軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)

付冠杰,范明橋,李 杰,徐 鍇,雷國輝

(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實驗室,江蘇南京 210098;2.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所,江蘇南京 210098;3.南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所,江蘇南京 210024)

軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)

付冠杰1,2,范明橋3,李 杰3,徐 鍇3,雷國輝1,2

(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實驗室,江蘇南京 210098;2.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所,江蘇南京 210098;3.南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所,江蘇南京 210024)

針對軟土地基上吹填造陸工程中真空預(yù)壓法加固軟土地基和吹填淤泥工期較長、效果較差的問題,提出了堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù),將吹填淤泥加固及軟土地基加固兩階段施工整合到一個真空預(yù)壓周期內(nèi)完成,大幅度縮短了造陸工期。試驗結(jié)果表明:該技術(shù)有效解決了常規(guī)真空預(yù)壓法中上部吹填淤泥變形過大,影響下部軟土地基加固效果的問題,并且充分利用吹填淤泥的自重,無須額外的堆載材料,即可使軟土地基處于真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的加固模式,進(jìn)一步提高了加固效果。

同步加固技術(shù);軟土地基;堆載預(yù)壓;吹填淤泥;真空預(yù)壓

沿海地區(qū)圍海造陸工程越來越多,采用水力吹填法,將港池和航道內(nèi)疏浚淤泥作為土料進(jìn)行造陸成為一種經(jīng)濟(jì)快速的常用技術(shù)。因此,圍海造陸工程中面臨越來越多的沿海灘涂軟土和上部吹填淤泥同時需要加固的狀況,隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,吹填造陸的工期要求越來越短,傳統(tǒng)的加固處理技術(shù)已難以滿足要求,一些新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1-3]。

真空預(yù)壓法和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是常用的軟土地基加固技術(shù),加固效率高、效果好,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[4]。沿海灘涂海積層軟土地基已經(jīng)有一定的強(qiáng)度,采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法能夠達(dá)到更好的處理效果。新近吹填淤泥含水率很高,強(qiáng)度很低[5-7],隨著工期要求越來越緊,淤泥吹填完成后即希望進(jìn)行加固,采用真空預(yù)壓法能夠很好地滿足經(jīng)濟(jì)技術(shù)的要求。但是圍海造陸工程對于地基強(qiáng)度要求較高,需要處理海積層軟土地基和吹填淤泥兩層土體,若兩層土體分別施工則工期太長,無法滿足實際工期需求;同時由于兩層土體強(qiáng)度差別太大,人工插板無法從吹填土層直接插入地基土層,通常需要吹填淤泥土體達(dá)到一定強(qiáng)度后,使用插板機(jī)械進(jìn)行施工,工期較長,且由于上部吹填淤泥真空度沿深度衰減較快,將嚴(yán)重影響下部原狀地基的加固效果[8-9]。針對傳統(tǒng)真空預(yù)壓法的不足,本文提出軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)。

軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)是將上部吹填淤泥作為堆載,聯(lián)合真空預(yù)壓法對軟土地基進(jìn)行加固處理,同時淤泥吹填施工完成后即采用真空預(yù)壓法對吹填淤泥進(jìn)行加固,形成軟土地基和吹填淤泥同步進(jìn)行真空預(yù)壓加固處理的工況,如圖1所示。

圖1 同步真空預(yù)壓加固示意圖

軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)是對真空預(yù)壓法在吹填造陸工程施工技術(shù)的有效改良,具有更合理的設(shè)計施工流程,充分利用了施工過程中的有利因素,并與堆載預(yù)壓法很好地結(jié)合,其主要特點(diǎn)是:①軟土地基開始正常真空預(yù)壓加固后可立即進(jìn)行吹填淤泥的施工和加固,施工工期大幅縮短;②軟土地基使用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法,無須另設(shè)堆載材料;③軟土地基和吹填淤泥同步處理完成,消除了分別處理時吹填淤泥施工過程中地基的再次沉降;④無須對吹填淤泥進(jìn)行晾曬即可達(dá)到同時處理兩層土體的目的。

1 工藝流程

軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)的主要施工工藝流程分為軟土地基的加固和淤泥的吹填、加固兩大部分,其中兩部分施工過程的銜接期是影響整個工程最終處理效果的關(guān)鍵。

1.1 軟土地基的真空預(yù)壓法加固

常規(guī)的真空預(yù)壓法處理軟土地基施工工藝已經(jīng)較為成熟,并已被廣泛應(yīng)用。根據(jù)場地工程地質(zhì)資料、工程要求、周圍環(huán)境和地下管線及障礙物等情況,按照國家或行業(yè)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計、施工。主要工藝流程如下:①平整場地,布設(shè)儀器,測量初始數(shù)據(jù);②鋪設(shè)砂墊層至設(shè)計厚度的一半,然后打設(shè)塑料排水板;③布設(shè)水平向排水濾管;④鋪設(shè)另外一半砂墊層,整平場地,布設(shè)監(jiān)測儀器,施工時應(yīng)將濾管完全埋設(shè)到砂墊層內(nèi)部,防止上部吹填淤泥進(jìn)行堆載后將濾管壓扁,造成排水不暢;⑤鋪設(shè)土工布;⑥鋪設(shè)兩層密封膜,為防止在吹填淤泥施工過程中對密封膜造成損傷,宜在密封膜上部再鋪設(shè)一層土工布;⑦安裝真空射流泵等抽真空裝置,出膜口位置要重點(diǎn)保護(hù),架空部分要堆土進(jìn)行支撐,如圖2所示,防止吹填淤泥后將出膜裝置壓壞或出膜裝置翹起戳破密封膜;⑧放置沉降標(biāo),將其固定穩(wěn)妥,標(biāo)桿剛度、強(qiáng)度都應(yīng)足夠大,防止在吹填淤泥過程中被泥漿沖擊傾斜、移位,或造成標(biāo)桿彎曲、折斷等,測完初始讀數(shù)后開始抽真空,膜下真空度達(dá)到設(shè)計值并穩(wěn)定后,再進(jìn)行吹填淤泥施工。

圖2 出膜口支撐防護(hù)與濾管布設(shè)

1.2 銜接期施工

銜接期施工是將真空預(yù)壓加固軟土地基和吹填淤泥施工連接在一起的關(guān)鍵一環(huán),會影響到工程質(zhì)量和最終處理效果,主要包括圍堤的修筑和淤泥的吹填,其工藝流程為:①施工準(zhǔn)備;②修筑圍堤;③吹填淤泥至設(shè)計高度;④淤泥自重沉積、濾水;⑤重復(fù)流程③、④至淤泥面達(dá)到設(shè)計高度。

a.施工準(zhǔn)備。軟土地基的真空預(yù)壓正常進(jìn)行,吹填淤泥施工前要仔細(xì)檢查密封膜及壓膜溝,防止出現(xiàn)漏氣等密封不良狀況。清除膜下尖銳物,防止上部吹填淤泥堆載后將膜捅破。

b.修筑圍堤。由于修筑圍堤緊鄰地基真空預(yù)壓場地,將不可避免地壓到場地中密封膜。因此慎重采用碎石或礦渣等堅硬材料,為方便起見,可就近采用周圍土源進(jìn)行修筑。修筑時應(yīng)分層壓實,兩側(cè)邊坡應(yīng)滿足設(shè)計要求。圍堤的修筑和淤泥的吹填是對軟土地基進(jìn)行加載的過程。當(dāng)軟土地基承載力過低時,施工過程中應(yīng)時刻關(guān)注地基土體沉降的發(fā)展情況,防止出現(xiàn)地基失穩(wěn),必要時應(yīng)放緩施工速度,或推遲筑堤和吹填淤泥的施工進(jìn)度。當(dāng)采用場地周圍軟土進(jìn)行圍堤的修筑時,由于軟土抗剪強(qiáng)度較低,為防止施工過程中圍堤在自重或淤泥的側(cè)壓力作用下造成坍塌和脹裂,圍堤可分多次修筑,待土體風(fēng)干含水率下降、強(qiáng)度增大后再進(jìn)行加高,同時,可采用增大圍堤斷面面積或減小圍堤邊坡坡度等措施。

c.吹填淤泥。為了減少水力吹填過程的顆粒分選作用,形成較為均勻的吹填淤泥層,吹填施工過程中宜沿場區(qū)周邊不時調(diào)整出泥口位置。

1.3 吹填淤泥的真空預(yù)壓法同步加固

對新近吹填淤泥進(jìn)行處理時,應(yīng)首先解決淤泥表面施工問題,可采用浮動工作平臺進(jìn)行淤泥面上的施工作業(yè),主要工藝流程可概括為:①布設(shè)排水板和濾管;②鋪設(shè)密封膜;③布設(shè)抽真空裝置開始抽真空。

a.布設(shè)排水板和濾管。浮動工作平臺在人工或機(jī)械牽引下移動,由于淤泥較為黏稠,施工開始前應(yīng)使淤泥表面保持一定深度的水,減小平臺在移動過程中的阻力。首先在淤泥表面鋪設(shè)一層土工布,一方面利于濾管的布設(shè)及其與排水板的搭接,土工布的存在將水平排水系統(tǒng)同淤泥隔離開來,防止了淤泥對濾管壁的淤堵,尤其是與排水板的連接處;另一方面也是對現(xiàn)場施工的一種安全防護(hù)。土工布鋪設(shè)的同時,應(yīng)將其縫合為一個整體。土工布鋪設(shè)完成后,插設(shè)排水板。塑料排水板應(yīng)按照插設(shè)深度裁剪,確保插設(shè)到預(yù)定深度,淤泥表面外露的長度足夠與濾管綁扎。排水板底部應(yīng)進(jìn)行密封,防止在抽真空過程中泥漿進(jìn)入排水板內(nèi)部淤堵排水通道。根據(jù)場地排水板的布置形式,插設(shè)前將裁剪好的排水板同濾管綁扎好,將排水板和濾管一起鋪設(shè)到場地后,人工插設(shè)排水板。排水板的插設(shè)由施工人員在浮動平臺上插設(shè)完成。

b.鋪設(shè)密封膜。密封膜鋪設(shè)前應(yīng)先鋪設(shè)一層土工布,一方面濾管及底層土工布一起構(gòu)成水平排水系統(tǒng),另一方面也防止密封膜在鋪設(shè)過程中被水平排水系統(tǒng)損壞。由于新近吹填淤泥含水率很高,仍處于流塑狀態(tài),場地四周無法開挖壓膜溝,但淤泥土本身具有很好的密封性。因此,可取消壓膜溝,直接將密封膜沿四周壓入淤泥內(nèi)1.0m左右。需要注意的是,壓膜時密封膜邊緣應(yīng)充分展開,不可成卷直接壓入。采用端頭接有橫向圓管的鋼管,沿四周連續(xù)壓入,確保密封膜整條邊達(dá)到預(yù)定深度。隨著抽真空的進(jìn)行,要防止密封膜外側(cè)土體開裂。

c.抽真空。真空預(yù)壓法處理吹填淤泥時,由于滲流所引起的滲透變形會加重土體不均勻固結(jié)和排水板的淤堵,比如工程中較為常見的“抱團(tuán)”現(xiàn)象。因此過大的水力梯度將會對土體的固結(jié)產(chǎn)生負(fù)面影響,不利于吹填淤泥持續(xù)快速的固結(jié)。為了緩解排水板的淤堵和土體的不均勻固結(jié),可以考慮采用線性加載或分級加載等更科學(xué)的加載形式,從而提高加固效果[10]。

2 加固原理

2.1 吹填淤泥滲流與固結(jié)的關(guān)系

真空預(yù)壓法的實質(zhì)是在不施加外部荷載的前提下,降低土體表面和塑料排水板中的孔隙水壓力,在土體內(nèi)部與土體表面以及塑料排水板之間產(chǎn)生水頭差,達(dá)到滲流所需的水力梯度,從而使土體中孔隙水排出,最大限度地發(fā)揮土體自重應(yīng)力來加固土體[11]。

龔曉南等[12]提出真空滲流場理論,認(rèn)為真空預(yù)壓加固地基的機(jī)理由兩方面作用組成:一是真空滲流場引起的土體固結(jié);二是地下水位下降改變土體豎向自重應(yīng)力,從而使土體產(chǎn)生固結(jié)。在真空預(yù)壓加固新近吹填淤泥時,土體內(nèi)部同樣會形成真空滲流場并伴隨著土體內(nèi)部水位的下降。高志義[11]分析認(rèn)為真空預(yù)壓法加固軟土地基時,土體中的滲流與固結(jié)并非因果關(guān)系,固結(jié)必然伴隨著滲流,滲流并非必然導(dǎo)致固結(jié),而滲流是否會導(dǎo)致固結(jié)主要在于是否引起了土體內(nèi)水量減少,進(jìn)而使孔隙水壓力降低。

吹填淤泥和四周圍堰、上下邊界共同構(gòu)成了一個較為獨(dú)立的系統(tǒng),如圖3所示。對于新近吹填淤泥,土體內(nèi)水位面與土體表面齊平。在抽真空開始后,孔隙水在真空負(fù)壓作用下產(chǎn)生滲流并被排出土體,由于沒有外來水源的補(bǔ)充,抽真空所引起的滲流必然導(dǎo)致單元土體流進(jìn)、流出的水量不等,即土體內(nèi)含水量不斷減少,土體中水位面下降,孔隙水壓力降低,土體必然發(fā)生固結(jié)。持續(xù)地抽真空,將使土體中水位面不斷下降,直至消失,并不會像一般地基那樣有地下水的補(bǔ)充而使土體中的滲流達(dá)到動態(tài)平衡。

圖3 真空預(yù)壓法處理吹填淤泥示意圖

總之,在真空預(yù)壓加固較為獨(dú)立的新近吹填淤泥土體時,其真空滲流場與一般受地下水位影響的地基土體有所不同。構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)的吹填淤泥的固結(jié)必然伴隨著滲流的發(fā)生,同時由于沒有外來水源的補(bǔ)充,滲流也必然導(dǎo)致土體固結(jié),兩者互為因果。

2.2 軟土地基所受荷載分析

在軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)中,軟土地基所受荷載由真空荷載和上部吹填淤泥荷載兩部分組成。

真空荷載沿排水板向下傳遞時,其衰減速度與排水板周圍的土體有密切關(guān)系。由于吹填淤泥在真空預(yù)壓過程中會發(fā)生較大的壓縮變形,使排水板發(fā)生扭曲、彎折甚至局部斷裂,嚴(yán)重影響真空度的傳遞效率。若采用常規(guī)真空預(yù)壓法同時加固吹填淤泥和軟土地基,兩者采用同一套真空預(yù)壓系統(tǒng),將使得地基土體的加固效果大打折扣。在軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)中,軟土地基和吹填淤泥分屬兩個相對獨(dú)立的真空預(yù)壓系統(tǒng),從而消除了上部吹填淤泥對下部軟土地基真空度傳遞的影響,真空度與土體深度關(guān)系曲線如圖4所示。軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固起到了分層壓實的效果。

圖4 真空度與土體深度關(guān)系曲線

吹填淤泥施工開始后,即相當(dāng)于開始對軟土地基進(jìn)行堆載。由于淤泥的吹填是一個近似勻速的過程,因此在該階段軟土地基所受荷載可視為線性增加的過程。真空預(yù)壓法加固吹填淤泥時,隨著抽真空的進(jìn)行,淤泥中水不斷排出,總質(zhì)量不斷減小,其對地基所施加的荷載也在不斷減小。由前文分析可知,真空預(yù)壓法加固吹填淤泥時,滲流與固結(jié)互為因果關(guān)系,淤泥中孔隙水的滲流必然引起固結(jié),每排出一定體積的水,即會引起吹填淤泥等體積的固結(jié)變形。由此可采用吹填淤泥的體積改變量估算排出水的體積,繼而推求出吹填淤泥的質(zhì)量改變量,也就反映了軟土地基所受荷載隨時間的變化。在外側(cè)圍堤約束作用下吹填淤泥的固結(jié),可視為一維固結(jié)問題,即只考慮豎向變形,忽略側(cè)向變形。假設(shè)吹填淤泥內(nèi)同一水平面上各點(diǎn)變形相同,不產(chǎn)生差異沉降,某一時刻排出水的體積即可由吹填淤泥水平截面面積與該時刻豎向壓縮量的乘積表示,排出水的質(zhì)量即為吹填淤泥施加在軟土地基上的荷載減小量。

由此可知,吹填淤泥總質(zhì)量的變化可由其豎向壓縮量表示,則軟土地基所受上部吹填淤泥荷載也可采用吹填淤泥的壓縮量來表示。吹填淤泥施加在軟土地基上的荷載變化曲線如圖5所示。吹填淤泥施工開始后,地基所受荷載線性增加,抽真空開始后隨吹填淤泥壓縮量的增大而逐漸減小,并最終趨于穩(wěn)定。軟土地基堆載來自于上部吹填淤泥,因此可通過控制淤泥吹填的速率,調(diào)整地基加載速率,加載過程更趨近于線性。但地基土體所受堆載的大小由吹填淤泥質(zhì)量決定,不可隨意設(shè)定,不同于常規(guī)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。

圖5 荷載變化曲線

2.3 缺點(diǎn)與不足

a.由于兩層土體同步真空預(yù)壓,因此,必須布設(shè)兩套真空預(yù)壓系統(tǒng),相對傳統(tǒng)真空預(yù)壓經(jīng)濟(jì)成本增加。

b.將吹填淤泥施工融入地基真空預(yù)壓過程中,增加了施工難度。

c.地基所受吹填淤泥的堆載,由實際淤泥吹填厚度決定,堆載大小不能隨意增減。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 工程地質(zhì)條件

采用軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)對浙江省玉環(huán)縣漩門灣圍墾工程三期圍墾區(qū)中的一塊50m×80m海灘進(jìn)行加固。該加固區(qū)位于漩門三期南部,屬潮灘,是明顯受到周期性潮汐漲落影響的平緩海岸泥質(zhì)沉積環(huán)境,地下水位0.20m。加固區(qū)海積層厚度為30～40m,地基軟土最深達(dá)45m,絕對標(biāo)高約為1.0m,漲潮時部分位于水下。為保證場地施工條件,在場地外圍修筑了一條高約1.5m的海堤,防止潮水侵入。

海積層土體物理力學(xué)性質(zhì)很差,含水率在50％～60％之間,孔隙比為1～1.8,為淤泥或淤泥質(zhì)土。液性指數(shù)普遍大于1,呈軟塑-流塑狀態(tài),強(qiáng)度較低。滲透系數(shù)較小,尤其是上部水平滲透系數(shù)僅為10-7cm/s量級,滲透性極差。地基軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

加固前在海積層軟土地基上做十字板剪切試驗,結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出,地基表層土體經(jīng)多年晾曬,已經(jīng)形成強(qiáng)度相對稍好的硬殼層,十字板剪切強(qiáng)度隨著地基深度的增加逐漸降低,7.5m深度處強(qiáng)度最低;7.5m深度以下土體剪切強(qiáng)度隨地基深度增加而逐漸增大。由此可見,地基中10m深度以上土體為主要加固對象,加固重點(diǎn)在于提高硬殼層以下3～9m土體的強(qiáng)度。

表1 地基軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

圖6 剪切強(qiáng)度與地基深度關(guān)系曲線

為開展現(xiàn)場試驗研究,吹填淤泥就近取自現(xiàn)場海積層地基土體,土源的物理力學(xué)性質(zhì)可參看表1中3m深度處土體的性質(zhì)。吹填完成后,新近的吹填淤泥層厚約2.5m,呈流態(tài),強(qiáng)度幾乎為零。從輸泥管出來的淤泥含水率約為260％～300％。經(jīng)過一個月左右的自然沉積,含水率下降為100％～150％,平均含水率約為110％,其物理性質(zhì)見表2。

表2 吹填淤泥的物理性質(zhì)指標(biāo)

3.2 施工簡況

地基土體排水板間距為1m,正方形布置,打設(shè)深度為15m。軟土地基沉降標(biāo)的平面布置如圖7所示。2012年8月20日開始抽真空,2012年8月25日膜下真空度達(dá)到80kPa。2012年9月1日由于潮水突然上漲,漫過外側(cè)海堤,淹沒場地,抽真空因故暫停。2012年9月12日潮水退去后重新開始抽真空,但由于海水浸泡造成電線線路損壞,真空泵無法全部開啟,直至2012年9月26日抽真空才恢復(fù)正常,2012年9月28日真空度達(dá)到80kPa,此后除幾次停電事故外,真空度一直維持在80kPa以上,如圖8所示。2013年3月5日卸載結(jié)束,有效加載時間150 d。

2012年9月20—25日加固區(qū)四周修筑圍堤,為吹填淤泥做準(zhǔn)備。修筑圍堤所用材料為鄰近地表強(qiáng)度較好的土,圍堤外圍修筑柵欄并填筑砂袋進(jìn)行加固。9月26日開始向場地中吹填泥漿,至11月23日吹填完成。采用水力沖填法,即高壓水槍將土源區(qū)土體打散,制成泥漿,然后用大口徑泥漿泵經(jīng)管路輸送至場地中。在遠(yuǎn)離出泥口一側(cè)設(shè)出水口,用以排出吹填尾水,出水口標(biāo)高隨著淤泥面的升高逐漸提高。排出淤泥表層的析出水后,泥漿面較初始沖填高度會有較大的下降。12月31日吹填淤泥開始抽真空,2013年1月2日達(dá)到70kPa以上,直至3月20日結(jié)束,有效加載時間為60 d。

圖7 軟土地基沉降標(biāo)和地質(zhì)勘察孔布置平面示意圖(單位:m)

圖8 軟土地基真空度變化曲線

3.3 試驗結(jié)果及分析

抽真空結(jié)束后,軟土地基主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)變化如表3所示,加固效果明顯,地基軟土已基本由流動狀態(tài)變?yōu)榱丝伤軤顟B(tài)。軟土地基的最大沉降量達(dá)到1 169mm,平均沉降量達(dá)到1 161mm以上?？鄢虻鼗两狄鸬拇堤钣倌嘞鲁?吹填淤泥層的凈沉降量,即壓縮量達(dá)到756mm,如圖9所示。海積層軟土地基各點(diǎn)沉降較為均勻,各測點(diǎn)沉降量和沉降速率基本一致。由此可以看出,地基土質(zhì)較為均勻,吹填淤泥施加在軟土地基上的荷載也較為均勻。由圖9可以看出,在抽真空開始階段,地基處于常規(guī)真空預(yù)壓狀態(tài),沉降速率很快,幾乎呈線性發(fā)展的趨勢。

表3 加固前、后軟土地基物理力學(xué)指標(biāo)對比

圖9 軟土地基和吹填淤泥沉降量變化曲線

圖10為軟土地基沉降速率曲線,可看出抽真空初期地基的沉降速率很大,但隨著抽真空的進(jìn)行其迅速下降,這符合真空預(yù)壓加固土體的基本特征。淤泥吹填開始后,即開始在地基上施加堆載。淤泥吹填過程中,軟土地基的沉降速率有一個明顯的持續(xù)增大過程,即隨著堆載的增加地基在較長一段時間內(nèi)處于加速沉降的狀態(tài)。上部吹填淤泥插板施工期間,地基沉降速率變化平緩。吹填淤泥抽真空期間,地基沉降速率隨時間逐漸減小,直至沉降達(dá)到穩(wěn)定。

圖10 軟土地基沉降速率變化曲線

在地基抽真空基本結(jié)束時,即2013年2月21日,開展了現(xiàn)場靜力觸探試驗,此時吹填淤泥尚處于真空預(yù)壓中期。加固前、后靜力觸探試驗所得軟土地基的比貫入阻力與地基深度關(guān)系曲線如圖11所示。可以看出,地基承載力明顯增大,取得了良好的加固效果,尤其在6m深度以上土體強(qiáng)度平均增長超過了80％,4m深度以上土體強(qiáng)度平均增長達(dá)到95％以上。但隨著深度的增加,強(qiáng)度的增量逐漸減小,10m深度以下土體強(qiáng)度增加已經(jīng)很少。

圖11 軟土地基比貫入阻力與地基深度關(guān)系曲線

現(xiàn)場進(jìn)行了吹填淤泥加固中期的靜力觸探試驗,比貫入阻力與淤泥深度關(guān)系曲線如圖12所示。此時土體已經(jīng)具備了一定的強(qiáng)度,真空預(yù)壓取得了階段性的成果。1m深度以上土體強(qiáng)度變化相對均勻,沿深度方向逐漸減小,符合真空預(yù)壓加固吹填淤泥的基本規(guī)律。1m深度處發(fā)生了突變,疑似碰到貝殼、石塊等堅硬物體。1m深度以下土體強(qiáng)度的陡然增加,也反映了吹填淤泥土體的不均勻性。

圖12 吹填淤泥比貫入阻力與淤泥深度關(guān)系曲線

為了測定真空預(yù)壓法對吹填淤泥的最終處理效果,在現(xiàn)場進(jìn)行了平板載荷試驗。根據(jù)每級荷載所對應(yīng)的沉降量,繪制荷載與沉降量關(guān)系曲線,如圖13所示。從荷載與沉降量關(guān)系曲線上可確定極限荷載pu=110kPa,取pu的一半作為地基承載力,則未經(jīng)基礎(chǔ)埋置深度和寬度修正的地基承載力f=55kPa,達(dá)到了試驗要求的50kPa。

圖13 荷載與沉降量關(guān)系曲線

加固區(qū)是沿海灘涂,采用軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)取得了良好的加固效果。軟土地基2012年8月20日開始抽真空,2013年3月5日卸載,抽真空結(jié)束,歷時197 d。2012年9月20日開始在加固區(qū)四周修筑圍堤吹填淤泥造陸,至2013年3月20日吹填淤泥真空預(yù)壓加固結(jié)束,歷時181 d。兩階段總計378 d的抽真空時間,被整合到同一加固周期進(jìn)行施工,縮短到212 d,大幅度縮短了造陸工期,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。地基土體強(qiáng)度增長明顯,產(chǎn)生了較大的預(yù)壓沉降量,整體加固效果顯著。同時,吹填淤泥土體的處理也取得了較為明顯的加固效果,達(dá)到了試驗的要求。

4 結(jié)語

本文提出了軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù),將吹填淤泥加固及軟土地基加固兩階段施工整合到一個真空預(yù)壓周期內(nèi)進(jìn)行,無須對吹填淤泥進(jìn)行晾曬或先期處理,預(yù)計378 d的抽真空時間,縮短為212 d,大幅縮短了造陸工期?，F(xiàn)場試驗結(jié)果表明,軟土地基承載力明顯增大,取得了良好的加固效果,6m深度以上土體強(qiáng)度平均增加80％以上,4m深度以上土體強(qiáng)度平均增加95％以上,取得了良好的加固效果。

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A synchronous vacuum preloading technique for treating soft ground and its overlying hydraulic surcharge fills//

FU Guanjie1,2,FAN Mingqiao3,LI Jie3,XU Kai3,LEI Guohui1,2(1.Key Laboratory of Geomechanics and Embankment Engineering of the Ministry of Education,Hohai University,Nanjing 210098,China;2.Geotechnical Research Institute,Hohai University,Nanjing 210098,China;3.Geotechnical Engineering Department,Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing 210024,China)

In hydraulic fill reclamation projects,the construction duration is long when the vacuum preloading method is used to improve soft ground and hydraulic fill.However,the effectiveness of improvement is relatively poor.To overcome these problems,a ground treatment technique is proposed for land reclamations with hydraulic fills on soft soils.This technique utilizes the hydraulic fills as a surcharge loading for the soft soils,and then synchronously applies vacuum preloading to both the soft soils and the hydraulic fills.By using this technique,two separate construction phases of improving soft soils and hydraulic fills are merged into a single construction period.Thus,construction time can be greatly shortened.Field test results show that the proposed technique effectively eliminates the influence of excessive deformations of the upper hydraulic fills on the improvement effectiveness of the lower soft soils in the conventional vacuum preloading technique.With no recourse to any other surcharge materials,the soft soils can be improved by vacuum combined surcharge preloading.It further promotes the effectiveness of soil improvement.

synchronous soil improvement technique;soft ground;surcharge preloading;hydraulic fills;vacuum preloading;

TU472

:A

:1006-7647(2014)06-0082-07

10.3880/j.issn.1006-7647.2014.06.017

2013-11-13 編輯:周紅梅)

高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃(B13024);水利部公益性行業(yè)科研專項(201201015);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(2014B04914)

付冠杰(1986—),男,河南湯陰人,碩士,主要從事軟土地基處理研究。E-mail:fugj0827@163.com