真空排水預壓工程中真空度的現場(chǎng)測試與分析

　　在分析真空和負壓基本物理概念的基礎上，總結了真空排水預壓工程中真空度現場(chǎng)測試技術(shù)和應用現狀。通過(guò)室內試驗及工程實(shí)踐證明，真空排水預壓情況下，地下水位以上的軟粘土仍是飽和的，因此，對地下水位以上真空度測點(diǎn)，真空表讀數實(shí)際反映的是該處的孔隙水壓力；而對地下水位以下的真空度測點(diǎn)，真空表讀數無(wú)意義。

1、前言

　　現場(chǎng)真空度的量測是真空排水預壓工程監測的重要內容，可為工程的檢測分析和設計以及真空排水預壓理論研究提供第一手的資料。但目前工程實(shí)踐中對現場(chǎng)真空度測試及其結果的分析偏于簡(jiǎn)單，甚至存在認識上的誤解，導致不同工程報道的測試和分析結果存在較大的甚至是定性上的差異。這對總結工程經(jīng)驗和提高理論分析水平都是不利的，也造成了對真空排水預壓工作機理認識模糊，限制了該工法的進(jìn)一步發(fā)展應用。

　　真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)在本文在澄清真空和負壓基本概念的基礎上，對真空度現場(chǎng)量測技術(shù)的原理和成果進(jìn)行了整理和分析。

2、真空和負壓的基本概念

　　真空，是指在給定空間內低于環(huán)境大氣壓力的氣體狀態(tài)，即該空間內的氣體分子密度低于該地區大氣壓的氣體分子密度，而并不是沒(méi)有物質(zhì)的空間。在真空技術(shù)中，表示處于真空狀態(tài)下氣體稀薄程度的量稱(chēng)為真空度，通常用氣體的壓力(剩余壓力)值來(lái)表示。氣體壓力越低，表示真空度越高;反之，壓力越高，真空度越低。真空，是用來(lái)描述氣體狀態(tài)的，不能用于描述液體狀態(tài)。負壓，是用于描述液體壓力狀態(tài)的，通常指負的孔隙水壓力，屬于液體的測壓管壓力，實(shí)際上是一種相對壓力，相對于預先認為零壓力的大氣壓力，有正壓和負壓之分。

　　因此，在描述地下水位以下軟粘土地基中某處的孔隙壓力時(shí)，不應采用真空或者真空度的概念，而應采用負壓的概念。在描述膜下砂墊層中的孔隙壓力時(shí)，則可采用真空度來(lái)表征。其原則在于，真空，是描述氣體狀態(tài)的，負壓，是描述液體狀態(tài)的。真空度的測量一般采用真空表，負壓的測量一般采用孔隙水壓力計。許多關(guān)于真空排水預壓工程的文獻和總結報告中均有混淆真空度與負壓的概念，這是導致對現場(chǎng)真空度和負壓測試結果認識模糊的一個(gè)重要原因。

3、真空度現場(chǎng)測試和成果分析

　　現場(chǎng)真空度的測量裝置一般由真空度測頭、軟管和真空表組成，真空度測頭通常是將一段PVC 管表面打眼成網(wǎng)狀，并在外邊用起反濾作用的土工布包好，其結構如圖1 所示。

圖1 真空度測頭結構

　　真空度的測量?jì)热�，包括膜下真空度的監測和豎向排水體及淤泥中真空度的量測。膜下真空度的量測有助于了解膜下真空度隨時(shí)間的變化情況，繪制成膜下真空度與時(shí)間過(guò)程線(xiàn)。豎向排水體中真空度的量測可以了解真空度沿垂直排水通道中的傳遞規律，淤泥中真空度的量測有助于了解淤泥中真空度隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程。

　　當真空度測點(diǎn)布置在表面砂墊層或地下水位線(xiàn)以上豎向排水體內時(shí)，真空表讀數即為該點(diǎn)處的真空度。

　　當真空度測點(diǎn)布置在地下水位線(xiàn)以上淤泥中時(shí)，如圖2 所示，淤泥中真空度測點(diǎn)的存在相當于一個(gè)空腔，真空表讀數實(shí)際上為該空腔內氣體的真空度。在穩定情況下，空腔內的氣壓值應該等于其周?chē)�的孔隙水壓力值，所以，�?shí)際上真空表讀數，間接反映了測點(diǎn)處孔隙水壓力的大小。圖3 為真空排水預壓某區域 3 m 深處淤泥中所測孔隙水壓力與淤泥中所測真空度的時(shí)間過(guò)程線(xiàn)，可以看到，二者是很吻合的。

圖2 地下水位線(xiàn)以上淤泥中真空度測點(diǎn)示意圖

圖3 淤泥中真空度與孔壓時(shí)間過(guò)程線(xiàn)

　　這里必須指出的是，地下水位線(xiàn)以上測點(diǎn)的真空表讀數與非飽和土分析中的吸力是兩個(gè)概念，對一般地下水位較高的軟粘土地基，真空排水預壓時(shí)在淤泥中僅僅形成負壓的滲流場(chǎng)，而并不形成非飽和區，這主要是由于粘土顆粒對水具有較強吸附作用。表1 是蕭山粘土進(jìn)行室內抽真空排水預壓前后試樣物理指標變化情況，表2 是對路橋污水處理廠(chǎng)地基進(jìn)行真空排水預壓處理前后土層物理指標變化情況。從中可以看出，真空排水預壓后，飽和軟粘土含水量下降，但飽和度基本不變。

表1 室內抽真空排水預壓前后試樣物理指標變化表(蕭山粘土，比重 2.74)

表2 路橋污水處理廠(chǎng)真空排水預壓前后土層物理指標變化表(比重取2.74)

　　如前所述，真空度和負壓是兩個(gè)不同的概念，適用于不同的場(chǎng)合，因此，在垂直向量測地基中真空度時(shí)，僅是針對地下水位線(xiàn)以上的部分，對其以下部分，不應采用真空度來(lái)描述其孔隙壓力。并且，由于地下水的存在，現有量測垂直向真空度的測試手段，實(shí)際無(wú)法反映測點(diǎn)處的孔隙壓力。試分析圖4中A測點(diǎn)的量測情況，如圖5所示，初始情況下軟管中水位與地基中原始地下水位齊平，CD段密封了壓力為大氣壓力的氣體，真空表讀數為零。抽真空開(kāi)始后，真空表中量測到的真空度實(shí)際上是BD段氣體的壓力，而不是A測點(diǎn)的孔隙壓力，A測點(diǎn)的孔隙壓力應該是真空表讀數與AB段水柱壓力之和。此時(shí)，軟管中的水位并不一定等于下降后的地下水位，因此，僅知道真空表的讀數并不能得到A測點(diǎn)的孔隙壓力值。在實(shí)際工程中，往往將真空表的讀數認為是測點(diǎn)A處的真空度，這在概念上和數值上都是錯誤的。

圖4 現場(chǎng)真空度測點(diǎn)布置圖

圖5 地下水位線(xiàn)以下真空度測點(diǎn)示意圖

4、結語(yǔ)

　　通過(guò)以上分析，可以得到以下結論：

　　(1)真空與負壓是兩個(gè)不同的概念，真空度是用來(lái)描述真空狀態(tài)的，不應用于描述地下水位以下某處孔隙水壓力的大小。

　　(2)當真空度測點(diǎn)布置在表面砂墊層或地下水位線(xiàn)以上豎向排水體內時(shí)，真空表讀數即為該處的真空度。

　　(3)當真空度測點(diǎn)布置在地下水位線(xiàn)以上淤泥中時(shí)，真空表讀數間接反映了測點(diǎn)處孔隙水壓力的大小，但不是非飽和意義上的吸力大小。

　　(4)現有真空度測試技術(shù)無(wú)法真正測出地下水位以下某處的孔隙壓力。