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真空技术是一门研究低于大气压力环境下物质行为与应用的科学，广泛应用于工业、科研及日常生活中。本文旨在探讨真空技术的基本原理、发展现状及其在现代科技中的重要作用。

真空是指某一特定空间内气体分子密度低于周围环境的状态。根据压力范围，真空可分为低真空、中真空、高真空和超高真空等。实现真空状态通常依赖于机械泵、扩散泵或分子泵等设备。随着科学技术的进步，真空技术已从简单的减压操作发展为高度精密的工艺手段，其核心在于如何有效控制气体分子数量并维持稳定的真空环境。

在科学研究领域，真空技术是粒子加速器、核聚变装置以及半导体制造不可或缺的基础。例如，在芯片生产过程中，高真空环境可避免杂质干扰，确保纳米级结构的精确成型。此外，真空技术还被用于航天器设计、食品保存（如真空包装）以及医疗设备（如磁共振成像仪）。未来，随着新材料与新能源领域的拓展，真空技术将继续发挥关键作用，并推动更多创新成果的诞生。

总之，真空技术不仅体现了人类对微观世界的深入理解，也彰显了其在现代社会发展中不可替代的地位。通过持续优化相关设备与工艺，真空技术将为更多前沿领域提供强有力的支持。

第一节 概 述

随着我国国民经济的发展，人们越来越体会到公路、铁路、市政等基础设施建设对经济发展的重要性。我国在十年前，高速公路是一片空白，而今已开始向网络化方向发展。但我国高速公路绝大部分建于经济发展较快的沿海地区，而这些地区的地基土通常都具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点，在这种地基上修建高等级公路，存在很多问题，其一，软土路基的沉降和差异沉降过大的问题，它严重影响了高速公路的正常使用；其二，在路基填筑过程中出现的稳定问题。为了解决这些问题，公路建设者们尝试和使用了多种软基处理方法，如堆载预压法、加筋法、置换法及水泥搅拌法（浆喷和粉喷）等。软基处理方法不仅对工程质量和施工工期有着重大影响，而且直接关系到投资和管理单位的经济效益和社会效益，因此，软基处理技术已成为各部门最关心的问题之一。目前在高速公路软基处理设计中主要有堆载预压法和复合地基法，虽然各种处理方法均具有其优点，但同时也存在不足，如：

1．堆载预压法，该方法是目前使用最多的、较经济的方法，通过堆载预压使地基土强度提高，为了减少工后沉降，堆载高度往往超出路床设计标高很多，而一般地基的抗剪强度较低，限制了填土速率，导致填筑需较长时间，待地基强度增大后还须挖除超载部分填土，使得工期较长，造价也不低。虽然施工方面作了一些改进如采用薄层轮加法，但成效不显著，填筑路堤仍需要较长的时间，这种施工工期明显制约整个工程的进度，严重影响投资者的经济效益，另外，在填筑过程中一直存在稳定性问题、不均匀沉降等问题，工程质量难以控制。

2．复合地基处理方法，主要有粉喷桩、旋喷桩和碎石桩等，虽然能缩短施工工期，但处理单价较高。另一方面成桩的质量难以控制，如粉喷桩，理论上讲成桩有效长度可达15m以上，但大量的工程实例反映，粉喷桩桩长超过10m，其质量难以保证，如存在喷粉量不足、搅拌不均匀、胶接不好等质量问题。

第二节 国内外当前的研究现状

真空－堆载联合预压法是先在软基打设袋装砂井或塑料排水板作为竖向排水通道，通过它也可以传递真空压力，在堆载和真空压力作用下，地基土由于排水距离缩短，从而加快地基的排水固结，使得地基土强度得以提高。该方法在加固机理的研究和理论计算方面前人已经作了一些工作22～32，从加固机理上看，真空预压法和堆载预压法都属于排水固结法，堆载预压法的机理研究得比较透彻，它通过堆载使得土体总应力增加，随着时间的延续，孔压不断消散，有效应力不断增加，土体强度得以提高；而真空预压法是一种降低边界孔隙水压力使土体固结的问题，软土在负压条件下的排水和固结变形过程与正压条件下的固结过程是相似的，都是通过孔隙压力的变化将荷载传递给土体骨架的过程。真空预压与堆载预压的区别在于孔隙水压力的初始条件和边界条件不同，因此，可用各种固结理论26、32进行计算。但是，关于真空预压过程中是否会引起地下水位下降，真空预压的有效加固深度，特别是真空－堆载联合预压的加固机理、加固效果如何以及加固过程等问题并不十分清楚，仍存在争议，缺乏统一认识；其中，对加固机理的研究至关重要，它是理论计算的依据。因此，有必要对这些问题进行更深入的探讨和研究。

对于这种砂井地基目前有多种计算方法，但归纳起来有以下三类33：一种是以轴对称固结理论为基础的解析解法，如巴隆(Barron)解、汉斯波(Hansbo)解和曾国熙解等。另一种是半解析法，孔隙水压力由解析解求出，而位移则用数值解法计算。还有一种是以太沙基(Terzaghi)固结理论或比奥(Biao)固结理论作为基础的数值解法，如有限元法、边界元法和差分法等。

对于解析解法，最大的优点就是计算简单，比较适合计算加固区面积较大、地基情况和边界条件、初始条件比较简单的加固区中心点的固结沉降。由于它假设固结过程中总应力不变，所以无法考虑固结过程中孔压与变形的耦合关系；此外，它还无法对整个地基，特别是加固区边界的固结变形进行计算分析。由于该方法只能计算单井固结，对于条件较复杂的情况就无法计算；因此，解析解法的应用受到了很大的限制。

半解析法是赵维炳在考虑土体流变的基础上提出了砂井地基固结分析的简便方法34，这种方法计算比较简便，可以考虑比较复杂情况，如土体的粘弹性、固结的三向性、砂井井阻和涂沫的影响等；该方法具有占用计算机容量小、时间短、费用低等优点，但孔压由解析解求出，与实际的变化规律不吻合。

第三节 本 文 的 工 作

结合当前的研究现状，本文以实际工程为背景，侧重研究以下几个方面：

1. 总结分析真空预压法和堆载预压法处理软基的加固机理，对目前存在的一些问题进行比较深入的探讨和研究；通过对实测资料的分析，进一步分析真空－堆载联合预压法加固高速公路软基的加固机理和总结加固软基土体变形特点及强度增长规律。

2. 结合试验段的现场观测数据，评价采用真空－堆载联合预压法加固高速公路软基的加固效果和有效加固深度，进一步验证理论分析。

3. 稳定性分析是路堤设计的一项重要内容，采用真空－堆载联合预压加固路堤，强度增长较快防水混凝土施工工艺标准，采用有效固结压力强度指标方法进行稳定分析。

5. 考虑软土的弹塑性、流变和施工影响的损伤，采用平面应变比奥固结有限元进行计算，通过和采用该方法加固软基的京珠高速公路试验段的实测资料进行分析比较，所得结论对于今后工程具有一定的参考价值。

6．在技术经济、施工工艺和加固效果的比较等基础上，对高速公路采用真空－堆载联合预压方法加固软基进行全面的评价，并根据研究过程中遇到的问题，提出进一步研究计划。