吹填陆域软基工程之真空预压法加固效果概述

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1、吹填陆域软基工程之真空预压法加固效果概述第1章绪论1.1课题的研究背景和意义我国海岸线绵长，海域资源丰富，边缘海域跨越了40个纬度。随着改革开放的深入，我国沿海城市经济发展驶入快车道，沿海城市的土地需求量日益迫切，成为制约发展的因素之一，因此，为了顺应发展潮流，吹填陆域、围海造陆成为各沿海城市解决土地需求，适应发展的必经之路。吹填土，顾名思义，是江河和港口底部的淤泥通过挖泥船和泥浆泵利用水力吹填而形成的，其本质就是沉积土。其工程性质具有三高一低，即天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透系数小的特性，一般

2、表现为软塑到流塑状态。因此，为了改良其工程性质，提升其承载力，其关键就是有效降低吹填土的含水量[1]。通常情况下，吹填土的物质成分比较复杂，因此在绝大部分情况下，工程上运用的吹填土物质组成主要是粘土和粉土。当所用吹填土主要是以粘性土为主时，其本身含有大量的水分且排水非常困难，因此，要经过一段时间后强度才能提高。吹填土的工程性质很大程度上取决与其颗粒组成：当所用吹填土含砂量较多时，其本身固结程度较高和工程力学性质较好；当所用吹填土含粘土颗粒较多时，则其本身强度较低、压缩性较高，属于欠固结土，与同类天然沉积土相比较而言

3、，其强度和压缩性指标都较差。因此，通过软基处理提高其工程性质，取得良好的加固效果就显得尤其重要。近年来，真空预压法在吹填陆域软基工程中应用较多。但其施工方案还有待优化，以及加固效果还有待提高。本文通过结合工程实例，对于真空预压法的施工方案和加固效果进行研究，通过建模模拟分析与实际加固效果进行对比，讨论其影响因素以及提高加固效果的相关措施，优化加固过程中的参数，以及推广到模拟优化不同边界条件下的真空预压法的施工方法，指导以后类似的项目施工方案的确定。.1.2真空预压法研究的国内外现状及发展趋势真空预压法是利用大气压力

4、为预压荷载的一种排水固结法，它由抽气系统、排水（气）系统和密封系统，三部分组成。通常情况下，首先在需要加固的软土地基内设置塑料排水板或砂井等竖向排水系统，然后将砂垫层横向排水层铺设在地面上，再将不透气的密封薄膜覆盖在砂垫层顶部，使之与大气隔绝，再运用真空装置通过埋设于砂垫层中的吸水管道，进行抽气将膜内空气排出，因而在膜的内外产生一个气压差，从而使加固土体中的孔隙水流入排水系统并被排出。因此，土体内孔隙水压力不断减小，有效应力不断增加，从而使软土地基逐渐固结[2]。1952年，当时非常有名的瑞典皇家地质学院Kjell

5、men教授[3]最早提出了真空预压法的概念，在论文中他结合他们所做的五组现场试验结果给出了真空预压法的理论解释。1958年在美国费城国际机场跑道的扩建工程中(Halton,1965)，曾运用了真空深井降水结合砂井的排水方法，真空度仅达380mm汞柱。20世纪80年代，于大阪南港日本利用真空井点降低水位的方法处理加固了大面积吹填土，最大管内真空度达630mm汞柱，取得了很好的效果[3](三竺正人等，1985)。早在20世纪50年代末我国就开始了对真空预压法的相关研究，天津大学于1958年开始了真空预压法的室内试验研究

6、。后来国内一些单位也尝试过小型的现场试验，均未取得很好的效果，分析其原因主要是由于工艺水平的限制，真空度不能达到工程要求，因而未能在工程中推广应用。直到20世纪80年代，国内对于真空预压法的研究才取得了突破，交通部一航局联合天津大学和南京水利科学研究院等单位对这项技术开展了室内和现场的试验研究，取得了成功的经验，膜下真空度达到600mm汞柱以上[4]。接下来，成功地将这项技术应用于天津新港软基加固工程中，取得了不错的加固效果。1985年，真空预压法通过了国家技术鉴定，现在已经广泛运用于国内工程中。另外，国外的一些公

7、司也开发了比较成熟的真空预压法加固软土地基的相关技术，并在工程中得到了广泛运用。第2章真空预压法的加固机理和本构模型研究2.1概述利用真空预压法处理软弱地基时，并不是通过利用实际荷载对软土地基进行施加荷载，而是利用气压差产生的荷载作用施加到软土地基的软弱土层中。随着抽气过程的进行，膜内砂垫层中气压由于空气的排出逐步下降至pn，膜内外因此产生一个压力差p，即为真空度。真空度通过排水系统逐渐向下延伸或向周围土体扩散及传递，导致土体中孔隙水压力减小，从而产生负的超静孔隙水压力[11]。在负的超静孔隙水压力作用下，地基土孔

8、隙中的水和气体由地基土向竖向排水通道产生渗流，最终通过竖向排水通道汇流到地表砂垫层中被排出，从而使需要加固的土体产生固结作用。..2.2真空预压法加固机理分析真空预压法，顾名思义就是运用真空产生真空度加固地基的一种方法。所谓真空，是指给定的空间内的压强小于一个标准大气压的气体状态。真空度是指在一个空间内气体压强低于大气压强的数值，其单位是kPa。真空运用的范