热空气增压真空预压法加固疏浚淤泥的效果与机理研究——基于模型试验的耦合机制分析

推荐：针对传统真空预压法(TVP)处理港口疏浚淤泥时存在的处理深度有限、周期长、效果差等问题，研究人员创新提出热空气增压真空预压(HAVP)技术。通过120°C和60°C两组模型试验，证实HAVP能显著提升沉降量(较TVP提高7%-14%)，优化孔隙水压力分布，并揭示气泡扰动、裂缝形成与热力耦合的协同作用机制，为复杂软基处理提供新方案。

　　

在沿海港口扩建工程中，疏浚产生的淤泥因高含水量、高压缩性和低渗透性成为"工程软土杀手"，传统真空预压法(TVP)常面临处理深度不足、周期漫长等瓶颈。如何突破这些限制，实现快速高效的地基加固？江苏盐城射阳港航道疏浚工程中堆积的淤泥，含水率高达78.6%、孔隙比1.843，正是这类难题的典型代表。

针对这一挑战，国内研究团队在《Applied Ocean Research》发表创新成果，提出将热力与力学耦合的"热空气增压真空预压(HAVP)"技术。该技术通过在塑料排水板间布设耐热微孔热空气增压管，当常规真空预压达到40%-60%固结度时，间歇注入120°C高温高压空气，形成"气泡扰动+裂缝导流+附加压力+真空重加载"四重协同机制。

研究采用三大关键技术：1) 定制透明有机玻璃模型桶(直径60cm×高140cm)模拟实际工况；2) 设置20kPa/60kPa双压力梯度与60°C/120°C双温度组对比试验；3) 通过孔隙水压力计、真空探头和SEM电镜(2500倍)多尺度分析加固机理。

【土壤沉降】120°C组最终沉降量达70mm，较TVP提升14%，且沉降速率曲线出现特征性波动峰，对应日间5次间歇增压操作。值得注意的是，250小时后单独热空气增压仍能引发1.5mm瞬时沉降，揭示真空负压重加载的"二次压缩效应"。

【孔隙水响应】增压启动5.8分钟时，距增压管10cm处的P(10,45)测点孔隙水压力陡增15kPa，而60kPa高压仅带来0.1mm额外沉降，证明20kPa为最优增压阈值。升温至120°C引发土壤1mm回弹，反映热膨胀与水分相变的复杂相互作用。

【真空-温度场】三维监测显示：水平方向真空衰减梯度为1-2kPa/10cm，而热影响范围不超过20cm；纵向60cm深度出现10°C温升，证实气流优先沿竖向裂隙迁移。SEM图像清晰显示120°C处理后土壤颗粒接触方式从"点-点"转变为"边-边"，孔隙率显著降低。

【微观机制】高速摄影捕捉到气泡在土体中呈"之字形"上升轨迹，伴随排水管末端出现冷凝水雾，直接证实孔隙水汽化现象。裂缝网络与气泡扰动的协同作用，使排水板周边细颗粒堵塞率降低37%。

该研究突破性地将热力学原理引入地基处理领域，HAVP技术使处理周期缩短50%，承载力提升至100kPa。特别在射阳港这类高盐渍化软土地区，高温增压可有效克服盐晶析出导致的渗透系数衰减问题。研究提出的"四阶段间歇增压法"(增压30分钟/停泵至真空恢复80kPa)已纳入《水运工程地基设计规范》(JTS 147-2017)修订草案，为"向海要地"战略提供关键技术支撑。未来可进一步探索温度-压力-时间的多维耦合算法，优化能耗与加固效果的平衡点。