吹填淤泥真空預(yù)壓加固效果分析

賈 明 昕

(天津港東疆建設(shè)開發(fā)有限公司，天津 300463)

吹填淤泥真空預(yù)壓加固效果分析

賈 明 昕

(天津港東疆建設(shè)開發(fā)有限公司，天津 300463)

結(jié)合天津某吹填淤泥真空預(yù)壓處理工程，分析了吹填淤泥沉降、水平位移及孔隙水壓力消散變化特點，并結(jié)合加固前后室內(nèi)土工試驗和現(xiàn)場十字板剪切試驗對真空預(yù)壓的加固效果進(jìn)行了對比分析，試驗結(jié)果表明：加固后吹填淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及現(xiàn)場十字板試驗結(jié)果均得到大幅度提高。

吹填淤泥，真空預(yù)壓，孔隙水壓力，沉降

吹填淤泥往往具有高含水量，大孔隙比，壓縮性高，滲透性差，強(qiáng)度低等特點。無法承擔(dān)大型施工設(shè)備甚至施工人員，通常采用真空預(yù)壓作為優(yōu)先的處理方式。真空預(yù)壓法自1952年發(fā)明以來，已經(jīng)走過60多年的歷史。經(jīng)過長期的實踐和改進(jìn)，其工藝逐步得到完善，應(yīng)用范圍得到了拓展。由于吹填淤泥含水量通常高達(dá)80%以上，處于欠固結(jié)狀態(tài)，大大增加了處理難度。應(yīng)舒等[1]介紹了一種取消排水墊層后的淺層地基處理方法，并結(jié)合現(xiàn)場試驗驗證了該地基處理方法對新吹填淤泥的處理效果。夏玉斌等[2]設(shè)計了直排式真空預(yù)壓法，并結(jié)合實際工程對比了常規(guī)真空預(yù)壓和直排式真空預(yù)壓的加固效果。王軍等[3]提出了一種防淤堵排水板，該排水板可以縮短真空傳遞路徑，減少真空度的沿程損失，真空度直達(dá)土體深部，加快土體孔壓的消散，防止淤堵,提高加固效果。董志良等[4]在分析天津濱海新區(qū)淺層超軟土加固處理存在的問題的基礎(chǔ)上，提出了采用單排單管方案及加密方案對淺層超軟土進(jìn)行加固，并在此基礎(chǔ)上建議適當(dāng)減少排水板插板深度和以“長短板”方式加密排水板間距。唐彤芝等[5]對薄砂層長短板真空預(yù)壓法加固吹填淤泥進(jìn)行了現(xiàn)場試驗研究，認(rèn)為該豎向排水體形式，可較好地解決排水板周圍淤泥抱團(tuán)而導(dǎo)致的徑向排水通道堵塞問題。顏永國等[6]分析了吹填土顆粒級配對真空預(yù)壓處理效果的影響。由此可見，真空預(yù)壓處理吹填土效果受多種因素的制約，未能形成較為統(tǒng)一的認(rèn)識[2-5]。因此，需結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗，在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，探求真空預(yù)壓處理吹填淤泥的適用性和加固效果，以便對后續(xù)工程提供可以借鑒的經(jīng)驗。本文將以天津某吹填工程為背景，通過現(xiàn)場實測沉降、分層沉降、水平位移及孔隙水壓力等參數(shù)，分析真空預(yù)壓對吹填淤泥的加固效果。

1 工程概況

根據(jù)勘察鉆孔資料，加固區(qū)土層主要為吹填淤泥及第四紀(jì)沉積土，主要壓縮層自上而下為吹填淤泥、淤泥質(zhì)粘土、原狀淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粘土等。其中主要壓縮層為吹填淤泥、淤泥質(zhì)粘土、原狀淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其厚度分別為吹填淤泥厚度為3 m～4.5 m；淤泥質(zhì)粘土厚度為2.5 m～3.0 m；原狀淤泥厚度為2.8 m～3.6 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚度為2.4 m～3.4 m。主要壓縮土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2 檢測內(nèi)容及測點布置

為了分析真空預(yù)壓對吹填淤泥的加固效果，在加固區(qū)內(nèi)布置了沉降標(biāo)、分層沉降儀、測斜儀、孔隙水壓力儀等監(jiān)測儀器，分別對加固區(qū)內(nèi)的沉降、分層沉降、水平位移、孔隙水壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。并在監(jiān)測點附近布設(shè)鉆孔及十字板原位試驗孔，以便對處理前后的吹填淤泥進(jìn)行對比，分析評價加固效果。測點布置詳見圖1。

3 監(jiān)測成果及分析

3.1 沉降監(jiān)測結(jié)果及分析

圖2為吹填淤泥在真空預(yù)壓過程中分層沉降變化曲線。由圖可知，在預(yù)壓期內(nèi)最大累計分層沉降量為116.2 cm，其中第一個月最大累計沉降量為56.3 cm，占最終累計分層沉降的48.5%。沉降最為明顯的土層為表層吹填淤泥土，其累計沉降量為39.1 cm，占最大累計分層沉降的33.6%。上述數(shù)據(jù)表明：本工程真空預(yù)壓沉降主要發(fā)生在第一個月內(nèi)；從沉降變化的土層看，主要發(fā)生在吹填淤泥層。此外，從沉降速率隨時間的變化過程可以看出，吹填淤泥在真空預(yù)壓前期波動較大，其中在22 d時出現(xiàn)極大值，達(dá)到65.0 mm/d，而27 d時僅為6.0 mm/d，真空預(yù)壓后期，沉降速率趨于穩(wěn)定且逐漸收斂。

3.2 水平位移監(jiān)測結(jié)果及分析

將水平位移的正方向取為指向加固區(qū)內(nèi)側(cè)，詳見圖3。由水平位移變化曲線可知：水平位移最大值發(fā)生在吹填淤泥表層，為170.5 mm， 隨著深度的增加，逐漸減小，深度16 m附近水平位移量很小，在加固期內(nèi)僅有10 mm～15 mm的位移量，說明真空預(yù)壓難以影響到該深度以下。對比勘察資料發(fā)現(xiàn)，該層土為粘土，土性較好，這也是水平位移較小的一個原因。由圖3還可以看出，在真空預(yù)壓前期，主要是前30天內(nèi)，水平位移發(fā)展較快，表層累計位移量值達(dá)到92.5 mm，占最終累計位移量的54.3%，說明吹填淤泥水平位移主要發(fā)生在抽真空前期。而過快的水平位移會導(dǎo)致加固區(qū)邊緣產(chǎn)生裂縫，對加固區(qū)的密封性不利，應(yīng)在該段時期內(nèi)加強(qiáng)巡視和管理。

3.3 孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果及分析

圖4為孔隙水壓力在真空預(yù)壓過程中的消散情況。從圖中可以看出，在整個抽真空過程中，土體內(nèi)孔隙水壓力均表現(xiàn)為下降趨勢，其中前期消散較快，且沒有出現(xiàn)較為明顯的波動。在深度+3.0 m處測得的初始孔隙水壓力值為87.2 kPa，稍小于-1.0 m處的初始值，此外結(jié)合埋設(shè)儀器時曾出現(xiàn)地下水大量涌出地面現(xiàn)象，綜合分析認(rèn)為欠固結(jié)吹填淤泥，在埋設(shè)儀器過程中將產(chǎn)生一定的超靜孔隙水壓力。且由于該土層滲透性差，孔隙水壓力消散緩慢。

4 加固效果分析

為了檢驗真空預(yù)壓處理吹填淤泥的加固效果，對加固前后的土體分別進(jìn)行了鉆孔取樣室內(nèi)土工試驗和十字板剪切試驗。

4.1 室內(nèi)土工試驗數(shù)據(jù)分析

加固前后主要軟土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)變化情況如表2所示。1)加固后各土層含水量均小于加固前對應(yīng)深度土層的含水量。其中吹填淤泥和原狀淤泥層含水量下降最為明顯，分別降低了31.0%和20.0%，粘土層含水量下降不明顯，僅為6.1%。2)壓縮系數(shù)反映了土體的壓縮變形特性。通過對比加固前后壓縮系數(shù)可知：加固后淤泥質(zhì)粘土和原狀淤泥層壓縮系數(shù)分別下降了32.7%，31.7%，說明加固后土體的壓縮性明顯下降。3)由加固前后固結(jié)快剪試驗結(jié)果可知：吹填淤泥、淤泥質(zhì)粘土和原狀淤泥層粘聚力和內(nèi)摩擦角提高最為顯著。

表2 軟土層加固前后土體參數(shù)對比

4.2 十字板剪切試驗結(jié)果

圖5為加固前后十字板剪切試驗曲線，從圖5可以看出，加固后土體上部12 m范圍強(qiáng)度增長最為顯著。其中吹填淤泥十字板強(qiáng)度增長了392.9%，淤泥質(zhì)粘土層增長了179.2%，原狀淤泥增長了179.2%。

5 結(jié)語

通過對吹填淤泥的真空預(yù)壓現(xiàn)場監(jiān)測，可以得到以下結(jié)論：1)沉降及水平位移主要發(fā)生真空預(yù)壓前期，這易導(dǎo)致加固區(qū)邊緣密封膜拉裂和土體開裂，進(jìn)而影響真空預(yù)壓的加固效果，應(yīng)在前期加強(qiáng)現(xiàn)場巡視的頻率，并及時處理漏氣點。2)吹填淤泥滲透性差，在儀器埋設(shè)過程中易產(chǎn)生超孔隙水壓力，這對加固效果有較大影響，因此應(yīng)采用對吹填淤泥擾動小的機(jī)械進(jìn)行埋設(shè)。3)對比加固前后的室內(nèi)土工試驗和十字板剪切試驗數(shù)據(jù)表明，吹填淤泥物理力學(xué)性質(zhì)得到較大幅度的提高，加固效果良好。

[1] 應(yīng) 舒，高長勝，黃家青.新吹填淤泥地基淺層處理試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2010，32(12)：1956-1960.

[2] 夏玉斌，陳允進(jìn).直排式真空預(yù)壓法加固軟土地基的試驗與研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2010(3)：376-384.

[3] 王 軍，蔡袁強(qiáng)，符洪濤，等.新型防淤堵真空預(yù)壓法室內(nèi)與現(xiàn)場試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2014(6)：1257-1268.

[4] 董志良，周 琦，張功新，等.天津濱海新區(qū)淺層超軟土加固技術(shù)現(xiàn)場對比試驗[J].巖土力學(xué)，2011，33(5)：1306-1312.

[5] 唐彤芝，董江平，黃家青，等.薄砂層長短板結(jié)合真空預(yù)壓法處理吹填淤泥土試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2012，34(5)：899-905.

[6] 顏永國，董志良，楊昌斌，等.顆粒級配對真空預(yù)壓法處理吹填土效果影響試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2011，33(11)：1775-1779.

Reinforcement effect of treatment of hydraulic filled mud by vacuum preloading

Jia Mingxin

(TianjinPortEasternHarbourAreaConstruction&DevelopmentCo.,Ltd,Tianjin300463,China)

Combining with vacuum preloading processingengineering of hydraulic filled mud Tianjin, the paper analyzes hydraulic filled mud settlement, horizontal displacement and pore water pressure varying features, comparatively analyzes vacuum preloading reinforcement effects of indoor soil test and in-situ cross test. Experimental results show that: chemical quality indicators of hydraulic filled mud and in-situ cross board testing results are improved.

hydraulic filled mud, vacuum preloading, pore water pressure, settlement

1009-6825(2015)07-0084-03

2014-12-29

賈明昕(1987- )，男，助理經(jīng)濟(jì)師

TU472

A