一次真空預(yù)壓法加固中厚層軟土試驗分析

張偉芳

（溫州市甌江口開發(fā)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000）

1 軟土、吹填土性質(zhì)

1.1 軟土

軟土是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱，是在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積經(jīng)生物化學(xué)作用形成的。軟土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小。在外荷載作用下，地基承載力低，地基變形大，不均勻變形也大。

1.2 吹填土

吹填土因挖泥地的土質(zhì)不同而呈現(xiàn)復(fù)雜的成分。吹填施工剛完成時，吹填軟土一般極為松散，且含水量極高，整個場地處于泥漿狀態(tài)，以黏性土為主的吹填土，因土中含有大量水分且難以排出，土體在形成初期處于流動狀態(tài)，所以這類土屬于強(qiáng)度較低和壓縮性較高的欠固結(jié)土。另由砂土或者其他粗顆粒土所組成的吹填土，其性質(zhì)基本上與粉細(xì)砂相類似，不屬于軟弱土范圍。實際上，吹填淤泥的物質(zhì)組成及工程性質(zhì)非常復(fù)雜和不統(tǒng)一。一般情況下，其物質(zhì)組成隨距吹填管口距離的遠(yuǎn)近存在著顯著的差異（尤其在粒徑成分上明顯），由此決定了其工程性質(zhì)上的差異。

2 中厚層軟土一次真空預(yù)壓軟基處理試驗

2.1 試驗區(qū)真空預(yù)壓方案設(shè)計

（1）試驗區(qū)選取。為了分析真空預(yù)壓法對溫州市甌江口一期中厚層軟土的加固效果，在已完成的吹填區(qū)中部區(qū)域選取尺寸為100 m×200 m的地塊進(jìn)行一次真空預(yù)壓加固試驗。

試驗區(qū)的吹填土厚度約8.0 m。工程勘察報告顯示，該區(qū)域吹填土構(gòu)成及特征為灰色和流塑，主要以淤泥為主，有臭味，吹填土場地現(xiàn)狀分為積水區(qū)和涂面蒸發(fā)脫水開裂區(qū)。積水區(qū)上部0.5 m 處吹填土主要呈流塑狀，重度小，砂粒含量低，砂粒平均含量4%；中部2.0 m 處吹填土呈流塑狀，重度較高，砂粒含量較高，砂粒平均含量5.3%；下部3.5 m處吹填土呈流塑狀，重度高，砂粒含量較高，砂粒平均含量4.5%；部分區(qū)域勘探孔吹填時間較長，且涂面標(biāo)高較高，表層土已固結(jié)并龜裂，呈軟塑狀，重度大，砂含量低。

（2）試驗區(qū)方案設(shè)計。試驗區(qū)共劃分為2個分區(qū)，按2種試驗方案對比，分別采用有砂真空預(yù)壓法和無砂真空預(yù)壓法，面積各為1萬m2。主要設(shè)計方案，見表1。

表1 設(shè)計方案

（3）地基處理卸載標(biāo)準(zhǔn)為：表層0～1.5 m處理范圍內(nèi)地基承載力特征值達(dá)到50 kPa；1.5 m 以下處理范圍內(nèi)地基承載力特征值達(dá)到30 kPa；實測地面沉降速率連續(xù)10 d平均沉降量小于或等于3 mm/d。

2.2 施工控制要點分析

真空抽氣是施工控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是在沿海地區(qū)吹填土軟基上尤其如此。很多人普遍認(rèn)為把排水板打入地基、保證膜下真空度并達(dá)到一定的抽氣時間和沉降速率，真空預(yù)壓地基處理就成功了。這種觀點是有前提條件的，若是在原狀自然沉積土上實施做到以上幾點成功率就會很高，若是在新吹填土上實施做到上述幾點就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

新吹填土層和原狀自然沉積土層在構(gòu)造和力學(xué)指標(biāo)上有很大不同。首先，新吹填土層含水量高，可壓縮性很大，幾乎呈流態(tài)，承載力近乎為0，新吹填淤泥在實施真空預(yù)壓排水固結(jié)過程中，排水板將隨土體的固結(jié)壓縮而變形或彎曲，固結(jié)壓縮率越高，排水板變形破壞越嚴(yán)重，嚴(yán)重時將失去排水通道作用；而原狀土層含水量較低，承載力相對較高，固結(jié)壓縮率較低，施打的排水板變形量較小，排水效果不會受到太大影響。其次，新吹填土層是原狀土層被充分“攪拌”后輸入吹填區(qū)的，在重力作用下產(chǎn)生一定的分選和分層，但層間無明顯界限，且土壤級配好，各向透水性很差，不利于水氣排出，影響真空預(yù)壓的效果；原狀沉積土層具有明顯的層理構(gòu)造，表現(xiàn)在垂直剖面自上而下呈現(xiàn)厚薄不一的粉細(xì)砂和粉土夾層，其土顆粒相對穩(wěn)定，有利于土體中的水氣排出，真空預(yù)壓效果較好。

新吹填淤泥處理時，由于其含水量多在90%以上特別是中上層多在100%以上，水在真空負(fù)壓作用下移動時細(xì)小顆粒會隨水向排水板移動，形成以排水板為中心的泥柱，其透水性極差，以至形成不透水柱而使排水固結(jié)法失效。上述問題出現(xiàn)后，最直觀的表現(xiàn)是真空射流泵抽排較短時間就不出水了，而擬處理的淤泥中自由水含量仍很高，繼續(xù)抽排等同于做“無用功”，處理效果也不明顯。從工程實踐經(jīng)驗及技術(shù)分析上看，在新吹填淤泥上一次性成功實施真空預(yù)壓，除了合理的插板工藝、合適的板型、板距和較好的密封外，更重要的是合理有效地控制抽排過程，防止或減緩“土柱”形成，避免排水板淤堵，減弱排水板的變形破壞。

為防止細(xì)土顆粒在高真空負(fù)壓下向排水板附近聚集而影響真空壓力傳遞和淤堵排水板，真空預(yù)壓前期控制就非常重要。為消除塑料排水板在施打過程中對土顆粒的擾動，在塑料排水板施打完畢后先自然沉淀10～20 d，鋪膜后通過控制真空泵開啟率逐漸加壓并分批輪換開泵，使預(yù)處理淤泥土逐漸形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。后期在85 kPa恒壓作用下抽氣90 d以上，并通過沉降速率判定是否卸載。

3 效果檢測

施工結(jié)束后對處理效果進(jìn)行檢測，檢測方法以鉆孔取樣室內(nèi)土工試驗為主，采用十字板試驗的方法進(jìn)行率定，評估表層及加固深度范圍內(nèi)承載力特征值。鉆孔取樣深度分別為0.3、0.9、1.5 m位置各取1 組原狀土樣，1.5 m 以下深度范圍取樣間距1 m。檢測點承載力判定，見表2。

表2 檢測點承載力判定

4 結(jié)語

從檢測結(jié)果分析，表層1.5 m以內(nèi)承載力基本能達(dá)到5 t要求、1.5 m以下承載力滿足3 t要求，真空預(yù)壓處理效果表層優(yōu)于下層，2 個方案在滿足設(shè)計承載力指標(biāo)上均可行。有砂真空預(yù)壓法與無砂真空預(yù)壓法相比優(yōu)點是排水板施打較為干凈整潔，水平排水濾管不易壓癟；缺點是施工速度慢，費(fèi)用高。

另據(jù)土工試驗成果表分析，采用一次真空預(yù)壓法處理中厚層淤泥除受方案、技術(shù)、施工和管理因素影響外，土質(zhì)因素影響也較大。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與淤泥相比，采用真空預(yù)壓處理，其承載力指標(biāo)更容易實現(xiàn)，因出泥口位置土粒較粗，與遠(yuǎn)離出泥口位置相比，在同等真空預(yù)壓處理條件下，處理效果更好。另從土工試驗成果表分析吹填土層理結(jié)構(gòu)，可以看出吹填土粒在豎向分布上也不均勻，在不同深度均存在淤泥夾層，這與挖泥船吹填時所選取土區(qū)有關(guān)，也與吹填過程控制密不可分。