真空堆载联合预压软基加固研究

真空-堆载联合预压技术在高速公路

深厚软基处理中应用研究

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河   海   大   学

2002年9月

完成单位：河海大学

项目负责：刘汉龙 

主要成员：刘汉龙 陈永辉 顾长存 高玉峰 彭  劼

              吴跃东 洪宝宁 丰土根 周云东 余湘娟

              宗国庆 陆玉琳 高明军 

报告编写：陈永辉 彭  劼 

报告审核：刘汉龙 

摘   要

    真空-堆载联合预压是近年来在真空预压和堆载预压法基础上发展起来的一种高速公路软土地基处理新技术，具有真空预压和堆载预压的双重处理效果。两者都是属于排水固结法，通过真空压力（负压）和堆载（正压）使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在这种不平衡力的作用下通过竖向排水体逐渐排入横向排水体，并由抽真空装置抽出，从而使土体产生固结变形。虽然堆载过程中，地基土也会发生侧向挤出变形，但由于有真空荷载作用，真空产生的侧向收缩变形与堆载产生的侧向挤出变形方向相反；另一方面真空荷载作用下地基土已发生固结，强度有所增长，从而可以使堆载速度很快而不发生失稳破坏，而对于高速公路，路堤本身就是一个非常好的堆载。

本课题在广泛调研的基础上，结合多项高速公路软基处理工程实践，开展真空-堆载联合预压技术处理高速公路深厚软土地基理论分析、设计方法、现场试验、技术经济、工程应用等方面的研究，取得以下主要成果：

(1)通过与堆载预压比较，深入分析了真空预压和真空-堆载联合预压方法加固高速公路深厚软基的机理。

(2)提出了高速公路真空-堆载联合预压软基处理平面有限元分析方法，分析中采用剑桥—考马拉黄损伤模型，该模型能够考虑了土体的弹塑性、流变特性、结构性损伤以及竖向排水体在打设过程中对土体扰动的影响，而且还考虑了土体距砂井不同距离其扰动程度的不同。在该平面有限元分析中，采用两种不同的方法将三维固结问题简化成平面问题的方法：一种是将砂井转化成砂墙；一种是将砂井地基等效为更为方便的天然地基进行计算，进一步减少了工作量。

(3)根据砂井地基三维固结的特点，为了更加符合实际工程的变形和固结情况，提出了高速公路真空-堆载联合预压软基处理的三维Biot固结有限元分析方法。

(4)提出了与堆载预压不同的真空预压和真空-堆载联合预压的简便实用设计方法。

(5)根据高速公路路堤施工特点，系统提出了高速公路真空-堆载联合预压软基处理的施工工艺和特点。提出大通水量的采用复式排水板技术加大深层真空度传递和排水；实施密封膜保护技术配合路堤快速堆载；提出主滤管连接技术适应真空-堆载联合预压产生的大变形；提出复合加筋排水技术加快施工进度、节省工程造价。采用缠绕薄膜PVC管代替传统的法兰盘连接出膜装置。

(6)对真空-堆载联合预压技术处理高速公路软基进行室内试验和现场测试研究，分析了真空及与堆载联合作用下地基土体变形、孔压等方面的变化规律，评价和验证了地基处理效果。

(7)进行了真空-堆载联合预压处理效果和技术经济等方面分析，评价了该技术的适用性和优缺点，表明该法是高速公路深厚软基处理的一种技术可靠、经济合理的地基处理技术。

(8)开展了真空-堆载联合预压技术在杭金衢高速公路、沪青平高速公路、同三高速公路和甬台温高速公路等深厚软基处理中应用研究，提前了工期，节约了造价，保证了工程质量，取得了显著的社会经济效益。

通过研究分析表明，真空-堆载联合预压技术用于高速公路软基处理具有以下特出的优点：

(1)真空－ 堆载联合预压法作用于地基上的荷载大，80kPa真空荷载近似相当于4米左右的填土荷载所引起的固结应力，地基土在真空荷载和堆载联合作用下发生固结，固结完成后，地基土的强度可以提高2 3倍，处理效果明显。

(2)真空荷载可一次加足，抽真空到80kPa仅需3 7天，地基土不会发生剪切破坏，抽真空10多天后，5～6m路基填土可以连续施加，大大缩短了施工期。

(3)真空预压法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，缩短了固结时间，同时由于孔隙水排出过程中，渗流速度增大，由渗流力引起的附加应力也随之增大，提高了处理效果。

(4)孔隙水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体内，由此引起土体在加固过程中的侧向变形指向加固体内，结果使得堆载引起的侧向挤出变形与之相抵消，因而真空- 堆载联合预压法处理软基安全可靠。

(5)抽真空过程中，竖向排水体内的水位下降，地基土与竖向排水体间的水头差增大，加速了地基土的固结，使预压期缩短，从而缩短了总的加固时间。

(6)真空预压处理深度较大，影响深度可达竖向排水体以下2～3m，尤其适合处理深厚软土层。这相对于粉喷桩处理深度，工程适用范围要大得多。

(7)真空预压施工无污染，且管理和质量检验简单易行。

本课题报告包括以下内容：(1)真空-堆载联合预压法处理高速公路深厚软土地基技术研究报告；(2)真空-堆载联合预压处理高速公路深厚软土地基试验研究报告；(3)真空-堆载联合预压技术在杭金衢高速公路软基处理中应用研究；(4)真空-堆载联合预压技术在沪青平高速公路软基处理中应用研究；(5)真空-堆载联合预压技术在同三高速公路软基处理中应用研究报告；(6)真空-堆载联合预压技术在甬台温高速公路软基处理中应用研究报告；(7)相关专利文件；(8)查新报告书。

第一部分 真空-堆载联合预压法处理高速公路深厚软土地基技术研究报告 

第一章  绪论  

第二章 高速公路真空-堆载联合预压法处理机理

第三章 高速公路真空-堆载联合预压法施工工艺

第四章 高速公路真空-堆载联合预压法设计方法的研究

第五章 高速公路真空-堆载联合预压质量控制及技术措施

第六章 技术经济分析

第七章 结论

第二部分 真空-堆载联合预压法处理高速公路深厚软土地基试验研究报告

第一章 概述

第二章 试验方案

第三章 室内试验结果和分析

第四章 现场试验结果和分析

第五章 结论

第三部分 真空-堆载联合预压技术在杭金衢高速公路软基处理中应用研究报告（附：成果应用社会经济效益证明）

         第一章 工程及地质概况

         第二章 真空-堆载联合预压地基处理设计

         第三章 真空-堆载联合预压地基处理施工

         第四章 应用效果及评价

第四部分 真空-堆载联合预压技术在沪青平高速公路软基处理中应用研究报告（附：成果应用社会经济效益证明）

         第一章 工程及地质概况

         第二章 真空-堆载联合预压地基处理设计

         第三章 真空-堆载联合预压地基处理施工

         第四章 应用效果及评价

第五部分 真空-堆载联合预压技术在同三高速公路软基处理中应用研究报告（附：成果应用社会经济效益证明）

         第一章 工程及地质概况

         第二章 真空-堆载联合预压地基处理设计

         第三章 真空-堆载联合预压地基处理施工

         第四章 应用效果及评价

第六部分 真空-堆载联合预压技术在甬台温高速公路软基处理中应用研究报告

         第一章 工程及地质概况

         第二章 真空-堆载联合预压地基处理设计

         第三章 真空-堆载联合预压地基处理施工

         第四章 应用效果及评价

第七部分 相关专利文件

第八部分 查新报告书（另附）

项目名称：真空-堆载联合预压技术在高速公路深厚软基处理中应用研究

委 托 人：刘汉龙

查新项目名称：

中文：真空-堆载联合预压技术在高速公路深厚软土地基处理中应用研究

英文：Application of vacuum combined preloading technology in the treatment of deep soft foundation of expressway

一、查新目的及范围

查新目的：鉴定，报奖

查新范围：国内外

二、查新项目的科学技术要点

1、主要科学技术特征

（1）通过真空预压和真空-堆载联合预压加固机理分析，提出了真空-堆载联合预压技术加固高速公路深厚软基的平面应变有限元分析方法、三维固结有限元分析方法，在计算分析时考虑了土体的弹塑性、流变特性的影响以及竖向排水体在打设过程中对土体扰动作用而考虑的土体损伤的影响，同时提出了真空预压和真空-堆载联合预压的实用工程设计方法。

（2）根据高速公路路堤施工特点，提出了在高速公路建设中采用真空-堆载联合预压软基处理技术的施工工艺和特点。

（3）对真空-堆载联合预压技术处理高速公路软基进行室内试验和现场测试研究，评价和验证了地基处理效果。 

（4）进行了真空-堆载联合预压处理效果和技术经济等方面分析，评价了该技术的适用性和优缺点，认为该法是高速公路深厚软基处理的一种技术可靠、经济合理的地基处理技术。

（5）开展了真空-堆载联合预压技术在杭金衢高速公路、甬台温高速公路、沪青平高速公路、同山等高速公路深厚软基处理中应用，提前了工期，节约了造价，保证了工程质量，取得了显著的社会经济效益。

2、技术参数。

3、应用范围。高速公路深厚软土地基处理

三、查新点与查新要求

    查新点：

    查新要求：通过查新，证明国内外是否有相同的分析方法和施工工艺

四、文献检索范围及检索策略

国内数据库

国外数据库

检索词

1、高速公路（expressway）

2、深厚软基（deep soft foundation）

3、真空（vacuum）

4、堆载预压（preloading）

5、处理（treatment）

检索式

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