Pilot tests on vacuum preloading method combined with short and long PVDs

Dredged marine clay has been widely used as a filling material for land reclamation in China. The difficulty of using the vacuum preloading method to improve the dredged marine clay together with the bottom sediment clay is the different spacing requirement of the PVDs. To solve this problem, the Vacuum Preloading method combined with the Short and Long PVDs (VPSL) is proposed in this paper. The short PVDs are installed only into the dredged marine clay layer in-between the long PVDs which are installed through the whole clay layer. Pilot tests are also conducted at a land reclamation site in Tianjin, China, to investigate the performance of the proposed method. The ground settlement, the applied vacuum pressure and the pore water pressure in the soil are monitored during the pilot tests. The average degrees of consolidation are calculated based on the monitored settlement and pore pressure data. It is found that the proposed VPSL method is more effective for improving top dredged clay together with the bottom sediment clay than the conventional vacuum preloading method. The vane shear strength profiles of soil layers after ground improvement also show that the VPSL method is more effective to achieve a uniform soil strength profile.     

真空预压联合搅拌桩在有轨电车软基加固中的应用

有轨电车以其绿色环保的运营方式正在引领中国交通行业向可持续方向发展。针对南京河西地区软土地基的结构特点和工程特性,提出了真空预压联合搅拌桩软基加固方法,结合施工期表层沉降、分层沉降、水平位移和孔压及运营期累计沉降监测结果,分析了该软基处理方法的加固效果。研究结果表明:在抽真空过程中,孔隙水压力随着深度的增加而逐渐减小;水平位移和分层沉降变化率均逐渐减小;表层总沉降量在抽真空2个月后趋于稳定,表明软土层接近完成固结;施工期的表层累计沉降量为440 mm;运营后半年累计沉降为4.2 mm,预测运营10 a后累计沉降约为9.8 mm,远低于设计警戒值。说明真空预压联合搅拌桩的方法可以有效加固有轨电车软土地基。     

基于双曲线模型的软土路基沉降预测研究

某软土路基试验段采用真空-堆载联合预压法处理,以该试验段测得的竖向变形数据为基础,建立双曲线预报模型并进行沉降量预测。通过与实测资料进行比较分析表明,基于双曲线模型的推算值与实测值较为接近,沉降预测曲线与实际观测曲线吻合度较高,能较好的反映真空-堆载联合预压法加固软土路基土体沉降量随时间发展变化的全过程,从而说明该模型在该地区真空-堆载联合预压加固软土路基的沉降预测中是可行的。     

Experimental study of PVD-improved dredged soil with vacuum preloading and air pressure

The PVD-vacuum method is the main method used to treat dredged soil, but sometimes it cannot completely meet engineering needs due to the limitations of vacuum pressure. Therefore, based on the traditional PVD-vacuum method, a method of air pressure combined with vacuum preloading is proposed in this paper. The air pressure is transmitted into the dredged soil by using an impermeable and flexible membrane airbag embedded in the dredged soil. A comparison of the traditional PVD-vacuum method and the combination of air pressure and vacuum preloading is investigated by the model test. The data of the settlement and water discharge during the test are monitored. After the tests, the water content and shear strength at different positions are measured. Finally, a method for calculating the volume change of dredged soil is proposed, and the results of the test are used to prove the correctness of the proposed method.     

劈裂真空法加固软土地基试验研究

在分析常规真空预压法加固软土地基局限性的基础上，提出了劈裂真空法加固深厚软土地基新技术。介绍了劈裂真空法的基本原理和施工工艺。依托江苏省江海高速公路软基处理项目进行了劈裂真空法与常规真空法加固软土地基的对比试验段工程，对软基加固过程中的真空度、孔隙水压力、地表沉降、深层水平位移和地下水位等进行监测，并通过加固前后现场 CPTU 原位测试、取样和室内土工试验等方法对加固效果对比分析。试验结果表明：劈裂真空法可以提高真空荷载向深层土体的传递效率，提高深部软土的加固效果，进而提高真空预压法的有效处理深度；同时劈裂真空法还可以加速地基固结，缩短地基处理工期，有利于工后沉降的控制。试验工程表明，劈裂真空法是加固深厚软土地基的有效方法，具有很好的工程应用前景。     

基于Usher-Spillman模型的软土地基沉降预测研究

某软土地区采用真空—堆载联合预压法处理路基,为了了解最终沉降量,建立了Usher-Spillman模型,以实际测量数据为基础,对沉降量进行了预测,发现基于模型的推测值与实测值较为接近,说明了使用该模型在该地区对真空—堆载联合预压法加固软土路基进行沉降预测是可行的。     

真空-堆载联合预压加固软基的特点和应用

介绍了真空-堆载联合预压法的发展概况及特点。结合现场监测数据,对真空-堆载联合预压加固区的地表沉降、分层沉降、孔隙水压力随时间的变化规律进行分析。结果表明：真空堆载联合预压能加快地基沉降的速率,大幅消除地基沉降,减少工后沉降量,是一种行之有效的软土地基处理方法。联合堆载预压阶段,真空预压引起的负的超静水压力与堆载引起的正的孔隙水压力不会抵消,也不是两者简单的叠加。     

Comparative analysis on performance of vertical drain improved clay deposit under vacuum or surcharge loading

This paper presents two well-instrumented large-scale field tests of PVD-improved soft soil with vacuum and surcharge preloading, respectively. The two large-scale field tests were conducted adjacent to each other with the same preload. A comparative analysis was performed to investigate the performance of subsoil (i.e., the ground settlement, the layered settlement, the lateral displacement of subsoil and pore water pressure) under vacuum preloading and equivalent surcharge preloading. Some design methods were verified based on the field data. Cone Penetration Tests (CPT) and Vane Shear Tests (VST) were conducted to assess the improvement effects on subsoil after preloading. The results showed that as compared with surcharge preloading, vacuum preloading mitigated the differential settlement of the ground. The vacuum pressure transmitted into the soil with a minor loss through the PVD length. From a practical point of view, the improvement effects by vacuum preloading and surcharge preloading were similar in terms of influence depth and soil strength based on the in-situ tests.     

深层增压式真空预压法处理软土地基室内模型试验

普通真空预压法在处理软土地基时,由于真空度向下传递的过程中受涂抹、井阻等作用,使深层土体获得的真空荷载较小,往往导致深层土体得不到有效的加固。针对这种缺陷提出一种深层增压式真空预压处理软土地基的方法,此方法主要是通过向深层土体增压以扩大深层土体与竖向排水板及其上层土体的压力差,从而加快土体中的孔隙水的渗流速度。另外,由于深层土体因得到增压而其气压高于上层土体及排水板处的气压,这样就会在深层土体和竖向排水板及上层土体之间形成对流,从而带动土体中的孔隙水向上层土体和排水板处流动而提高排水速率。试验表明:经深层增压式真空预压法处理后土体的含水率、累计沉降量、十字板抗剪强度等指标均优于普通真空预压处理的土体,说明深层增压式真空预压能够有效地提高软土地基的加固效果。     

真空预压处理软基效果分析

采用真空预压法处理某高速公路软基,处理淤泥层的平均厚度达到10m以上,软基上施加真空压力80kPa,150d后地基表面沉降量达到1m以上,地基平均固结度超过90%,满足设计要求。处理后的软土地基物理力学性质变化明显,表明采用真空预压法处理本工程软基是可行的,同时对真空预压引起的土体水平位移进行分析。     

软土地基孔隙水压力降低引起的压缩分析

根据土力学基本原理,分析孔隙水压力降低引起的土体压缩方式,并对真空预压地基的分层沉降现场实测值和理论计算值进行分析;同时,定量分析真空预压地基在不同深处单位压缩量。研究结果表明:(1)若按有效应力原理水土压力分开计算、地基土体中孔隙水压力降低时,土体竖向总应力维持不变而侧向总应力减小;(2)土体中孔隙水压力在相对压强小于0的范围内降低时,将引起土体等向压缩,在相对压强大于0的范围内降低时,将引起土体单向压缩;(3)南沙港区的真空预压地基若其沉降按欠固结计算时,计算值与实测值接近,自重应力欠固结引起的沉降是抽真空期间地基总沉降主要部分;(4)真空预压的加固深度随排水体深度增加而增大,土层压密效果随地层深度增加而减弱,故降低孔隙水压力法在加固软土地基中,设计排水体深度时应考虑最佳加固深度。     

排水板真空堆载预压法在大厚度软基处理中的应用

真空-堆载预压法在处理大厚度淤泥质软基上的公路差异沉降和稳定性问题中应用广泛,本文从加固机理出发,根据工程现场的监测数据对预压期间各土层的沉降、侧向位移、孔隙水压力进行了分析,认为前期真空预压时沉降主要发生在淤泥层,堆载加压后填土层沉降较大;堆载作用下淤泥层发生蠕变现象,判断其与竖向荷载大小、层间土弹性模量比及软弱层的厚度有关。另外,由于水压消散值的测定受真空和堆载联合作用而随时间变化较复杂,推荐用沉降量推算固结度。     

吹填区软土真空预压加固效果对比测试分析

为研究真空预压加固在温州沿海吹填区软土地基的适用性与加固效果,结合温州沿海某吹填区道路工程软土地基真空预压处理实例,通过室内土工试验和现场原位测试对加固前后吹填区软土物理与力学指标进行了对比分析。结果表明:真空预压能有效加固温州吹填区软土地基,预压加固后在地表15 m深度范围内土体物理力学指标有明显提高,但加固效果沿深度基本呈线性衰减; 加固后室内土工试验指标有一定改善,含水量和孔隙比降低约10%,压缩模量提高约10%; 同时现场原位测试指标提高更为明显,现场十字板剪切强度和静力触探侧阻平均增幅分别约为45%和40%,但加固前后土体灵敏度指标变化并不大,即真空预压加固对土体的灵敏度改善不明显; 采用传统真空预压法加固温州沿海吹填区软土地基在技术可行,经济上合理,其有效处理深度可达15 m; 受温州海相软土低渗透性和高黏性的影响,在竖向排水体周围出现明显的“土柱效应”,从而使真空预压加固效果在平面上呈现一定的不均匀性。     

真空预压法在处理工业厂房地基中的应用

通过真空预压法加固地基的工程实践,介绍了其设计、施工、监测和检测的主要内容和所得到的真空预压过程的监测以及预压之后的检验结果。项目地处软土地区,地基沉降尚未稳定,属欠固结土,工程上需要解决软土地基变形问题,工程结构设计要求是通过真空预压处理地基,使得地基固结度达到90%以上。真空预压处理地基后,进行大量现场土工试验和室内试验,其数据和分析结果表明,真空预压达到了设计所要求的工程目标,在该地区值得推广应用。     

试抽试验在真空预压软基中的应用

真空预压法是处理软土路基常用方法,一直广泛应用于软土路基工程。长期以来,国内学者主要研究真空预压法固结模型、数值及相似模型试验,很少关注真空预压设备的密封性、真空泵的数量、真空度及沉降,而上述特征恰是建设方、施工方关注的重点。以某高铁铁路路基试验段为依托,综合考虑经济、安全因素,采用真空试抽试验反馈分析了真空泵数量与膜下真空度关系、淤泥土层中真空度演变规律及断面沉降演化规律,提出了确保工程安全稳定的建议。其分析结果为后续路基稳定性研究奠定了基础。     

基于Gompertz成长曲线的真空预压软土沉降规律分析

对真空预压软土沉降变化规律进行分析,发现其与社会经济预测中的Gompertz成长曲线变化规律相似。引入Gompertz成长曲线模型,采用3段估计法求解模型参数;同时,结合具体工程实例,对真空预压软土的表面累计沉降数据进行拟合和分析,并与双曲线模型和指数曲线模型进行比较。研究结果表明,Gompertz成长曲线模型拟合曲线与实测曲线吻合良好,采用该模型进行真空预压软土沉降变化规律分析是可行的,并可根据所反映出的沉降发展变化趋势,作出沉降预测,计算工后沉降及确定卸荷时间。与双曲线模型和指数曲线模型比较,Gompertz成长曲线模型适应性较好,趋势预测准确性高。最后指出应用Gompertz成长曲线模型进行分析时应注意抽真空的连续性、实测时间序列数据能等分成3组及保证实测沉降数据已进入弹塑性阶段等问题。     

真空预压法中开泵率对加固效果的影响

运用真空预压法加固软土地基,主要通过真空度、沉降量和固结度控制施工进度,而对射流泵开泵率要求甚少。为避免施工方出于节约电费或降低后期沉降速率等目的肆意减少开泵率并影响加固效果,结合江苏省连云港市某真空预压工程,从真空度、表层沉降、分层沉降、孔隙水应力等监测指标方面对开泵率对加固效果的影响进行了相似场区不同开泵率下的对比研究,结果表明,在真空预压中期提高开泵率,各项监测指标变化明显,深层土体变化滞后,加固效果提升显著。在真空预压后期保持高开泵率,各监测指标无太大的变化,反而趋于稳定。故认为真空预压中期合理的开泵率设置在80%以上,而规范中规定的真空预压后期开泵率保持80%并不合理,在保证真空度的前提下宜适当减少开泵率。     

真空-堆载联合预压法在软基处理中的应用

在软土层较厚时,采用真空预压不需要大量的人工堆载,节省工时,缩短预压时间。真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出,地下水位下降,可以增加施工期间的沉降量,减少路堤的工后沉降,能保证公路运营后路基的稳定性。     

高等级公路桥头软基真空联合堆载预压加固试验研究

对浃里陈大桥桥头试验段的孔隙水压力、分层沉降、地表沉降、土体水平位移等现场监测结果进行了分析;分析结果表明:在真空联合堆载预压加固软基的过程中,由负超静孔隙水压力与正超静孔隙水压力叠加后产生的联合超静孔隙水压力相对较小,一般小于0,有利于路堤的快速堆载;能大幅预消除沉降,工后沉降量小于100mm,满足桥头软基工后沉降要求;影响区土体水平位移沿水平方向距加固区边界20m之外相对较小,沿深度方向,15m以下基本上无水平位移。真空预压的有效影响深度可以大于10m。对地基土体的加固效果进行了检验,检验结果表明,真空联合堆载预压加固后,土体的强度明显增强,加固效果明显。最后结合试验监测成果,对真空联合堆载预压加固软基机理进行了分析,给出了附加应力分布图。     

真空堆载联合预压加固沿海滩涂软基的效果分析

结合工程实例,对采用真空堆载联合预压法处理大面积沿海滩涂软基的加固效果进行分析和评价。通过表层沉降监测、孔隙水压力监测以及地基施工完成后的十字板剪切试验和浅层平板载荷检测等,得出处理后的软土层沉降量接近1．5m、软土地基物理力学性质变化明显、地基承载力得到大幅提高,表明采用真空堆载联合预压法处理沿海滩涂软基是可行的,具有良好的推广前景。