上升到 90 kPa。隨著抽氣時(shí)間的增長(zhǎng)，排水板與膜下的真空度均趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，排水板中的真空度與膜下真空度的變化曲線相比，曲線形狀幾乎一致，在相同時(shí)間，排水板中不同深度的真空度值均低于膜

15、下真空度并隨著深度的增加而逐漸減少，呈現(xiàn)一定的梯度反應(yīng)了排水板存在一定的井阻作用。2.5.2 沉降隨時(shí)間變化分析試驗(yàn)過(guò)程中記錄了不同時(shí)間的沉降值，建立了沉降與固結(jié)時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖 2-9 所示：圖2-9 沉降隨時(shí)間變化曲線由曲線可以看出在抽真空初始階段，沉降較快，最初的 50 小時(shí)內(nèi)，沉降值基本呈線性增長(zhǎng)，沉降值達(dá)到了 8cm，完成了總沉降的 40%，這也說(shuō)明了土體為欠固結(jié)土，在真空預(yù)壓開(kāi)始的階段是在土體自重和負(fù)的真空壓力共同作用下產(chǎn)生固結(jié)，當(dāng)土體自重產(chǎn)生的超孔壓消散完畢后，真空預(yù)壓只有在負(fù)真空壓力作用下固結(jié)，因而會(huì)表現(xiàn)出開(kāi)始階段沉降速率較快，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，沉降逐漸放緩，最后趨向于一個(gè)穩(wěn)

16、定值。隨著土體的加固，土體孔隙比變小，滲透系數(shù)降低，真空度向距板遠(yuǎn)處土體傳遞的難度加大，排水固結(jié)的效率降低，這也是后期沉降速率降低的原因。同時(shí)可由上圖看出，土體中心部分沉降較大，邊緣處沉降值小于中心部分，差值達(dá)到 3cm。2.5.3 真空度隨時(shí)間變化分析（1） 膜下真空度測(cè)試成果分析圖 2-10 為真空預(yù)壓過(guò)程中膜下真空度隨時(shí)間變化曲線，從圖中可以看出，膜下真空度隨著抽真空時(shí)間的增加，開(kāi)始上升很快，經(jīng)過(guò) 2 個(gè)小時(shí)的抽氣，膜下真空度即可達(dá)到 60kPa，5 天即可達(dá)到 90kPa 左右，之后一直穩(wěn)定在 90kPa 左右。說(shuō)明在抽真空的初始階段，隨著膜下砂墊層中的空氣被迅速抽出，膜下真空度隨抽氣

17、時(shí)間的增加快速上升。圖2-10 膜下真空度隨時(shí)間變化曲線（2）排水板中的真空度測(cè)試成果分析隨著抽真空作用的開(kāi)始，首先引起膜下砂墊層中真空度的變化，由于空氣的流體性質(zhì)，當(dāng)膜下砂墊層中的大氣壓發(fā)生變化，必然引起與之相通的塑排板中產(chǎn)生真空度，從而是負(fù)的真空壓力傳遞的土體中，使土體中孔壓不斷的消散。圖2-11 排水板不同深度真空度隨時(shí)間變化曲線圖2-11 為排水板不同深度處真空度隨時(shí)間變化曲線，從圖中可以看出，排水板中的真空度，隨著射流泵抽真空開(kāi)始，在抽氣的頭幾個(gè)小時(shí)，幾乎與膜下真空度同時(shí)快速上升。隨著抽氣時(shí)間的增長(zhǎng)，塑排與膜下的真空度均趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，塑排中的真空度與膜下真空度的變化曲線相比，曲線

18、形狀幾乎一致，由于受到阻力的作用度，塑排板中的真空度隨著深度的增加而逐漸減少。證明了排水板井阻現(xiàn)象的存在，塑料排水板中穩(wěn)定后的負(fù)壓分布沿深度方向的損失大約為3kPa/m，真空度的衰減率為 0.25，根據(jù)這個(gè)規(guī)律，可以計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)插板深度為20m 的排水板中延伸度的傳遞規(guī)律如圖 2-12 所示：圖2-12 排水板負(fù)壓分布規(guī)律2.5.4 土體中的真空度測(cè)試成果分析試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)土體不同深度的真空度進(jìn)行了測(cè)試，土體中沿豎向真空度隨時(shí)間變化曲線如圖 2-13 所示：圖2-13 土中縱向真空度比較圖由圖2-13 可知，土體不同深度處，真空度在抽真空作用開(kāi)始時(shí)均上升較快，上升速度表現(xiàn)為隨著深度增加遞減。抽真空

19、一段時(shí)間后土體中真空度漲速放緩，開(kāi)始逐步上升，但總體趨勢(shì)是趨于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。淺層 30cm 深處土體中真空度最終達(dá)到-70kPa，而深層 90cm 處真空度則最終穩(wěn)定在-55kPa。隨深度的增加，淤泥中真空度的衰減梯度較大，遠(yuǎn)大于塑排真空度的衰減梯度。說(shuō)明淤泥中的真空阻力相對(duì)較大，土體中真空度沿深度方向的損失大約為 15kPa/m。由真空度在土體中隨時(shí)間變化曲線和真空度在排水板中隨時(shí)間變化曲線相比可以發(fā)現(xiàn)，真空度在土體增長(zhǎng)是一個(gè)緩慢的增長(zhǎng)過(guò)程，而真空度在排水板中則很快達(dá)到最大值，這說(shuō)明真空度在土體中的傳遞是一個(gè)緩慢傳遞的過(guò)程，也是孔隙水壓力消散過(guò)程的一個(gè)反映。圖2-14 距板 5cm 處土體

20、和排水板中真空度變化曲線圖2-14 為距離排水板 5cm 處土體中的真空度，由上圖可見(jiàn)，隨著抽真空開(kāi)始，在抽氣的頭幾個(gè)小時(shí)，板外近距離的土體幾乎與對(duì)應(yīng)深度排水板中真空度同時(shí)快速上升。隨著抽氣時(shí)間的增長(zhǎng)，塑排與土體的真空度均趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。試驗(yàn)開(kāi)始階段二者真空度差值在 10 kPa 左右，隨著抽真空的繼續(xù)，差值不斷減小，最終土體中的真空度逐漸與排水板吻合，表明真空能量的傳遞是需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。圖2-15、2-16 為土體在某一深度處距離板不同距離處的真空度隨時(shí)間的變化曲線，由圖可知，在橫向距離板越遠(yuǎn)土體中的真空度越小，通過(guò)建立真空度離排水板的距離之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)真空度在橫向上也存在遞減現(xiàn)象

21、，也可以建立類似豎向排水板中孔壓遞減規(guī)律，如圖2-17 所示。圖2-15 土體中 30cm 深度處離板不同距離的真空度變化曲線圖2-16 土體中 60cm 深度處離板不同距離的真空度變化曲線圖2-17 離板不同距離處真空度的變化曲線由以圖2-15圖2-17 可以看出，距排水板不同距離處土體中的真空度的橫向分布規(guī)律是隨著與排水板水平距離的加大，土體中的真空度逐漸變小。表現(xiàn)為真空度沿著土體橫向的逐步衰減，這種衰減的幅度又隨著土體深度的加大逐漸擴(kuò)大。2.5.5 孔壓隨時(shí)間變化分析試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)孔壓進(jìn)行了測(cè)試記錄，研究土體中不同位置的孔壓變化規(guī)律，圖 2-18、圖 2-19 為土體內(nèi)不同位置的孔壓的變化

22、曲線：圖2-18 距板 15cm 處不同深度的孔壓變化曲線圖2-19 距板不同距離處土體內(nèi)孔壓變化曲線由以上兩圖可以看出，淤泥中的孔隙水壓力隨著抽真空開(kāi)始迅速下降，逐漸產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，隨著抽真空時(shí)間的增加，孔隙水壓力負(fù)值增大，孔隙水壓力下降幅度逐漸變小。由曲線圖可以看出，不同土體深度處孔壓的變化量明顯不同，淺層 30cm 處孔壓變化最大，由初始的 5kPa 變?yōu)樽罱K的-70kPa。60cm 深度和 90cm 深度孔壓變化量明顯小于 30cm 深度的孔壓變化，達(dá)到的最大孔壓值為-52kPa 和-48kPa。這從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了排水板中真空度傳遞的井租作用。圖中60cm 和 90cm 深度孔壓

23、變化曲線有所交錯(cuò)，主要可能是因?yàn)榕潘宓膹澢冃危瑢?dǎo)致孔壓計(jì)與排水板距離的變化，從而引起孔壓數(shù)值不能真實(shí)反應(yīng)設(shè)定位置的真實(shí)位置。另外，距排水板不同距離處土體中的孔壓消散表現(xiàn)為與真空度類似的橫向分布規(guī)律。隨著與排水板水平距離的加大，土體中的孔壓消散逐漸變小。2.5.6 真空度與孔隙水壓力關(guān)系曲線及分析真空度與孔隙水壓力作為兩個(gè)不同的概念，前者描述氣體狀態(tài)，后者描述液體狀態(tài)，兩者之間存在著怎樣的關(guān)系需要通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)研究，為了探索孔壓傳感器測(cè)出的孔隙水壓力和真空表的讀數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)同一深度距板同樣距離處孔壓和真空度進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在數(shù)值上存在著近似的關(guān)系。圖2-20、2-21 分別為 30cm

24、和 60cm 深度的孔壓與真空度的關(guān)系曲線。圖2-20 30cm 深度孔壓差與真空度關(guān)系曲線圖2-21 60cm 深度孔壓差與真空度關(guān)系曲線由以上兩圖可以看出，孔壓和真空度的發(fā)展趨勢(shì)相同，數(shù)值上比較一致。但在一些位置上也存在著一定的差別。有的文獻(xiàn)提出，隨著水位線的降低，真空度可能不能真實(shí)的反應(yīng)土體中的孔隙水壓力，本試驗(yàn)中土體為飽和狀態(tài)，水位線可以認(rèn)為在土體表面，在抽真開(kāi)始階段可以觀察到真空軟管中有水出現(xiàn)，抽真空過(guò)程中，軟管中水位逐漸下降，由于本試驗(yàn)?zāi)Ｐ洼^小，土體深度為 1m，下降幅值不會(huì)太大，另外土層的沉降值也較小，考慮兩者的綜合作用，真空度與孔隙水壓力的讀數(shù)差值誤差在 10kPa 以內(nèi)，這與

25、試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果相符合，證明上述推理是符合實(shí)際情況的。2.5.7 土體加固效果2.5.7.1 土體含水量及容重變化第一階段真空預(yù)壓持續(xù) 530 小時(shí)后，打開(kāi)密封膜，去除砂墊層，對(duì)土體的加固效果進(jìn)行定量測(cè)試，用螺旋式取土器取不同深度的土樣，對(duì)其進(jìn)行含水量測(cè)試，土體不同深度處含水量的變化曲線如圖2-22 所示：圖2-22 不同深度處土體的含水量由上圖可見(jiàn)，土體含水量大約在 50%左右，土體初始含水量在 90%，下降了35%-50%，加固效果較為明顯。此外，土體中含水量沿著深度方向下降幅度不一致，淺層土體由于土體中真空度較高，孔隙水壓力消散較快，排水路徑較短，含水量下降幅值比深層大。用環(huán)刀取表層土體，做

26、容重測(cè)試，測(cè)出土體的容重值為 16.28kN /m3，土體的初始容重為 14.79kN /m3，容重得到了增長(zhǎng)，這主要是因?yàn)殡S著土體中水分的排出，土體的含水量下降，而土顆粒的密度比水大，使得容重值變大。2.5.7.2 加固后十字板強(qiáng)度本試驗(yàn)所采用的儀器為英國(guó) ELE 公司生產(chǎn)的“H-60 Hand-Held Vane Tester”,見(jiàn)圖2-23，該儀器測(cè)試精準(zhǔn)且操作方便，已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用；該儀器包含三種類型的十字板頭，分別為 16*32mm，20*40mm，25.4*50.8mm；其對(duì)應(yīng)所測(cè)得的不排水強(qiáng)度范圍分別為 0-50 kPa，0-100 kPa，0-200kPa。圖2-2

27、3 H-60 現(xiàn)場(chǎng)十字板儀本試驗(yàn)在場(chǎng)地中一共選取 3 個(gè)位置，分別對(duì)深度為 0cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm 和 60cm 的土層進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)時(shí)將 H-60 十字板直剪儀插入土體中，旋轉(zhuǎn)上部的手柄（見(jiàn)圖2-24），直至土體發(fā)生破壞，讀取此時(shí)的刻度值，所測(cè)得值為原狀土的抗剪強(qiáng)度值，然后對(duì)該處的重塑土進(jìn)行十字抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)得重塑土的抗剪強(qiáng)度值，據(jù)此可以計(jì)算土體的靈敏度。圖2-24 測(cè)試土體的抗剪強(qiáng)度根據(jù)以上方法對(duì)加固后土體進(jìn)行十字板試驗(yàn)，取不同位置的十字板強(qiáng)度，建立了距排水般不同距離處土體十字板強(qiáng)度隨深度的變化曲線，如圖2-25 所示：圖2-25 距排水板不同距離處土體

28、十字板強(qiáng)度隨深度變化曲線根據(jù)以上關(guān)系曲線可知原狀土的十字板強(qiáng)度隨土體的深度有不斷減小的趨勢(shì)，上部土體強(qiáng)度提高幅度較大，下部土體提高幅度較小，這與現(xiàn)場(chǎng)情況基本相同，真空預(yù)壓加固到停止的標(biāo)準(zhǔn)后，土體的強(qiáng)度只有上部提高的比較明顯，即使再延長(zhǎng)加固時(shí)間也不能使十字板強(qiáng)度進(jìn)一步提高。由實(shí)驗(yàn)得出的十字板抗剪強(qiáng)度可知，加固后土體的抗剪強(qiáng)度介于 30-60kPa之間，但是隨著深度的增加土體十字板強(qiáng)度急劇下降，這在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象。另外，還可以觀察到距離排水板較近的土體十字板強(qiáng)度較高，這與土體中真空度以及孔壓消散的規(guī)律相似。2.6 二次加固試驗(yàn)結(jié)果分析2.6.1 真空度隨時(shí)間變化分析二次插板后，對(duì)土體進(jìn)

29、行二次加固，加固過(guò)程記錄了不同時(shí)刻膜下真空度和板中真空度隨時(shí)間的變化曲線，如圖2-26 所示：圖2-26 排水板不同深度真空度隨時(shí)間變化曲線由于進(jìn)行了一次加固后，土體達(dá)到了一定的密實(shí)度，所以試驗(yàn)開(kāi)始階段膜下真空度上升速度較快，半小時(shí)內(nèi)即達(dá)到了 80kPa 的真空度，隨后 1 小時(shí)內(nèi)達(dá)到90kPa。之后一直穩(wěn)定 90kPa 左右。從圖中可以看出，排水板中的真空度，隨著抽真空開(kāi)始，在抽氣的頭幾個(gè)小時(shí)，幾乎與膜下真空度同時(shí)快速上升。隨著抽氣時(shí)間的增長(zhǎng)，排水板與膜下的真空度均趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，排水板中的真空度與膜下真空度的變化曲線相比，曲線形狀幾乎一致，由于受井阻作用，塑排板中的真空度隨深度出現(xiàn)同一次

30、加固相同的衰減規(guī)律。這說(shuō)明真空預(yù)壓進(jìn)行地基加固過(guò)程中，真空度沿排水板的衰減具有普遍的規(guī)律，這為以后的真空預(yù)壓有限元計(jì)算和相關(guān)的計(jì)算研究提供了依據(jù)。2.6.2 沉降隨時(shí)間變化分析固結(jié)沉降實(shí)衡量真空預(yù)壓地基加固的一個(gè)重要因素，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)土體表面的沉降量進(jìn)行了記錄，建立了沉降量隨時(shí)間變化曲線，如圖2-27 所示：圖2-27 沉降隨時(shí)間變化曲線上圖表明二次抽真空開(kāi)始的頭 10 個(gè)小時(shí)，土體沉降較為迅速，達(dá)到了 2mm/小時(shí)，之后沉降速度放緩，逐漸趨向于一個(gè)穩(wěn)定值，可見(jiàn)沉降曲線呈拋物線型。在連續(xù)加固 50 小時(shí)后土體沉降值達(dá)到 1.2cm，期間土體沉降速度比一次加固后期快，土體的最終沉降值近 3cm。

31、表明二次插板加固能夠有效的對(duì)土體進(jìn)行進(jìn)一步的加固，提高了加固效果。2.6.3 孔壓隨時(shí)間變化分析試驗(yàn)過(guò)程同時(shí)對(duì)土體中不同深度的孔隙水壓力進(jìn)行了測(cè)試記錄，建立了孔壓隨時(shí)間的變化曲線，如圖2-28 所示：圖2-28 二次加固孔壓變化曲線由上圖可見(jiàn)，二次插板抽真空開(kāi)始階段，土體各深度仍有負(fù)的超級(jí)孔隙水壓力存在，并且表現(xiàn)為深處大于淺層的現(xiàn)象，這主要是由于，前后兩次插板抽真空間隔的時(shí)間較短，土體中的負(fù)壓未能及時(shí)消散。隨著抽真空的開(kāi)始，土體中的孔壓迅速下降，在開(kāi)始的 50 小時(shí)內(nèi)孔壓消散大致呈線性增長(zhǎng)。連續(xù)抽真空 100 小時(shí)之后不同深度土體中的孔壓消散值基本達(dá)到一次加固后期的水平，之后的 200小時(shí)，孔

32、壓繼續(xù)消散，但消散速度明顯減緩，最終各深度土層中的孔壓值趨于穩(wěn)定。二次加固后期中的孔壓值普遍達(dá)到-75kPa 以上，淺層 30cm 土體達(dá)到了-80kPa，與一次加固相比，孔壓得到了進(jìn)一步消散，土體得到更好的加固，因此，二次插板加固的試驗(yàn)方法有助于提高真空預(yù)壓加固土體的加固效果，具有實(shí)際的工程意義，是一種值得進(jìn)一步研究的施工工藝。2.6.4 二次加固效果分析2.6.4.1 土體含水量及容重變化二次加固預(yù)壓持續(xù) 330 小時(shí)后，打開(kāi)密封膜，去除砂墊層，對(duì)土體的加固效果進(jìn)行定量測(cè)試，用螺旋式取土器取不同深度的土樣，進(jìn)行含水量測(cè)試，土體不同深度處含水量的變化曲線以及與一次加固后土體含水量比較如圖 2

33、-29 所示：圖2-29 土體不同深度含水量由上圖可見(jiàn)，二次加固后土體含水量在一次加固后含水量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步下降，含水量繼續(xù)下降了大約在 10%左右，表明二次插板后土體得到了進(jìn)一步加固。含水量下降幅值與一次加固相比，在土體下部下降幅度較大。用環(huán)刀取表層土體，做容重測(cè)試，測(cè)出土體的容重值為 17.41kN /m3，土體的初始容重為 14.79kN /m3，第一階段抽真空后土體容重為 16.28kN /m3，容重得到了進(jìn)一步增長(zhǎng)。2.6.4.2 十字板強(qiáng)度增長(zhǎng)二次加固結(jié)束后，對(duì)土體不同位置的十字板強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，分別建立了二次加固離板不同距離處土體十字板強(qiáng)度與深度的關(guān)系曲線、同一位置兩次加固后土體十

34、字板強(qiáng)度的比較曲線，如圖 2-30 所示：圖2-30 排水板外不同距離處土體十字板強(qiáng)度隨深度變化曲線圖2-31 兩次加固距板 10cm 處土體十字板強(qiáng)度比較圖2-32 兩次加固距板 15cm 處土體十字板強(qiáng)度比較根據(jù)以上關(guān)系曲線可知，經(jīng)過(guò)二次插板抽真空，土體的抗剪強(qiáng)度得到了進(jìn)一步提升，抗剪強(qiáng)度平均提高了 5-10kPa，加固效果較為明顯，十字板強(qiáng)度的增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在下部土體強(qiáng)度的增長(zhǎng)上，從強(qiáng)度角度上講，二次加固解決了吹填土地基加固后上部土體強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，下部土體強(qiáng)度增長(zhǎng)較小的問(wèn)題。表明二次插板再次加固方法是對(duì)吹填土地基實(shí)有效可行的。2.7 吹填土地基加固效果評(píng)價(jià)及原因分析隨著造陸區(qū)域范圍的擴(kuò)展，

35、原地面的標(biāo)高越來(lái)越低，目前天津?yàn)I海新區(qū)圍海造陸的區(qū)域由原來(lái)的+2.0m 降低到-2.0m 以下，使得吹填土越來(lái)越厚，現(xiàn)在已經(jīng)接近 10m。吹填土的含水率一般在 80%以上，常用的真空預(yù)壓手段的加固效果很難保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且與理論計(jì)算結(jié)果有很大差距。根據(jù)現(xiàn)行的真空預(yù)壓的有關(guān)規(guī)程，停止真空預(yù)壓的控制標(biāo)準(zhǔn)是變形不超過(guò)5mm/天。但檢測(cè)結(jié)果表明，在變形達(dá)到該穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后，表層土體表面十字板強(qiáng)度可以達(dá)到 40kPa 左右，地表 3-4m 以下土體十字板強(qiáng)度只有 10kPa 左右，下面的吹填土的加固效果更差。即使延長(zhǎng)加固時(shí)間也不能使加固效果明顯改善。加固的實(shí)際效果是形成了一個(gè)表面的硬殼層。在使用階段，未

36、得到很好加固的硬殼層以下的吹填土層實(shí)際上控制著地基承載力與工后沉降。這種現(xiàn)象一直沒(méi)得到合理的解釋，這個(gè)問(wèn)題也沒(méi)有得到很好的解決。為了探索這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和解決問(wèn)題的方法，本文進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)的超軟土真空預(yù)壓模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明超軟土的大變形使排水板發(fā)生扭曲變形甚至折斷，其排水功能隨時(shí)間不斷降低，導(dǎo)致真空預(yù)壓達(dá)不到預(yù)期的加固效果。為了進(jìn)一步探索提高加固深厚吹填土的有效的加固方法，進(jìn)行了二次插板預(yù)壓試驗(yàn)。通過(guò)比較一次加固和二次加固孔壓消散、含水量變化和十字板強(qiáng)度，探究一次加固效果欠佳的原因。2.7.1 兩次加固的孔壓變化圖 2-33 為一次插板模型試驗(yàn)過(guò)程中孔壓變化曲線，圖 2-33 記錄了土體

37、中不同深度處的孔壓變化曲線，由曲線可知，在加固 440 小時(shí)后土體中的孔壓消散基本達(dá)到穩(wěn)定，440550 小時(shí)過(guò)程中孔壓值基本上沒(méi)有什么變化，從曲線可以看出，土體加固已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但此時(shí)淺層土體孔隙水壓力只有-70kPa左右，而深層的空隙水壓力只有-40kPa 左右，比施加的真空度 90kPa 相差還很大，說(shuō)明土體還沒(méi)有完全固結(jié)。圖2-33 不同深度處孔壓隨時(shí)間變化曲線圖2-34 為二次插板再加固模型試驗(yàn)過(guò)程中孔壓變化曲線，由曲線可知，在加固 250 小時(shí)后土體中的孔壓消散基本達(dá)到穩(wěn)定，最終孔隙水壓力達(dá)到了-85kPa左右，幾乎接近施加的真空度 90kPa，說(shuō)明土體基本固結(jié)完畢。圖2

38、-34 二次插板土體孔壓隨時(shí)間變化曲線由一次插板加固和二次插板加固的孔壓變化曲線可知，一次插板加固達(dá)到穩(wěn)定時(shí)淺層孔壓值達(dá)到-70kPa 左右，深層只有-40kPa 左右，已經(jīng)很難使孔隙水壓力繼續(xù)降低，而二次插板再加固可以使孔壓繼續(xù)降到-85kPa 左右，幾乎接近了真空度的施加值 90kPa。說(shuō)明在第一次插板加固后期排水板的效率已經(jīng)大大降低或局部失效，從而使真空預(yù)壓加固效率很低，孔隙水壓力很難進(jìn)一步降低，以致達(dá)不到預(yù)期效果。二次插板再加固能夠使土體進(jìn)一步固結(jié)，孔壓進(jìn)一步降低，基本接近排水板中真空度。從孔隙水壓力變化曲線來(lái)看，二次插板再加固在很大程度上提高了加固效果。2.7.2 兩次加固后含水量比

39、較分別對(duì)一次插板和二次插板加固后的含水量進(jìn)行測(cè)定，取不同深度處的含水量，作含水量與深度的關(guān)系曲線，如圖 2-35 所示，由圖可見(jiàn)，一次插板加固后土體含水量大約在 47%-55%左右，土體初始含水量在 85%，下降了 30%-38%。此外，土體中含水量沿著深度方向下降幅度不一致，含水量變化上部明顯大于下部含水量變化。二次插板再加固后含水量大約在 38%-47%之間，比一次插板加固含水量又降低了 10%左右，說(shuō)明二次插板再加固能在很大程度上將含水量進(jìn)一步降低。由曲線可以看出，在深度 40cm 以下含水量降低較多。這在一定程度上說(shuō)明了在 40cm深度以下排水板的功能降低較多。這與后面排水板的變形范圍

40、較吻合。由含水量的變化曲線可知，二次插板再加固能夠使土體的加固效果在很大程度上得到了提高。圖 2-35 土體不同深度含水量2.7.3 十字板強(qiáng)度圖 2-36、2-37 為一次插板和二次插板加固后十字板強(qiáng)度隨深度的變化曲線，由曲線可知，一次插板加固后，十字板強(qiáng)度隨深度增加急劇下降，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)為雙面排水，所以底部強(qiáng)度有所增加。二次插板再加固后十字板強(qiáng)度隨深度遞減率得到了很大的改善，不像一次插板加固下降那么急劇。由曲線可以發(fā)現(xiàn)十字板強(qiáng)度在二次插板再加固后增加量比較大的是 20cm 下部分。這充分說(shuō)明了一次插板加固后期排水板下部的效率降低甚至失效。二次插板再加固后下部強(qiáng)度明顯增大。圖 2-36 離板 1

41、0cm 處兩次插板強(qiáng)度隨深度變化圖2-37 距板 15cm 處兩次插板十字板強(qiáng)度隨深度變化圖2-38 二次插板十字板強(qiáng)度增量隨深度變化曲線圖2-38 為二次插板再加固后較一次插板加固后十字板強(qiáng)度增量隨深度變化曲線，由圖可知，二次插板再加固后的強(qiáng)度增長(zhǎng)量在排水板下半部分增加的比較多，這充分的說(shuō)明了排水板下部在一次插板加固過(guò)程中效率降低。根據(jù)以上關(guān)系曲線可知，經(jīng)過(guò)二次插板抽真空，土體的抗剪強(qiáng)度得到了進(jìn)一步提升，十字板強(qiáng)度平均提高了 6-16kPa，加固效果較為明顯，表明二次插板再加固的方法是有效可行的，說(shuō)明二次插板再加固有效的解決了一次插板中排水板失效問(wèn)題，使得真空度能夠在土體中得到更大范圍的傳遞

42、，從而加快了土體的排水固結(jié)，提高了真空預(yù)壓后期的效率。由以上得出的孔隙水壓力、含水量、十字板強(qiáng)度變化規(guī)律可知，高含水量的超軟土地基真空預(yù)壓一次加固效果欠佳，通過(guò)二次插板再加固可獲得較好的加固效果，二次加固后含水量進(jìn)一步降低，十字板強(qiáng)度得到了進(jìn)一步的提高，并且沿深度十字板強(qiáng)度衰減幅度得到了很大的改善。2.7.4 一次加固效果欠佳原因分析為了探究一次加固效果欠佳的原因，在模型土樣開(kāi)挖一個(gè)剖面，露出土體中的排水板，發(fā)現(xiàn)一次插板加固階段的排水板產(chǎn)生了彎曲和折斷現(xiàn)象，二次插板階段的排水板沒(méi)有明顯的變形，如圖2-39-圖2-42 所示：圖2-39 一次插板排水板彎曲變形圖2-40 排水板“Z”型彎曲變形圖

43、2-41 排水板變形范圍的測(cè)量圖2-42（a）兩次加固排水板彎曲變形比較圖2-42(b)兩次加固排水板彎曲變形比較圖2-43 排水板彎曲變形尺寸圖（cm）通過(guò)圖 2-43 可以發(fā)現(xiàn)，一次插板階段的排水板上半部分出現(xiàn)較大的“S”型彎曲變形，部分出現(xiàn)了死角，部分產(chǎn)生“Z”字形彎曲，某些局部出現(xiàn)折斷現(xiàn)象，這使排水板在一定范圍內(nèi)失去傳遞真空度、排水通道的作用。通過(guò)測(cè)量某一代表性的變形后的排水板，發(fā)現(xiàn)上部 42cm 的排水板變形較大，折角較尖銳，而下部40cm 基本沒(méi)有變形。產(chǎn)生這種變形的原因主要是在一次插板加固過(guò)程中高含水量的超軟土產(chǎn)生很大的沉降變形，從而導(dǎo)致排水板在上部壓力作用下發(fā)生屈曲，產(chǎn)生很大的