真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟基

陳春銀

(江蘇長(zhǎng)江機(jī)械化基礎(chǔ)工程公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

在沿海和內(nèi)陸地區(qū)廣泛分布著海相、湖相和河相沉積的軟弱粘土層，具有高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度、低滲透性等特點(diǎn)，在建筑物荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，地基承載力和穩(wěn)定性差，不能滿足工程需要。為有效消除軟土的沉降變形，提高地基承載力和穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行加固處理以滿足工程建設(shè)的需要。

真空預(yù)壓法［1-3］是排水固結(jié)法的一種，主要由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。在實(shí)施真空預(yù)壓法的同時(shí)在地基上部進(jìn)行堆載(包括堆土、充水等)，真空預(yù)壓與上部堆載聯(lián)合作用就形成了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法［4-6］加大了超載壓力，堆載預(yù)壓中的超載部分為真空壓力，增大了地基土體內(nèi)的附加應(yīng)力，同時(shí)發(fā)揮真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓各自的優(yōu)勢(shì)，可提高加荷速率、縮短工期、增大加固深度，使地基沉降在施工期內(nèi)得以基本完成，從而有效減少地基工后沉降。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法對(duì)地基實(shí)施超載預(yù)壓加固，超載部分由真空荷載來(lái)代替，其最大荷載可達(dá)80 kPa～90 kPa，相當(dāng)于4 m～5 m的填土荷載，大大超過地面設(shè)計(jì)荷載;真空荷載施加方便、迅速，幾天之內(nèi)就可達(dá)到80 kPa以上，不存在分級(jí)施加的問題;由于有真空預(yù)壓，只要塑料排水板有足夠大的通水量，真空度就可以傳遞到土層深部而損失較小，使地基深層軟土得到較好加固，從而在加固期間能消除較多的地基沉降。

本文結(jié)合某深厚淤泥質(zhì)軟基處理工程，介紹真空聯(lián)合堆載預(yù)壓設(shè)計(jì)方法，并對(duì)處理效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

擬建場(chǎng)地現(xiàn)為農(nóng)田，除場(chǎng)地局部分布的水渠和池塘外，地形平坦，勘探點(diǎn)標(biāo)高一般在2．5 m～3．9 m之間，最大高差為1．4 m。地貌單元屬山前沖積平原。主要地層結(jié)構(gòu)(自上而下)如下:

①填土:主要為碎石、磚塊、煤渣、粘性土等，均勻性差，局部分布。層厚0．4 m ～0．8 m，層底標(biāo)高2．93 m ～3．28 m。

②粘土:灰黃～褐黃色，可塑，干強(qiáng)度高，韌性中等，平均壓縮系數(shù)0．58 MPa－1，屬高壓縮性土。場(chǎng)區(qū)普遍分布，層厚0．5 m～2．5 m，俗稱“硬殼層”，層底標(biāo)高0．76 m ～2．94 m。

③-1淤泥:灰色，流塑，土質(zhì)軟，局部含有機(jī)質(zhì)，平均壓縮系數(shù)2．07 MPa－1，屬高壓縮性土。場(chǎng)區(qū)普遍分布，層厚 5．8 m ～16．0 m，層底標(biāo)高 －13．70 m ～ －3．72 m。

③-2淤泥質(zhì)粘土:灰色，流塑～軟塑，局部含少量有機(jī)質(zhì)，平均壓縮系數(shù)1．11 MPa－1，屬高壓縮性土。場(chǎng)區(qū)局部分布，層厚0．5 m～10．8 m，層底標(biāo)高 －12．12 m ～ －6．03 m。

③-3粉細(xì)砂:灰色～黃色，松散～稍密，飽和，顆粒級(jí)配一般，局部含粉土。場(chǎng)區(qū)局部分布，層厚0．4 m～7．6 m，層底標(biāo)高－12．63 m ～ －5．68 m。

③-4粉質(zhì)粘土:灰色，可塑～軟塑，含腐殖質(zhì)等，干強(qiáng)度中等，韌性中等，平均壓縮系數(shù)0．35 MPa－1，屬中等壓縮性土。場(chǎng)區(qū)局部分布，層厚0．3 m ～4．6 m，層底標(biāo)高 －13．75 m ～ －9．63 m。

④-1粉質(zhì)粘土:灰褐色～黃褐色，可塑～硬塑，含腐殖質(zhì)等，干強(qiáng)度中等，韌性中等，平均壓縮系數(shù)0．35 MPa－1，屬中等壓縮性土。場(chǎng)區(qū)局部分布，層厚0．3 m～4．6 m，層底標(biāo)高 －13．75 m～－9．63 m。

地基土主要物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)情況的描述，③-1層淤泥和③-2層淤泥質(zhì)粘土普遍分布，埋深淺，厚度大，具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強(qiáng)度等典型的軟弱土特性，為場(chǎng)地不良地基土層，是軟基處理的重點(diǎn)對(duì)象。

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)分層統(tǒng)計(jì)表(平均值)

工勘報(bào)告表明在總裝車間的場(chǎng)地地基內(nèi)分布③-3粉細(xì)砂地層，而粉細(xì)砂地層屬良好透氣地層，采用真空預(yù)壓處理軟基時(shí)應(yīng)充分了解該地層的分布情況，若砂層埋深較淺，則在施工時(shí)必須采取有效工程措施隔斷透氣通道，若砂層埋深大，厚度大，則在確保加固效果的前提下設(shè)計(jì)豎向排水體，打設(shè)深度應(yīng)小于砂層的埋深。根據(jù)工勘報(bào)告提供的各勘探點(diǎn)工程地質(zhì)剖面圖繪制場(chǎng)地砂層三維立體分布如圖1所示。

圖1 場(chǎng)地砂層三維立體分布圖

可見，在擬建的總裝車間場(chǎng)地內(nèi)，地基土內(nèi)砂層分布較為廣泛，局部區(qū)域缺失。其中西北角區(qū)域內(nèi)普遍分布有粉細(xì)砂地層，局部有中砂層，砂層埋深自西向東、自北向南逐漸增大，其最淺埋深為8．5 m，最大厚度達(dá)6．4 m。場(chǎng)地中東部區(qū)域砂層普遍埋深在10．0 m～12．0 m。場(chǎng)地西北偏東區(qū)域及靠近東、南部場(chǎng)地邊緣砂層埋深較大，普遍在12．0 m ～14．0 m，厚度普遍在1．0 m ～2．0 m，局部厚度近6．0 m。場(chǎng)地局部區(qū)域砂層埋深達(dá)14．0以下。

根據(jù)上述分析，進(jìn)行軟基加固時(shí)應(yīng)依據(jù)砂層埋深特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同豎向排水體深度，豎向排水體深度應(yīng)在砂層埋深以上1．0 m～2．0 m，這樣可最大限度地完成對(duì)整個(gè)軟土層的加固，確保加固效果，減少地基殘余沉降;排水板深度控制在砂層以上一定距離，又能防止排水板施工時(shí)不小心插入砂層造成漏氣，影響加固效果。

2 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓軟基處理方案

根據(jù)上述計(jì)算分析，設(shè)計(jì)軟基處理方案為:豎向排水體采用B型塑料排水板，呈正三角形布置，間距1．0 m，根據(jù)場(chǎng)地粉細(xì)砂地層分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)排水板打設(shè)深度為砂層埋深以上1．0 m～2．0 m，分別為8．0 m，8．5 m，9．5 m，10．0 m 和11．0 m，如圖2 所示?？紤]到該地區(qū)砂料欠缺，砂價(jià)較貴，水平排水體統(tǒng)一采用φ50 mm的軟式透水管?？紤]到真空預(yù)壓的邊界效應(yīng)，實(shí)際加固區(qū)域邊界應(yīng)在總裝車間軸線占地邊界的基礎(chǔ)上往外延伸5 m。由于場(chǎng)地西南邊凸出85 m×10 m的一小塊區(qū)域，在該區(qū)域與其東部區(qū)域相連的直角拐彎處場(chǎng)地密封施工難度較大，為確保整個(gè)場(chǎng)地密封效果良好，故取消直角拐彎，自豎直邊角點(diǎn)與區(qū)域邊界線中點(diǎn)拉成直線。本工程真空聯(lián)合堆載預(yù)壓斷面布置見圖3。

圖2 場(chǎng)地加固區(qū)域分布圖及設(shè)計(jì)參數(shù)（單位：m）

圖3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓斷面示意圖

加荷過程:0 d～10 d抽真空10 d真空度達(dá)80 kPa，開始填土，30 d完成填土1．9 m，持續(xù)抽真空至第90天結(jié)束，施工總歷時(shí)120 d。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

為掌握真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工過程中地基土變形規(guī)律及固結(jié)狀態(tài)，需進(jìn)行加固過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。在預(yù)壓期間及時(shí)整理地表沉降過程曲線、孔隙水壓力曲線以及膜下真空度沿深度分布曲線等相關(guān)曲線，用以評(píng)價(jià)分析地基加固效果和施工質(zhì)量。

擬設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面K1，K2，K3，K4和K5。

每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置地表沉降標(biāo)3只，監(jiān)測(cè)地基沉降。

在區(qū)域中心處K3斷面中心及離南部邊緣33 m兩處設(shè)置:1)沿深度每2 m/支埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)，每處埋設(shè)孔壓計(jì)5支，監(jiān)測(cè)加固過程中地基土內(nèi)不同深度孔隙水壓力的分布及消散規(guī)律，判斷地基土體固結(jié)狀態(tài)及加固效果;2)沿深度3 m，5 m，7 m和9 m埋設(shè)真空度測(cè)頭，每處埋設(shè)真空度測(cè)頭4支，監(jiān)測(cè)真空壓力沿深度的傳遞規(guī)律，以分析地基土的深層加固效果;3)深層沉降管，深度20 m，每孔沿深度每2 m設(shè)置沉降環(huán)共6個(gè)，監(jiān)測(cè)不同深度地基土壓縮變形及分層沉降規(guī)律。在加固區(qū)西邊及南邊(K3斷面)距密封溝邊緣分別埋設(shè)3根測(cè)斜管，孔深26 m，監(jiān)測(cè)真空預(yù)壓加固過程中地基土側(cè)向水平位移情況及加固區(qū)側(cè)向變形對(duì)周圍區(qū)域的影響。監(jiān)測(cè)斷面及儀器平面布置見圖4。

圖4 監(jiān)測(cè)布置平面圖（單位：m）

4 地基處理效果分析

根據(jù)各斷面施工過程中的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用曲線擬合方法［6］對(duì)最終沉降及工后沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果見表2。由表2數(shù)據(jù)可見，該場(chǎng)地最終平均沉降58．9 cm，沉降差異最大達(dá)8．3 cm;工后平均沉降2．5 cm，最大沉降差異達(dá)4．5 cm，有效完成預(yù)定的地基加固效果，滿足工程建設(shè)需要。

表2 觀測(cè)斷面工后沉降計(jì)算

5 結(jié)語(yǔ)

采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法可以有效處理深厚砂層軟土地基。進(jìn)行軟基加固時(shí)應(yīng)依據(jù)砂層埋深特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同豎向排水體深度，豎向排水體深度應(yīng)在砂層埋深以上1．0 m～2．0 m。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段可以真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工過程中地基土變形規(guī)律及固結(jié)狀態(tài)進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)地基處理效果。

［1］ 袁 江，李 晨．真空預(yù)壓法在道路工程軟基處理中的應(yīng)用［J］．山西建筑，2008，34(26):55-58．

［2］ 朱 平，閆澎旺，劉 潤(rùn)，等．真空預(yù)壓法加固路堤軟基的工程實(shí)例分析［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2003(9):7-8．

［3］ 尹 泉，彭振斌．真空預(yù)壓法在某軟基處理中的應(yīng)用［J］．山西建筑，2010，36(8):75-77．

［4］ 謝 勇．真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在深軟淤泥地基中的應(yīng)用［J］．中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2012(15):23-25．

［5］ 劉 擎，王海鵬，孫業(yè)山，等．真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟土地基技術(shù)應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2008(5):95-97．

［6］ 駱行文，張 華，楊明亮．真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟土關(guān)鍵技術(shù)與評(píng)價(jià)［J］．土工基礎(chǔ)，2010(18):9-11．