真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在印尼棉蘭燃煤電廠軟基預(yù)處理的應(yīng)用與研究

杜善豐 鄭新章 周云峰

摘 要：印尼棉蘭地區(qū)軟土屬于海相沉積，工程性質(zhì)極差，在此基礎(chǔ)上修建構(gòu)筑物會(huì)帶來(lái)很多工程問(wèn)題。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣土工試驗(yàn)及原位測(cè)試，進(jìn)一步研究了棉蘭地區(qū)軟土工程特性，通過(guò)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理棉蘭地區(qū)軟土現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料分析，最大沉降量達(dá)到2064mm，最大沉降速率62mm/d，超孔隙水壓力消散較快。根據(jù)對(duì)加固前后室內(nèi)土工試驗(yàn)、原位測(cè)試（靜力觸探試驗(yàn)、靜力載荷試驗(yàn)）數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，表層地基承載力可以達(dá)到105kPa，含水率減少了46.8%，孔隙比減少了23.4%，壓縮模量增長(zhǎng)60.2%，加固效果非常顯著，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并驗(yàn)證了真空預(yù)壓法在該地區(qū)的適用性。本文對(duì)該工法在類(lèi)似工程中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：印尼軟土 工程性質(zhì) 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓 加固效果 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 原位測(cè)試

1.引言

印度尼西亞地區(qū)電力匱乏，隨著我國(guó)“一帶一路”的推進(jìn)，電廠等電力建設(shè)工程在印度尼西亞的建設(shè)日益增多。電廠建設(shè)雖然投資較大，但其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著，因此電廠的建設(shè)就尤為重要。印度尼西亞有“千島之國(guó)”之稱(chēng)，電廠選址以海邊居多，這些地方廣泛分布著深厚的淤泥和淤泥質(zhì)土，這些軟土含水率高、孔隙比大、欠固結(jié)性、強(qiáng)度低且靈敏度高，工程性質(zhì)較差，這給電廠的建設(shè)帶來(lái)了困難。

對(duì)于軟土地基的處理，常用的方法有排水固結(jié)法、換填墊層法、復(fù)合地基等，若處理方法不當(dāng)，將產(chǎn)生較大的沉降、差異沉降及工后沉降。換填墊層法雖然工期短，但是對(duì)于深厚的軟土并不適用；復(fù)合地基雖然能保證較小的工后沉降，但是對(duì)于大面積的軟基處理，并不經(jīng)濟(jì)；排水固結(jié)法在處理大面積軟基方面有它獨(dú)特的魅力，其中，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在沉降控制、工期、造價(jià)方面均有一定優(yōu)勢(shì)，是很好的軟土地基處理方法。

2.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固機(jī)理

真空預(yù)壓法與堆載預(yù)壓法都是排水固結(jié)法。真空預(yù)壓法是利用射流泵抽取軟基中的水氣，將“約80kPa的真空荷載”作用于地基土上；堆載預(yù)壓法是直接利用砂石、土等“實(shí)際荷載”作用于軟土地基上，以達(dá)到加固的效果。由太沙基有效應(yīng)力原理可知：

真空預(yù)壓法中總應(yīng)力不變，孔隙水壓力的消散值等于有效應(yīng)力的增加值；堆載預(yù)壓法則是荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力先由孔隙水壓力承擔(dān)，隨著時(shí)間的推移，孔隙水壓力逐漸消散，轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是真空預(yù)壓法與堆載預(yù)壓法相結(jié)合的產(chǎn)物，先對(duì)軟基進(jìn)行真空預(yù)壓，待地基土達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度時(shí)，再進(jìn)行堆載，堆載產(chǎn)生的正的超靜孔隙水壓力被抽真空產(chǎn)生的負(fù)的超靜孔隙水壓力抵消，與單純的真空或堆載預(yù)壓相比，土體的固結(jié)速率加快，很大程度上縮短了工期。

3.印度尼西亞棉蘭地區(qū)軟土工程特性

根據(jù)巖土勘察報(bào)告，場(chǎng)地淺部地層主要為海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)土，具體為：

①層：填土主要為填筑場(chǎng)地西側(cè)和南側(cè)圍堰土壩形成的厚度約2m由淤泥或粉砂組成填土結(jié)構(gòu)松散～稍密；

②1層：淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土多呈流塑狀態(tài)欠固結(jié)土，高壓縮性土承載力低在上覆場(chǎng)地填土的自重附加應(yīng)力及其它荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力的作用下，對(duì)樁基礎(chǔ)具負(fù)摩阻等工程特性，物理力學(xué)性能差；

②2層：粉砂，松散，呈透鏡體狀，層頂高程-3.07m～-16.88m該層厚度變化較大多呈松散狀態(tài)，強(qiáng)度低，工程性質(zhì)差；

②3層：粘土，少量為粉質(zhì)粘土，最大厚度達(dá)8.5m，軟塑狀局部可塑狀，壓縮性高，強(qiáng)度較低。

土體的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

由表1可以看出，軟弱土層②1含水率為80%，天然重度14.1kN/m3，孔隙比為2.298，壓縮模量為1.7MPa，滲透系數(shù)為6.89E-07cm/s，強(qiáng)度指標(biāo)c為9.5MPa，φ為1.9MPa，強(qiáng)度很低且該區(qū)域土層為欠固結(jié)土，因此，印尼棉蘭地區(qū)軟土的工程性質(zhì)極差。

4.真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固效果分析4. 1施工概況

本工程2015年2月13日開(kāi)始打設(shè)塑料排水板，3月5日打設(shè)完畢，其中，采用SPB-B型塑料排水板，打設(shè)深度為22m，間距1m，3月8日鋪設(shè)排水管路，于2015年3月9日鋪設(shè)密封膜，布設(shè)真空泵，3月10日開(kāi)始抽真空，并完成區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)儀器初值測(cè)量。預(yù)壓期間真空度平均值為80kPa，2015年5月2日開(kāi)始填砂堆載，堆載高度1.5m，堆載到場(chǎng)地的1/2，6月3日堆滿(mǎn)整個(gè)區(qū)域，堆載高度平均1.65m左右。6月5日進(jìn)行第二層堆載，高度平均80cm左右，6月8日對(duì)表層沉降進(jìn)行了接高作業(yè)，6月12日堆載結(jié)束，平均高度為3.0m。從整個(gè)施工過(guò)程看來(lái)，加載系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、排水系統(tǒng)完好，達(dá)到了快速加固土體的目標(biāo)。施工于2015年7月18日卸載，已經(jīng)經(jīng)歷130天，之后進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)試驗(yàn)。

4.2地表沉降觀測(cè)

地表沉降能直觀地反應(yīng)了軟基的加固效果，其觀測(cè)結(jié)果可用于推算平均固結(jié)度，因此地表沉降成為控制施工質(zhì)量和進(jìn)度的重要指標(biāo)。由地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表2可知：最大沉降量為2064mm位于場(chǎng)區(qū)中央的C1點(diǎn)處，位于邊緣C2點(diǎn)的沉降量最小，為1568mm，這說(shuō)明土體向場(chǎng)區(qū)內(nèi)部收縮，有利于土體的穩(wěn)定，表明本區(qū)域預(yù)壓處理是成功的；沉降速率最大值產(chǎn)生在抽真空階段為62mm/d，平均沉降速率15.25mm/d，卸載前7天平均沉降速率5.8mm/d。圖1表明：真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加載初期沉降速率大，后期小，說(shuō)明加固區(qū)土體的主固結(jié)速率隨時(shí)間是一個(gè)逐漸收斂的過(guò)程。

4.3孔隙水壓力觀測(cè)

由于孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)受外界因素的影響較小，且能夠精確測(cè)量，所以孔隙水壓力的隨時(shí)間的變化是反映真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固效果的重要指標(biāo)。本加固區(qū)中心處布置了一組孔隙水壓力計(jì)，埋深分別為1m、4m、7m、10m、14m和18m處。從圖2試樁區(qū)孔隙水壓力隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖上可以看出，各測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定初始值與地下水位壓力初始值基本相近，在真空預(yù)壓階段，隨著抽真空的進(jìn)行，不同深度的孔壓值基本呈下降趨勢(shì)，其中，地面以下14m范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的孔壓值下降較快，14m以下的孔壓值下降較慢，這表明真空預(yù)壓法在14m深度范圍內(nèi)有顯著的加固效果。在堆載預(yù)壓期間，荷載的施加均會(huì)引起各測(cè)點(diǎn)的孔壓值的增大，由于加載速率較快，淺層土體（1m、4m、8m）處的孔壓受堆載產(chǎn)生的附加應(yīng)力影響顯著，孔壓升高較為明顯，而深層（18m）處孔壓受堆載產(chǎn)生的附加應(yīng)力影響較小。隨著抽真空的進(jìn)行，負(fù)壓迅速抵消堆載產(chǎn)生的正的超孔壓，各測(cè)點(diǎn)的孔壓逐漸消散，但在深度方向，孔壓消散值隨深度增加而減小。

4.4土體物理力學(xué)性質(zhì)

在施工前后對(duì)場(chǎng)地地基土進(jìn)行了鉆探取樣工作，并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)工作，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表3可知加固后淤泥質(zhì)土含水率減少了46.8%，孔隙比減少了23.4%，壓縮模量增為2.58MPa，直剪指標(biāo)也有明顯提高。表明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓有明顯的加固效果，可以有效地加固土體。

4.5靜力觸探試驗(yàn)成果分析

與傳統(tǒng)原位測(cè)試方法相比，靜力觸探試驗(yàn)具有速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于高靈敏度的軟土以及難以取得原狀土樣的砂性土，靜力觸探有著不可替代的作用。本工程靜力觸探檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

由圖4可知：上部硬殼層強(qiáng)度增長(zhǎng)不大，中部較厚的淤泥層強(qiáng)度增長(zhǎng)較明顯，下部土層強(qiáng)度增幅相對(duì)較小。

4.6載荷板試驗(yàn)

根據(jù)原位試驗(yàn)所得到的荷載-沉降曲線(xiàn)（圖4），加固后的地基承載力約為105kPa，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，與加固前的40kPa左右相比，地基承載力特征值增加了162.5%，表明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理軟基效果顯著。

5.結(jié)論

本文結(jié)合印度尼西亞棉蘭地區(qū)軟基處理的工程實(shí)例，對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基的機(jī)理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。通過(guò)分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)地勘報(bào)告的分析，說(shuō)明印度尼西亞棉蘭地區(qū)軟土的工程性質(zhì)極差，含水率達(dá)到80%，孔隙比為2.298，壓縮模量為1.7MPa，天然重度為14.1kN/m3。

（2）通過(guò)對(duì)孔隙水壓力的觀測(cè)可以看出，在塑料排水板處理范圍內(nèi)超孔隙水壓力壓消散較快，土體固結(jié)速度快，這表明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理印尼棉蘭地區(qū)的軟土效果顯著。

（3）通過(guò)沉降監(jiān)測(cè)資料可以得到預(yù)壓期間累計(jì)最大沉降為2064mm，平均沉降速率為15.25mm/d，累計(jì)沉降與沉降速率較大，表明通過(guò)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓能顯著地減少軟基的沉降，有效地縮短工期。

（4）通過(guò)對(duì)加固前后物理力學(xué)性質(zhì)、靜力觸探、靜力載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明：各參數(shù)在處理過(guò)后均有較大的改善，含水率減少了46.8%，孔隙比減少了23.4%，壓縮模量增加了60.2%，直剪指標(biāo)也有明顯提高。驗(yàn)證了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在印度尼西亞棉蘭地區(qū)的適用性。

（5）在印度尼西亞棉蘭電廠軟基預(yù)處理過(guò)程中，采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，對(duì)今后在類(lèi)似工程中的軟基處理有很好的借鑒意義。

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