真空预压法简介建筑土木工程

1、一.真空预压法简介真空预压法(VacuumPrcloading)是指利用抽真空的方法，使土体中形成一个局部的负压源，通过降低砂井或排水板中的孔隙水压力而使土体中的孔隙水排出，从而增加有效应力来压密土体的地基加固方法。如图1-1所示，首先在原地基上打设塑料排水板作为竖直排水体，然后在地基表而铺垫一定厚度的砂垫层，在砂垫层中铺设排水滤管。将不透气的薄膜铺设在砂垫层之匕薄膜四周买入土中，通过埋设在砂型层中的排水灌管将膜卜.砂垫层中的空气抽出，从而使砂型层和排水板中形成负的真空压力，使排水板和周围土体之间形成孔压差，土体中的孔隙水在压力差的作用卜.渗流到排水板中，通过排水滤管排出土体，以达到固结的目的

2、。真空预压系统由抽真空系统、排水排气系统和密封系统三部分组成，根据目前的施工经验，膜卜真空度可以维持在8595kPa左右，一般的可取8()kPa作为设计压差。当固结度达到一定的设计要求时停止抽真空。密封膜真空预压法具有以下主要优点：(1)区别于堆载预压，抽真空形成的压差所产生的荷载，不会使土体产生剪应力，故地基不会发生失稳破坏，我荷可一次快速施加，加固速度快，施工工期短；(2)加固过程中土体除产生竖向压缩外，还伴随向着加固区的侧向收缩，加固后土的密实度较堆载预压高，处理深厚软基效果更好；(3)施工工艺、机具和设备简单，能耗低，作业效率高，加固费用低，适用于大规模地基加固；(4)不需要大量堆载材

3、料，施工中无噪音、无振动、不污染环境；(5)更适用于狭窄地段、边坡附近的地基加固等。二真空预压加固吹填土地基室内模型试验研究目前，真空预压法作为一种相对成熟的施工工艺已广泛应用于沿海地区惘海造陆工程实践，取得良好的经济效益。从施工的角度而言，真空预压技术已相对成熟，但吹填土地基的真空预压的理论研究缺远远落后工程实践的需要，不少理论问题至今未能得到解决，如真空预压中土体中真空度的纵向和横向分布规律，了解真空度在土体中的分布情况将有助于真空预压的理论研究和机理分析。目前国内外时与真空度分布规律的研究较少，有必要通过试验对其进行研究分析。随着沿海刖星项目的发展，对土体的需求越来月迫切，阳海造陆生要是

4、由水力吹填的方式形成的吹填土地基，随着吹填标高的降低，吹填厚度也越来月大，由原来的2m增加到现在的10m左右。吹填土地基是由含水量高达80%以上的吹填泥形成的软土地基，在真空预压过程中会发生很大的固结沉降。在吹填土地基真空预压过程中发现很多理论上难以解解的问题，如加固一段时间后，土体中的水排出速度明显降低，孔压消散变得缓慢；加固完毕后上体上部强度增长明显，但3m以卜土体强度增长很小；有限元计算结果与实测数据存在一定的偏差等。这些现象一直没有给出合理的解释，对这些问题需要通过试验的手段进行探索研究。21试验目的为探索研究吹填土地基真空预压过程中出现的问题，木大纲设计真空预压模型试验，通过室内模型

5、试验达到以下试验目的：（1）通过记录试验过程中孔压传感器和真空表读数研究真空度在排水板深度方向的分布规律，研究土体中真空度在横向和竖向的分布规律。（2）通过对真空度、孔隙水压力的变化以及土体固结沉降和排水情况观察，探索排水板时间效应的存在，并分析其原因。（3）比较分析土体中相同位置处孔隙水压力与真空度的相互关系。（4）走出能够解决真空预压过程中排水板效率降低的方法，本大纲通过二次插班来验证排水板效率问题，并证明二次插板能够解决排水板效率降低问题。2.2试验装置为了验证高含水量超软土真空预压时间效应的存在性，并探究其产生的原因，本文设计加工了模型试验装置，如图2-1所示。模型试验装置由模型槽、排

6、水体系、真空泵、真空表和量测系统组成。模型槽由钢板和钢构架定制而成，尺寸为长乂宽高=1.2mX1.2mX1.5m,采用钢构架支撑外困钢板槽，防止钢板槽产生侧向变形；排水体系由真空预压滤水管、砂袋和塑料排水板组成，将排水体系打设于模型槽内的土样中，再将排水体系连接到由真空泵组成的抽真空装置；量测系统由安装在模型槽内土样表明的百分表和厘米刻度尺、真空表组成，匣米刻度尺用来量测泥面高度，真空表用来测量土体内和砂垫层中的真空度，孔压传感器用来测量土中不同深度的孔压。试验模型见下面各图：1200图21试验模型示意图模型试验所用的淤泥土样初始状态参数如表2-1所示，淤泥的体积为1.2mX1.2mXl.lm

7、,淤泥的初始高度为1.1m,初始含水量为90%,注入淤泥后的模型槽如图2-2所示。淤泥注入模型槽后，在土体中打设排水板（打设过程如图2-2所示）、埋设孔压传感器和真空表探头（图2-3）,其中排水板间距为30cm,成方阵形布置。6个孔压传感器在纵向上分别埋设于土体的30cm>60cm>90cm深度处，横向上离排水板的距离分别为10cm、15cm、30cm。真空探头的埋设方法根孔压传感器相同，孔压传感器和真空探头的埋设如图2-4所示。然后在上面铺10cm的砂垫层，铺设排水虑管，最后铺设土工布并封膜（图2-5）,连接并开启真空泵（图2-6）进行抽真空。土样含水后废液限/%烈限底型性指数容

8、乖（kN/m，）卜字板强澳（kPa）淤泥8550252514.792-5表2-1土样原始物理性质指标图2-2土样制备和排水板的打设图2-3孔压传感器和真空表的布置图2-4排水虑管及砂垫层铺设图2-5抽真空后的模型槽子图2-6真空泵2.3 试验方法该试验由试验模型槽子、排水板、真空泵、滤水管等组成，槽子尺寸为150cmx120cmx120cm,在槽子中放置110cm深的土样，在土体中打设排水板，排水板的间距为30cm。在土体中分别放置两组孔压传感器及真空探头，一组为距离排水板10cm,深度为30cm、60cm、90cm,另一组距离排水板15cm,深度同样为30cm、60cm、90cm,以读取土体

9、不同深度以及距离排水板不同距离处孔压与真空度随时间的变化。在其中一个排水板不同深度分别为30cm、60cm、90cm处放置真空探头（如图2-8）,以测量真空度沿排水板纵向的分布。完成上述操作后，在土体上面铺设30cm厚砂垫层，在砂垫层中铺设滤水管，安置真空表以测量膜卜.真空度，在砂垫层上面铺设土工布，最后在顶部封膜。将滤管与外面的真空泵通过定制的接头相连，进行抽真空。试验过程中记录真空度、孔隙水压力以及沉降量。加固一段时间后，当真空度、孔压变化较小，并且低于设计值，沉降不在又明显变化时，停止抽真空。这时打开封膜，对上体进行二次插设排水板进一步抽真空加固，并记录后续真空度、孔隙水压力以及沉降变化

10、数据。最后比较两次加固的效果。排水板平面布置图如图2-7所示。图2-7排水板平面布苴图图2-8排水板中真空探头的分布2.4 试验内容为了达到前述试验目的，在试验过程中需要测量一下内容：（1）实验前测量上体的初始含水量、容重。（2）记录试验过程中的不同时刻不同深度处真空表及孔压传感器的读数。（3）通过百分表记录试验过程中不同时间土体的表面沉降。（4）当抽真空一段时间后，连续几天出水不明显，孔压及真空度上涨缓慢时，开膜测量土体不同深度及距离排水板不同距离处土体的含水量以及十字板强度。测试土体的容重。（5）完成第五步后在原先排水板之间进行二次插板，排水板间距变为15,封膜继续抽真空，其余数据记录同前

11、一阶段。<6）:式验结束后测量上体不同深度及距离排水板不同距离处上体的含水量以及十字板强度。测试土体的容重。2.5 一次加固试验结果分析2.5.1 现象描述土洋装填至设定标高，排水板、真空探头、孔压传感器插放完毕，滤管砂垫层铺设完毕之后，将土体静置30小时后开始抽真空，抽真空前测得其自重沉降为1.2cm,这部分沉降主要是因为土体是由含水量较高的淤泥泥浆形成的，为欠固结土，在土体自重作用和上部砂垫层重力作用，土体中存在超孔隙水压力，当在土体中打设排水板后，相当于在土体中增加了排水通道，并且缩短了排水路径，超孔隙水压力迅速消散，从而产生了同结沉降。如第二章所述相同，这部分沉降为插板期间的沉降

12、，与现场情况相同。静置30小时后，开启真空泵抽真空。试验开始阶段，真空表膜下真空度上升速度较快，2小时内即达到了60kPa的真空度。观察孔压变化,发现孔压下降速率也较快，此时孔隙水已经开始积聚在排水系统中。初始孔压大于静水压力，表明存在由于土体自重和砂垫层自重作用产生的超孔隙水压力还没有完全消散，此时的孔压消散是由抽真空和土体重力二者联合作用的结果。观察百分表读数变化较快，6小时内即发生了1cm的沉降，同时土体中心部分沉降速度较边缘迅速,到了试验后期，即加固400小时后，整个土体上部形成坑洼状。抽真空大约两小时后漉管出水管内开始有水排出，出水清澈，较为连续，出水量较大。开始出水后10个小时内，

13、水流较为连续，之后变为间歇性出水，在抽真空作用的过程中间歇时间不断延长，由开始的10分钟逐渐延长到1小时，到真空预压作用后期，即连续抽真空作用持续了300小时后，间歇时间延长至12小时，400小时后则很少见到出水，间歇时间20至30小时不等。这种现象表明，在抽真空作用的过程中，排水板周南土体中的水渐渐推出，孔压得到消散，而随着抽真空作用的继续，真空度不断向周雨土体扩散，排水路径延长，同时由于排水板周惘土体的固结，渗透系数变小，排水速率降低，砂垫层中的水有一个积聚的过程，因而才会出现间歇形排水。试验开始后的前4小时内未能观察到土体中真空表的读数，表明真空度由砂垫层和塑料排水板逐渐向周惘土体扩散需

14、要一个能量不断积蓄的过程，真空表读数表明浅层土体中较之深层土体首先开始形成真空度。当孔压传感器读数为负值时，土体中真空表开始有读数。之后随着负的孔压读数的增长，土体中的真空度也继续增长。膜下真空度在抽真空作用10()小时后上升到80kPa,之后缓慢上升到90kPa。随着抽气时间的增长，排水板与膜下的真空度均趋于相对稳定状态，排水板中的真空度与膜下真空度的变化曲线相比，曲线形状几乎一致，在相同时间，排水板中不同深度的真空度值均低于膜下真空度并随着深度的增加而逐渐减少，呈现一定的梯度反应了排水板存在一定的井阻作用。2.5.2 沉降随时间变化分析试验过程中记录了不同时间的沉降值，建立了沉降与司结时间

15、的关系曲线，如图2-9所示：抽口堂时间(H)25-图2-9沉降随时间变化曲线由曲线可以看出在抽真空初始阶段，沉降较快，最初的50小时内，沉降值基本呈线性增长，沉降值达到了8cm,完成了总沉降的40%,这也说明了土体为欠固结土，在真空预压开始的阶段是在土体自重和负的真空压力共同作用下产生固结，当土体自重产生的超孔压消散完毕后，真空预压只有在负真空压力作用下固结，因而会表现出开始阶段沉降速率较快，随着时间的峭长，沉降逐渐放缓，最后趋向于一个稳定值。随着土体的加固，土体孔隙比变小，渗透系数降低，真空度向距板远处土体传递的难度加大，排水固结的效率降低，这也是后期沉降速率降低的原因。同时可由上图看出，土

16、体中心部分沉降较大，边缘处沉降值小于中心部分，差值达到3cm。253真空度随时间变化分析（1）膜下真空度测试成果分析图2-10为真空预压过程中膜下真空度随时间变化曲线，从图中可以看出，膜下真空度随着抽真空时间的增加，开始上升很快，经过2个小时的抽气，膜下真空度即可达到60kPa,5天即可达到90kPa左右，之后一直稳定在90kPa左右。说明在抽真空的初始阶段，随着膜下砂垫层中的空气被迅速抽出，膜下真空度随抽气时间的增加快速上升。抽真空时间（H）图2-10膜下真空度随时间变化曲线（2）排水板中的真空度测试成果分析随着抽真空作用的开始，首先引起膜下砂垫层中真空度的变化，由于空气的流体性质，当膜卜.

17、砂垫层中的大气压发生变化，必然引起与之相通的塑排板中产生真空度，从而是负的真空压力传递的土体中，使土体中孔压不断的消散。股卜真空度20100100200300400500600抽真空时间（H）图2-11排水板不同深度真空度随时间变化曲线图2-11为排水板不同深度处真空度随时间变化曲线，从图中可以看出，排水板中的真空度，随着射流泵抽真空开始，在抽气的头几个小时，几乎与膜下真空度同时快速上升。随着抽气时间的增长，塑排与膜卜的真空度均趋于相对稳定状态，塑排中的真空度与膜卜真空度的变化曲线相比，曲线形状几乎一致，由于受到阻力的作用度，塑排板中的真空度随着深度的增加而逐渐减少。证明了排水板井阻现象的存在

18、，塑料排水板中稳定后的负压分布沿深度方向的损失大约为3kPa/m,真空度的衰减率为0.25,根据这个规律，可以计算出现场插板深度为20m的排水板中延伸度的传递规律如图2-12所示：-80kPa20kPa图2-12排水板负压分布规律2.5.4 土体中的真空度测试成果分析试验过程中对土体不同深度的真空度进行了测试，土体中拈竖向真空度随时间变化曲线如图2-13所示：80 -050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600抽真空时间（H）(PCD!) MSJ图2-13土中纵向真空度比较图由图2-13可知，土体不同深度处，真空度在抽真空作用开始时均上升较快，

19、上升速度表现为随着深度增加递减。抽真空一段时间后土体中真空度涨速放缓，开始逐步上升，但总体趋势是趋于一个稳定的数值。浅层30cm深处土体中真空度最终达到-70kPa,而深层90cm处真空度则最终稳定在-55kPa。随深度的增加,淤泥中真空度的衰减梯度较大，远大于塑排真空度的衰减悌度。说明淤泥中的真空阻力相对较大，土体中真空度沿深度方向的损失大约为15kPa/mo由真空度在土体中随时间变化曲线和真空度在排水板中随时间变化曲线相比可以发现，真空度在上体增长是一个缓慢的增长过程，而真空度在排水板中则很快达到最大值，这说明其空度在土体中的传递是一个缓慢传递的过程，也是孔隙水压力消散过程的一个反映。10

20、0抽a时间h)600图2-14距板5cm处土体和排水板中真空度变化曲线图2-14为距离排水板5cm处土体中的真空度，由上图可见，随着抽真空开始，在抽气的头几个小时，板外近距离的土体几乎与对应深度排水板中真空度同时快速上升。随着抽气时间的增长，塑排与土体的真空度均趋于相对稳定状态。试验开始阶段二者真空度差值在10kPa左右，随着抽真空的继续，差位不断减小，最终土体中的真空度逐渐与排水板吻合，表明真空能量的传递是需要一个长期的过程。图2-15、2-16为土体在某一深度处距离板不同距离处的真空度随时间的变化曲线，由图可知，在横向距离板越远土体中的真空度越小，通过建立真空度一离排水板的距离之间的关系可

21、以发现真空度在横向上也存在递减现象，也可以建立类似轻向排水板中孔压递减规律，如图2-17所示。600图2-15 土体中30cm深度处离板不同距离的真空度变化曲线80图2-17离板不同距离处真空度的变化曲线由以图2-15图2-17可以看出，距排水板不同距离处土体中的真空度的横向分布规律是随着与排水板水平距离的加大，土体中的真空度逐渐变小。表现为真空度沿着土体横向的逐步衰减，这种衰减的幅度乂随着土体深度的加大逐渐扩大。2.5.5 孔压随时间变化分析试验过程中对孔压进行了测试记录，研究土体中不同位置的孔压变化规律，图2-18、图2-19为土体内不同位置的孔压的变化曲线：抽真空时间(H)006O500

22、04- - oooooooooooo 2 1 123456 7 89(pen 二千5一抽真空时间(H)图2-18距板15cm处不同深度的孔压变化曲线O1000图2-19距板不同距离处土体内孔压变化曲线由以上两图可以看出，淤泥中的孔隙水压力随着抽真空开始迅速卜.降，逐渐产生负的孔隙水压力，随着抽真空时间的增加，孔隙水压力负值增大，孔隙水压力卜.降幅度逐渐变小。由曲线图可以看出，不同上体深度处孔压的变化量明显不同，浅层30cm处孔压变化最大，由初始的5kPa变为最终的-7()kPa060cm深度和90cm深度孔压变化R明显小于30cm深度的孔压变化，达到的最大孔压值为-52kPa和-48kPa&#

23、176;这从另一个侧面说明了排水板中真空度传递的井租作用。图中60cm和90cm深度孔压变化曲线有所交错，主要可能是因为排水板的弯曲变形，导致孔压计与排水板距离的变化，从而引起孔压数值不能真实反应设定位置的真实位置。另外，距排水板不同距离处土体中的孔压消散表现为与真空度类似的横向分布规律。随着与排水板水平距离的加大，土体中的孔压消散逐渐变小。2.5.6 真空度与孔隙水压力关系曲线及分析真空度与孔隙水压力作为两个不同的概念，前者描述气体状态，后者描述液体状态，两者之间存在着怎样的关系需要通过试验数据来研究，为了探索孔压传感器测出的孔隙水压力和真空表的读数之间的关系，对同一深度距板同样距离处孔压和

24、真空度进行了测试，发现在数值上存在着近似的关系。图2-20、2-21分别为30cm和60cm深度的孔压与真空度的关系曲线。抽真空时间(H)(Bern 史WE至H200300400500600一一孔压30cm 一真空及30cm图2-2030cm深度孔压差与真空度关系曲线抽真空时间(H)o o o o O -27 f-8 Qd 工二UWEWd200300400500600JlZL60ca 一真空度60an图2-2160cm深度孔压差与真空度关系曲线由以上两图可以看出，孔压和真空度的发展趋势相同，数值上比较一致。但在一些位置上也存在着一定的差别。有的文献提出，随着水位线的降低，真空度可能不能其实的反

25、应上体中的孔隙水压力，本试验中上体为饱和状态，水位线可以认为在上体表而，在抽真开始阶段可以观察到真空软管中有水出现，抽真空过程中，软管中水位逐渐下降，由于本试验模型较小，土体深度为1m,下降幅值不会太大，另外土层的沉降值也较小，考虑两者的综合作用，真空度与孔隙水压力的读数差值误差在lOkPa以内,这与试验测试结果相符合，证明上述推理是符合实际情况的。2.5.7 土体加固效果2.5.7.1 土体含水量及容重变化第一阶段真空预压持续530小时后，打开密封膜，去除砂垫层，对土体的加周效果进行定量测试，用螺旋式取土器取不同深度的土样，对其进行含水量测试，土体不同深度处含水量的变化曲线如图2-22所示：

26、深度(cm)图2-22不同深度处土体的含水试由上图可见，土体含水量大约在50%左右，土体初始含水量在90%,下降了35%-50%,加固效果较为明显。此外，土体中含水量沿着深度方向下降幅度不一致，浅层土体由于土体中真空度较高，孔隙水压力消散较快，排水路径较短，含水量下降幅值比深层大。用环刀取表层土体，做容重测试，测出土体的容重值为16.28kN/m3,土体的初始容重为14.79kN/m3,容重得到了增长，这主要是因为随着土体中水分的排出，土体的含水量下降，而土颗粒的密度比水大，使得容重值变大。2.5.7.2 加固后十字板强度本试验所采用的仪器为英国ELE公司生产的“H-60Hand-HeldVa

27、neTester”，见图2-23,该仪器测试精准且操作方便，已在世界范围内得到广泛的应用；该仪器包含三种类型的卜字板头，分别为16*32mm,20*40mm,25.4*50.8mm：其对应所测得的不排水强度范困分别为0-50kPa,0-100kPa,0-200kPao图2-23H-60现场十字板仪本试验在场地中一共选取3个位置，分别对深度为Ocm、l()cm、20cm、30cm、40cm、50cm和60cm的土层进行测试，试验时将H-60十字板直剪仪插入土体中,旋转上部的手柄(见图2-24),宜至土体发生破坏，读取此时的刻度值，所测得值为原状土的抗剪强度值，然后对该处的重塑土进行十字抗剪强度试

28、验，测得重塑土的抗剪强度值，据此可以计算土体的灵敏度。图2-24测试土体的抗剪强度根据以上方法对加固后土体进行十字板试验，取不同位置的十字板强度，建立了距排水般不同距离处土体十字板强度随深度的变化曲线，如图2-25所示：抗剪强度(KPa)203040506070日 口80图2-25距排水板不同距离处土体十字板强度随深度变化曲线根据以上关系曲线可知原状土的十字板强度随土体的深度有不断减小的趋势，上部土体强度提高幅度较大，下部土体提高幅度较小，这与现场情况基本相同，真空预压加固到停止的标准后，土体的强度只有上部提高的比较明显，即使再延长加固时间也不能使十字板强度进一步提高。由实验得出的十字板抗剪强

29、度可知，加固后土体的抗剪强度介于3O-6OkPa之间，但是随着深度的增加上体十字板强度急剧下降，这在现场监测中也发现类似的现象。另外，还可以观察到距离排水板较近的土体卜字板强度较高，这与土体中真空度以及孔压消散的规律相似。2.6 二次加固试验结果分析2.6.1 真空度随时间变化分析二次插板后，对土体进行二次加固，加固过程记录了不同时刻脱下真空度和100t-板30cb板 60cM706050板中真空度随时间的变化曲线，如图2-26所示:板90ci膜F真空度050100150200250300350抽真空时间(H)图2-26排水板不同深度真空度随时间变化曲线由于进行了一次加固后，土体达到了一定的密

30、实度，所以试验开始阶段膜下真空度上升速度较快，半小时内即达到了8()kPa的真空度，随后1小时内达到90kPa.之后一直稳定90kPa左右。从图中可以看出，排水板中的真空度，随着抽真空开始，在抽气的头儿个小时，几乎与膜下真空度同时快速上升。随着抽气时间的增长，排水板与膜下的真空度均趋于相对稳定状态，排水板中的真空度与膜下真空度的变化曲线相比，曲线形状几乎一致，由于受井阻作用，塑排板中的真空度随深度出现同一次加固相同的衰减规律。这说明真空预压进行地基加固过程中，真空度沿排水板的衰减具有普遍的规律，这为以后的真空预压有限元计算和相关的计算研究提供了依据。2.6.2 沉降随时间变化分析固结沉降实衡量

31、真空预压地基加固的一个市要因素，试验过程中对土体表面的沉降量进行了记录，建立了沉降量随时间变化曲线，如图2-27所示：抽真空时间(H)图2-27沉降随时间变化曲线上图表明二次抽真空开始的头10个小时，土体沉降较为迅速，达到了2mmz小时，之后沉降速度放缓，逐渐趋向于一个稳定值，可见沉降曲线呈抛物线型。在连续加固50小时后土体沉降值达到1.2cm,期间土体沉降速度比一次加固后期快，土体的最终沉降值近3cm。表明二次插板加固能够有效的对土体进行进一步的加固，提高了加固效果。2.6.3 孔压随时间变化分析试验过程同时对土体中不同深度的孔隙水压力进行了测试记录，建立了孔压随时间的变化曲线，如图2-28

32、所示:抽真空时间（H）图2-28二次加固孔压变化的线由上图可见，二次插板抽真空开始阶段，土体各深度仍有负的超级孔隙水压力存在，并且表现为深处大于浅层的现象，这主要是由于，前后两次插板抽真空间隔的时间较短，土体中的负压未能及时消散。随着抽真空的开始，土体中的孔压迅速下降，在开始的50小时内孔压消散大致呈线性增长。连续抽真空100小时之后不同深度土体中的孔压消散值基本达到一次加固后期的水平，之后的200小时，孔压继续消散，但消散速度明显减缓，最终各深度土层中的孔压值趋于稳定。二次加固后期中的孔压值普遍达到-75kPa以匕浅层30cm土体达到了-80kPa,与一次加固相比，孔压得到了进一步消散，土体

33、得到更好的加固，因此，二次插板加固的试验方法有助于提高真空预压加固土体的加固效果，具有实际的工程意义，是一种值得进一步研究的施工工艺。2.6.4 二次加固效果分析2.6.4.1 上体含水量:及容重变化二次加固预压持续330小时后，打开密封膜，去除砂垫层，对土体的加固效果进行定量测试，用螺旋式取土器取不同深度的土样，进行含水量测试，土体不同深度处含水量的变化曲线以及与一次加固后土体含水量比较如图2-29所示：深度（C»）051015202530354045505560305 0 5 03 4 4 5宗)语W七次插板T-次插板图2-29土体不同深度含水量由上图可见，二次加固后土体含水量在

34、一次加固后含水量的基础上进一步下降，含水量继续下降了大约在10%左右，表明二次插板后土体得到了进一步加固。含水量下降幅值与一次加固相比，在土体下部下降幅度较大。用环刀取表层土体，做容重测试，测出土体的容重值为17.41kN/m士体的初始容重为14.79kN/n?,第一阶段抽真空后土体容重为16.28kN/m3,容重得到了进一步增长。2.6.4.2 十字板强度增长二次加固结束后，对土体不同位置的卜字板强度进行测试，分别建立了二次加固离板不同距离处上体卜字板强度与深度的关系曲线、同一位置两次加固后土体十字板强度的比较曲线，如图2-30所示：卜字板强度(KPa)图2-30排水板外不同距离处土体卜字板

35、强度随深度变化曲线卜字板强度(KPa)图2-31两次加固距板10cm处土体十字板强度比较I字板强度(KPa)图2-32两次加固距板15cm处土体十字板强度比较根据以上关系曲线可知，经过二次插板抽真空，土体的抗剪强度得到了进一步提升，抗剪强度平均提高了5-l()kPa,加固效果较为明显，十字板强度的增长主要体现在下部土体强度的增长上，从强度角度上讲，二次加固解决了吹填土地基加固后上部土体强度增长明显，下部土体强度增长较小的问题。表明二次插板再次加固方法是对吹填土地基实有效可行的。2.7 吹填土地基加固效果评价及原因分析随着造陆区域范惘的扩展，原地面的标高越来越低，目前天津滨海新区用海造陆的区域由

36、原来的+2.0m降低到-2.0m以下，使得吹填土越来越厚，现在已经接近lOmo吹填土的含水率一般在80%以匕常用的真空预压手段的加固效果很难保证达到设计要求，并且与理论计算结果有很大差距。根据现行的真空预压的有关规程，停止真空预压的控制标准是变形不超过5mm/天。但检测结果表明，在变形达到该稳定标准后，表层土体表而卜字板强度可以达到40kPa左右，地表34m以下土体十字板强度只有lOkPa左右，下而的吹填_L的加固效果更差。即使延K加固时间也不能使加固效果明显改善。加固的实际效果是形成了一个表面的硬壳层。在使用阶段，未得到很好加固的硬壳层以下的吹填土层实际上控制着地基承载力与L后沉降。这种现象

37、一直没得到合理的解科，这个问题也没有得到很好的解决。为了探索这种现象产生的原因和解决问题的方法，本文进行了特殊设计的超软土真空预压模型试验。试验结果表明超软土的大变形使排水板发生扭曲变形甚至折断，其排水功能随时间不断降低，导致真空预压达不到预期的加固效果。为了进一步探索提高加固深厚吹填土的有效的加固方法，进行了二次插板预压试验。通过比较一次加固和二次加固孔压消散、含水量变化和十字板强度，探究一次加固效果欠佳的原因。2.7.1 两次加固的孔压变化图2-33为一次插板模型试验过程中孔压变化曲线，图2-33记录了土体中不同深度处的孔压变化曲线，由曲线可知，在加固44()小时后土体中的孔压消散基本达到

38、稳定，440-550小时过程中孔压值基木上没有什么变化，从曲线可以看出，土体加固已经达到了一个稳定状态，但此时浅层土体孔隙水压力只有70kPa左右，而深层的空隙水压力只有YOkPa左右，比施加的真空度90kPa相差还很大,说明土体还没有完全固结。抽真空时间(H)-80-90-30c«-*-60c«-*-90ca图2-33不同深度处孔压随时间变化曲线图2-34为二次插板再加固模型试验过程中孔压变化曲线，由曲线可知，在加固250小时后土体中的孔压消散基本达到稳定，最终孔隙水压力达到了-85kPa左右，几乎接近施加的真空度9()kPa,说明土体基本固结完毕。抽真空时间(H)qdM

39、二一二一图2-34二次插板土体孔压随时间变化曲线由一次插板加固和二次插板加固的孔压变化曲线可知，一次插板加固达到稳定时浅层孔压值达到-70kPa左右，深层只有-40kPa左右，已经很难使孔隙水压力继续降低，而二次插板再加固可以使孔压继续降到-85kPa左右，几乎接近了真空度的施加值90kPao说明在第一次插板加固后期排水板的效率已经大大降低或局部失效，从而使真空预压加固效率很低，孔隙水压力很难进一步降低，以致达不到预期效果。二次插板再加固能够使土体进一步固结，孔压进一步降低，基本接近排水板中真空度。从孔隙水压力变化曲线来看，二次插板再加固在很大程度上提高了加固效果。2.7.2 两次加固后含水量

40、比较分别对一次插板和二次插板加固后的含水量进行测定，取不同深度处的含水作含水星与深度的关系曲线，如图2-35所示，由图可见，一次插板加固后土体含水量大约在47%-55%左右，土体初始含水量在85%,卜降了30%-38%。此外，土体中含水量沿着深度方向下降幅度不一致，含水量:变化上部明显大于下部含水量变化。二次插板再加固后含水量大约在38%47%之间，比一次插板加固含水量又降低了10%左右，说明二次插板再加固能在很大程度上将含水量进一步降低。由的线可以看出，在深度40cm以下含水量降低较多。这在一定程度上说明了在40cm深度以下排水板的功能降低较多。这与后面排水板的变形范围较吻合。由含水量的变化

41、曲线可知，二次插板再加固能够使土体的加固效果在很大程度上得到了提局。深度(cm)05101520253035404550556030图2-36、2-37为一次插板和二次插板加固后十字板强度随深度的变化曲线,由曲线可知，一次插板加固后，卜字板强度随深度增加急剧卜降，因为实验为双而排水，所以底部强度有所增加。二次插板再加固后I宇板强度随深度递减率得到了很大的改善，不像一次插板加固下降那么急剧。由曲线可以发现十字板强度在二次插板再加固后增加量比较大的是20cm下部分。这充分说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强度明显增大。I字板强度增试kPa)70-图2-36离板

42、10cm处两次插板强度随深度变化抗剪强度(KPa)70图2-37距板15cm处两次插板十字板强度随深度变化.肉板1Oon强度增过1“肉板15c*强度增Q图2-38二次插板十字板强度增量随深度变化曲线图2-38为二次插板再加固后较一次插板加固后十字板强度增量随深度变化曲线，由图可知，二次插板再加固后的强度增长量在排水板下半部分增加的比较多，这充分的说明了排水板卜.部在一次插板加固过程中效率降低。根据以上关系曲线可知，经过二次插板抽真空，土体的抗剪强度得到了进步提升，十字板强度平均提高了6-16kPa,加固效果较为明显，表明二次插板再加固的方法是有效可行的，说明二次插板再加固有效的解决了一次插板中

43、排水板失效问题，使得真空度能够在上体中得到更大范围的传递，从而加快了上体的排水固结，提高了真空预压后期的效率。由以上得出的孔隙水压力、含水量、十字板强度变化规律可知，高含水量的超软土地基真空预压一次加固效果欠佳，通过二次插板再加固可获得较好的加固效果，二次加固后含水量进一步降低，卜字板强度得到了进一步的提高，并且沿深度十字板强度衰减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为了探究一次加固效果欠佳的原因，在模型土样开挖一个剖面，露出土体中的排水板，发现一次插板加固阶段的排水板产生了弯曲和折断现象，二次插板阶段的排水板没有明显的变形，如图2-39-图242所示：图2-39一次插板排水板弯曲变形图2-40排水板“Z”型弯曲变形图2-41排水板变形范阳的测量二次插板板的形状,次插板板的形状图242 (a)两次加固排水板弯曲变形比较二次插板板的飞次插板板的形状图212(b)两次加固排水板弯曲变形比较图2-43排水板弯曲变形尺寸图(cm)通过图2-43可以发现，一次插板阶段的排水板上半部分出现较大的“S”型弯曲变形，部分出现了死角，部分产生“Z”字形弯曲，某些局部出现折断现象，这使排水板在一定范朋内失去传递真空度、排水通道的作用。通过测量某一代表性的变形后的排水板，发现上部42cm的排水板变形较大，折角较尖锐，而下部40cm基本没有变形。产生这种变形的原因主要是在