直排式與普通式真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟基試驗(yàn)分析

開明，魯玉芬

(1.蕪湖市勘察測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，安徽蕪湖 241000;2.安徽省蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽蕪湖 241000)

自1952年瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院的W.Jellman［1］提出真空預(yù)壓法的加固模型開始，各國(guó)的專家學(xué)者［2～6］和研究機(jī)構(gòu)對(duì)真空預(yù)壓法及真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法在加固機(jī)理、室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)及施工工藝等方面開展了一系列的研究，但其加固機(jī)理、加固效果及工程造價(jià)等仍有許多亟待解決的問題。本文通過比較直排式和普通式真空堆載聯(lián)合預(yù)壓試驗(yàn)結(jié)果，研究直排式真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法相對(duì)于普通式真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法，在加快固結(jié)速度、降低真空預(yù)壓造價(jià)等方面所體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。

1 試驗(yàn)工程簡(jiǎn)介

本試驗(yàn)工程的場(chǎng)地屬濱海臺(tái)地平原區(qū)，主要地貌類型為花崗巖與變質(zhì)巖組成的臺(tái)地和沖積及海積平原，場(chǎng)地類別為Ⅲ類場(chǎng)地，地震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.01 g。

場(chǎng)地地層自上而下共分為8層，分別為:

吹填土:灰色，飽和，吹填物為流泥～淤泥，局部為浮泥，流動(dòng)～流塑，高壓縮性，含少量粉細(xì)砂及腐殖質(zhì)。層厚1.50 m～3.40 m，平均厚度為2.45 m，層頂標(biāo)高為+4.38 m～+4.98 m，平均層頂標(biāo)高為+4.69 m。

②－1亞層—流泥 ～淤泥:灰色，飽和，流動(dòng) ～流塑，高壓縮性，欠固結(jié)。厚度為2.80 m～8.25 m，平均厚度為5.81 m，層頂標(biāo)高為+1.36 m～+3.44 m，平均層頂標(biāo)高為+2.14 m。

②－2亞層—淤泥混貝殼:流動(dòng)～流塑，低強(qiáng)度，高壓縮性軟弱土。

②－3亞層—砂混貝殼淤泥:為松軟土。

③第四紀(jì)沖洪積層(Qa1+p1)劃分為四個(gè)亞層:

③－1亞層—粘土～粉質(zhì)粘土:灰白色，灰黃色，棕紅色，濕，軟可塑～可塑，含少量中細(xì)砂，粘性一般，切面稍粗糙，以粉質(zhì)粘土為主，局部呈粉土狀。

③－2亞層—粘性土混砂:灰白色，松軟。

③－3亞層—中細(xì)砂:灰白色，灰黃色，中密。

③－4亞層—粗礫砂:灰白色，灰黃色，飽和，稍密～中密，局部松散或密實(shí)。

④早期海相沉積層(Qm)淤泥質(zhì)粘土:灰色，飽和，軟塑 ～軟可塑，高壓縮性。層厚為 0.60 m～1.60 m，平均厚度為 1.07 m，層頂標(biāo)高為－7.88 m～－9.94 m，平均層頂標(biāo)高為－8.78 m。

⑤第四紀(jì)沖洪坡積層(Qa1+p1+d1)劃分為3個(gè)亞層:

⑤－1亞層—粘性土混砂:灰黃色，硬塑。僅S15孔有揭露，層厚0.5 m層頂標(biāo)高－13.03 m。

⑤－2亞層—粉細(xì)砂:灰白色，飽和，中密，分選性好。

⑤－3亞層—粘土～粉質(zhì)粘土:黃色，濕，可塑，含細(xì)砂。

⑥殘積土(Qe1)

粘性土:主要為花崗巖風(fēng)化殘積而成，局部為砂質(zhì)粘性土。雜色，稍濕，可塑～硬塑(一般上部可塑，下部硬塑)。層厚1.40 m～11.40 m，平均厚度為5.46 m，層頂標(biāo)高為－4.51 m～－10.32 m，平均層頂標(biāo)高為－6.86 m。

根據(jù)某試驗(yàn)區(qū)地基處理工程的相關(guān)資料，共有5個(gè)試驗(yàn)區(qū)，即 SR1區(qū)、SR2區(qū)、SR3區(qū)、SR4區(qū)和 SF區(qū)。，總面積為61765.35 m2。本文主要研究其中的兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)SR1區(qū)和SR2區(qū)。其中:(1)SR1區(qū)總面積為16637.28 m2，地基處理方法為直排式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓，采用普通 B型排水板，正方形布置，間距1.2 m，下端1.5 m剝?nèi)V膜，粘土密封墻打穿淤泥底部透水層;(2)SR2區(qū)總面積為15666.92 m2，地基處理方法為普通式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓，采用普通B型排水板，正方形布置，間距1.2 m，下端1.5 m剝?nèi)V膜，粘土密封墻打穿淤泥底部透水層。SR1區(qū)和SR2區(qū)均為吹填淤泥土區(qū)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

(1)沉降分析

地表沉降直接反映地基加固的程度，是分析軟基沉降的基礎(chǔ)。按設(shè)計(jì)要求SR1區(qū)、SR2區(qū)分別設(shè)計(jì)了16塊、14塊地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)在吹填砂吹填結(jié)束、打設(shè)塑料排水板之前進(jìn)行埋設(shè)。對(duì)各區(qū)所有沉降觀測(cè)點(diǎn)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)后，得到如下的地表沉降數(shù)據(jù)，如表1所示。

現(xiàn)實(shí)中，一些高校在內(nèi)部控制制度方面并不缺乏，但其執(zhí)行效果卻不盡如人意，主要是控制環(huán)境存在缺陷，顯著表現(xiàn)在高校文化建設(shè)滯后方面。長(zhǎng)期以來，內(nèi)部控制都被看成是高校管理層的職責(zé)，廣大教職工以及學(xué)生等人員都被遺漏在外，這種氛圍和控制方式不僅會(huì)滋生腐敗，還會(huì)造成教職工和學(xué)生缺乏歸屬感和主人翁意識(shí)，導(dǎo)致惡性循環(huán)。由此追根溯源，建設(shè)高效的高校內(nèi)控體系首先要營(yíng)造高校內(nèi)部控制環(huán)境，尤其是滿足其對(duì)文化建設(shè)的需求。

地表沉降量匯總表 表1

上述數(shù)據(jù)表明，地基土在預(yù)壓荷載作用下固結(jié)度均在93%以上，可見土體沉降效果較為顯著。

(2)真空度分析

真空度能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求是真空預(yù)壓施工能否成功的關(guān)鍵，在本次試驗(yàn)工程中，排水板內(nèi)真空壓力采用埋設(shè)真空測(cè)點(diǎn)的方法進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)區(qū)域埋設(shè)1組，每組6只，從砂墊層表面沿排水板向下每隔2 m埋設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:①SR1區(qū)在真空預(yù)壓期間，地表下10 m范圍真空測(cè)點(diǎn)均有明顯反應(yīng)，地表下8 m范圍內(nèi)測(cè)點(diǎn)真空度較高，接近80 kPa，地表下10 m位置真空度平均8 kPa，較為穩(wěn)定。由于受埋設(shè)條件真空度測(cè)點(diǎn)受力變形、排水板板芯等邊界條件影響，真空度沿排水板深度分布的規(guī)律性不強(qiáng)，在地表下10 m內(nèi)，排水板內(nèi)的真空度基本處于50 kPa～80 kPa之間(見圖1);②SR2區(qū)在真空預(yù)壓期間，地表向下10 m范圍內(nèi)真空測(cè)點(diǎn)有明顯反應(yīng);真空度沿深度略呈向下逐漸衰減的趨勢(shì)。地表的真空測(cè)點(diǎn)受真空泵抽停影響較大，深部的真空測(cè)點(diǎn)受真空泵的抽停影響很小。正常抽真空時(shí)，上部的真空壓力基本保持不變，深部的真空壓力小幅度的增大，如圖1所示。

圖1 排水板內(nèi)真空時(shí)程曲線圖

(3)孔隙水壓力分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明:SR1區(qū)和SR2區(qū)塑料排水板內(nèi)的孔隙水壓力隨著抽真空的開始迅速下降，下降的幅度與膜下真空度(該測(cè)點(diǎn)處)變化基本一致，平均分別為79 kPa和75 kPa左右。SR1區(qū)、SR2區(qū)各測(cè)點(diǎn)孔隙水壓力變化曲線基本相似，SR1區(qū)孔隙水壓力在堆載初期過程中被毀壞，滿載期間沒有數(shù)據(jù)，SR2區(qū)后期的堆載對(duì)各測(cè)點(diǎn)的變化影響較小。

(4)地下水位

地下水位的變化為分析加固效果提供資料和依據(jù)。本試驗(yàn)工程分別在每個(gè)區(qū)中間埋設(shè)一個(gè)地下水位觀測(cè)點(diǎn)，用于觀測(cè)地下水位在抽真空期間和堆載期間的動(dòng)態(tài)變化。SR1區(qū)水位在試抽真空的前5 d左右，地下水位下降較快，基本上以約0.8 m/d下降，當(dāng)?shù)叵滤唤档椭粮叱?.8 m時(shí)，地下水位不再下降，基本上保持在高程2.8 m上下浮動(dòng)。截止堆載完成，地下水位基本上保持在高程2.8 m;SR2區(qū)水位在試抽真空初期，地下水位下降較快，持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，最后基本上保持在高程－0.2 m。

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

(1)土工試驗(yàn)分析

地基處理前后分別在每個(gè)區(qū)的同一位置進(jìn)行2個(gè)原狀取土孔，主要對(duì)比土的物理力學(xué)指標(biāo)變化情況。由試驗(yàn)直接測(cè)定的物理指標(biāo)為重度γ、含水量w和相對(duì)密度(比重)G三相基本指標(biāo)，由三相基本指標(biāo)換算的物理指標(biāo)有孔隙比e，孔隙率n、飽和度Sr等;力學(xué)指標(biāo)主要有壓縮性指標(biāo)抗剪強(qiáng)度及靈敏度等。對(duì)每個(gè)測(cè)區(qū)區(qū)的處理前后土樣試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示:①SR1區(qū)的軟土處理前、后重度提高了12%(14.9 kN/m3→16.7 kN/m3);含水率減小約29%(69.9%→49.5%);孔隙比減小了33%;壓縮系數(shù)降低41%(1.6 MPa－1→0.94 MPa－1);粘聚力增大了2.7倍。②SR2區(qū)的軟土處理前、后重度提高了7%(15.4 kN/m3→16.5 kN/m3);含水率減小約23%(68.5%→52.7%);孔隙比減小了25%;壓縮系數(shù)降低了38%(1.5 MPa－1→0.93 MPa－1);粘聚力增大了1.74倍。

(2)十字板剪切試驗(yàn)及靜載荷試驗(yàn)分析

地基處理前后分別在每個(gè)區(qū)的同一位置進(jìn)行2組十字板剪切試驗(yàn)，主要對(duì)比地基處理前后土的力學(xué)指標(biāo)。地基處理前后十字板抗剪強(qiáng)度值如表2所示。

從表2可以看出，(1)SR1和SR2區(qū)在進(jìn)過地基處理之后，強(qiáng)度分別提高4.5倍和3.3倍。

十字板抗剪強(qiáng)度值 表2

3 直排式真空預(yù)壓與普通真空預(yù)壓的地基處理效果比較

所謂直排式，就是將真空吸管同排水板直接相連，真空壓力直接將排水板內(nèi)的水抽出，地基得以加固。SR1區(qū)采用直排式真空預(yù)壓法，SR2區(qū)采用普通真空預(yù)壓法。

3.1 沉降速率比較

圖2為抽真空初期，SR1區(qū)與SR2區(qū)平均沉降速率時(shí)間荷載對(duì)比曲線，從圖中可以看出，直排式真空預(yù)壓的真空荷載比普通真空預(yù)壓的真空荷載高出約5 kPa，直排式真空預(yù)壓的沉降速率基本上始終比普通真空預(yù)壓快約35%，直排式真空預(yù)壓處理地基固結(jié)速率較快。

圖2 地面沉降速率－真空荷載時(shí)程曲線圖

3.2 排水板內(nèi)真空度傳遞比較

從圖2可以看出，真空預(yù)壓期間，SR1區(qū)和SR2區(qū)的地表下10 m范圍均有真空度。SR1區(qū)的地表下8 m范圍內(nèi)測(cè)點(diǎn)真空度較高，都接近80 kPa，而SR2區(qū)的真空度沿深度向下是逐漸衰減的。在真空度有效影響范圍內(nèi)，沿深度方向向下越深，直排式真空度比普通式真空度越高。真空度高，地基加固效果更好。

3.3 固結(jié)度比較

根據(jù)地面沉降推測(cè)的平均固結(jié)度，直排式真空預(yù)壓地基平均固結(jié)度為95.3%，普通真空預(yù)壓處理地基的固結(jié)度為93.5%，直排式真空預(yù)壓比普通真空預(yù)壓處理地基的固結(jié)度大1.7個(gè)百分點(diǎn)。

3.4 物理力學(xué)指標(biāo)比較

從表3以看出，直排式真空預(yù)壓法和普通真空預(yù)壓法處理地基相比，含水率多降低了6個(gè)百分點(diǎn)，孔隙比多降低了8個(gè)百分點(diǎn)，壓縮系數(shù)多降低3個(gè)百分點(diǎn)，強(qiáng)度約多增加0.8倍。

直排式真空預(yù)壓與普通式真空預(yù)壓對(duì)比表 表3

以上各項(xiàng)指標(biāo)皆表明，直排式真空預(yù)壓法是普通真空預(yù)壓法處理地基效果的1.1倍以上，直排式真空預(yù)壓的地基處理效果明顯優(yōu)于普通真空預(yù)壓。

3.5 真空度的損失分析

從試驗(yàn)區(qū)排水板中真空度測(cè)點(diǎn)與膜下真空度的變化關(guān)系分析可知，由于受埋設(shè)條件、真空度測(cè)點(diǎn)受力變形、排水板板芯等邊界條件影響，真空度沿排水板深度分布的規(guī)律性不強(qiáng)。從試驗(yàn)區(qū)排水板中孔壓測(cè)點(diǎn)與膜下真空度的變化關(guān)系分析可知，孔壓下降的幅度值同膜下真空度變化規(guī)律基本同步，此現(xiàn)象表明，排水板內(nèi)的負(fù)壓沿深度表現(xiàn)為呈矩形分布的趨勢(shì)。直排式真空預(yù)壓方案中排水板內(nèi)的孔壓下降值幅度大于一般真空預(yù)壓。

3.6 直排式真空預(yù)壓造價(jià)

直排式真空預(yù)壓采用吸管直接和排水板相聯(lián)，不需設(shè)滲透系數(shù)較好的中粗砂墊層，可采用滲透系數(shù)較差的粉細(xì)砂墊層或粘土層，因而從整體上工程造價(jià)相對(duì)較低，應(yīng)用范圍更廣。

4 結(jié)論

通過對(duì)直排式和普通式兩種真空堆載聯(lián)合預(yù)壓處理軟基的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得到如下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)直排式真空預(yù)壓將真空吸管同排水板直接相連，產(chǎn)生的真空壓力直接將排水板內(nèi)水抽出，與普通式相比較，其沉降速率快、排水板內(nèi)真空度高、固結(jié)度大，加固軟基的效果較為顯著。

(2)直排式真空預(yù)壓法和普通真空預(yù)壓法處理地基相比，含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)降低得較快，地基強(qiáng)度得到顯著提高。

(3)直排式真空預(yù)壓的地基處理效果明顯優(yōu)于普通真空預(yù)壓，并降低了工程造價(jià)。

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