真空預壓在大面積場地形成中的加固效果分析

孫 德 銘

(1.同濟大學，上海 200092； 2.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司,四川 成都 610000)

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真空預壓在大面積場地形成中的加固效果分析

孫 德 銘1，2

(1.同濟大學，上海 200092； 2.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司,四川 成都 610000)

介紹了上海迪士尼場地形成工程中采用的真空預壓地基處理方法，并結合實測數(shù)據(jù)分別從地表沉降、孔隙水壓力、分層沉降等方面，對真空預壓地基處理加固效果進行系統(tǒng)分析，在此基礎上，得出了一些有意義的結論，為類似大面積場地形成工程提供借鑒和參考，更好的指導真空預壓地基處理設計工作。

真空預壓,大面積場地,加固效果

1 工程概況

目前，真空預壓法在上海地區(qū)應用較少，僅在上海浦東機場第二跑道進行過試驗，在迪士尼場地形成工程的大面積應用屬上海地區(qū)首次。

上海迪士尼場地形成工程位于上海浦東川沙黃樓鎮(zhèn)，度假區(qū)項目及配套設施規(guī)劃區(qū)面積約7 km2，度假區(qū)核心區(qū)項目面積約3.9 km2，需進行處理的地基面積約2.2 km2。整個項目由多個主題樂園組成，輔之配套的交通設施、體育休閑設施、管理服務設施、園區(qū)后勤設施等。

本場地地層為第四紀全新世至上更新世沉積土層，地貌單元類型為長江三角洲濱海平原型，按沉積年代、成因類型及物理力學性質(zhì)指標的不同，自上而下分為7 個主要層次。地層主要由粘性土、粉性土及砂土組成，其中③層和④層為淤泥質(zhì)土，含水量高，滲透性差，壓縮性高，強度低，且層厚較厚，是軟土地區(qū)典型的軟弱土層，完成固結需要的時間長，是未來場地上作用大面積填土荷載和使用荷載后產(chǎn)生較大沉降的主要土層，也是場地形成工作中進行地基處理的主要對象。

2 地基處理方案設計

根據(jù)場地內(nèi)各分區(qū)的不同使用功能，場地處理區(qū)分為高等級、中等級(Ⅰ-Ⅱ)和低等級處理區(qū)，施工區(qū)塊共計44個。其中高、中等級處理區(qū)均采用真空預壓地基處理，低等級處理區(qū)采用分層碾壓法處理。真空預壓處理區(qū)的真空度不小于80 kPa；密封墻為摻入0.8%膨潤土的雙軸水泥粘土攪拌樁，搭接距離為20 cm，直徑為70 cm，樁長為10 m；排水設計采用SPB-C型塑料排水板，板寬為10 cm，排水板間距為1.1 m～1.4 m，插打深度為14.5 m～24.0 m；真空預壓施工周期為12 個月，目標沉降值為300 mm～900 mm。

監(jiān)測內(nèi)容根據(jù)預壓法地基處理的特點，在預壓區(qū)內(nèi)進行的監(jiān)測內(nèi)容為地表沉降、分層沉降及孔隙水壓力。各處理區(qū)塊內(nèi)均勻分布有地表沉降監(jiān)測點、孔隙水壓力監(jiān)測點、分層沉降監(jiān)測點。

3 加固效果分析

為了進行加固效果分析，參考施工前后勘察報告及監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取14號地塊監(jiān)測結果分析高等級處理區(qū)的加固效果，選取34號地塊監(jiān)測結果分析中等級(Ⅰ)處理區(qū)的加固效果。加固效果分別從地表沉降、孔隙水壓力、分層沉降等方面展開。

3.1 地表沉降

地表沉降的變化規(guī)律可以有效地控制施工進度和安排后期施工。地表沉降可以直接檢驗理論研究結果，也可以直接反映加固效果，是軟基處理效果分析的基礎。

14號地塊的真空預壓施工周期91 d，沉降值初始測試于2011年4月22日，截至測試于2011年7月25日。截至7月19日，共計28個地表沉降點的沉降值達到目標沉降值，占總沉降點數(shù)(30個)的93%，其中平均沉降量為724 mm，最大沉降量為848 mm，最小沉降量為616 mm，截至7月22日停泵，場地內(nèi)平均沉降量為725 mm，最大沉降量為849 mm，最小沉降量為618 mm。地表累計沉降歷時曲線、地表沉降最值和均值曲線、地表沉降速率曲線見圖1，監(jiān)測點布置見圖2。

34號地塊的真空預壓施工周期為51 d，沉降值初始測試于2011年5月9日，截至測試于2011年6月29日。截至6月16日，共計17個地表沉降點的沉降值達到目標沉降值，占總沉降點數(shù)(20個)的85%，其中平均沉降量為580 mm，最大沉降量為641 mm，最小沉降量為523 mm，截至6月23日停泵，場地內(nèi)平均沉降量為620.9 mm，最大沉降量為674 mm，最小沉降量為550 mm。地表累計沉降歷時曲線、地表沉降最值和均值曲線、地表沉降速率曲線見圖3，監(jiān)測點布置見圖4。

從各地塊真空預壓的地表沉降觀測資料和沉降曲線可知，固結沉降與真空加壓關系密切，沉降量在初期階段完成較快，抽真空初期的5 d～7 d地表沉降速率最大，隨著真空度的上升和穩(wěn)定，地表沉降速率逐漸減小，并緩慢收斂于平均速率，中后期完成較慢。抽真空期間，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域在真空預壓初期土體的固結過程相對較慢，是由于受到該區(qū)域真空膜破損以及停電等因素的影響，說明保持場區(qū)真空度的穩(wěn)定是真空預壓工藝成功應用的關鍵，所以在真空預壓過程中需避免真空膜漏氣和停電等狀況出現(xiàn)。

3.2 孔隙水壓力

孔隙水壓力觀測可以了解地基土體的固結狀態(tài)，孔隙水壓力觀測的實測結果可以判斷土體的固結度，但是由于真空預壓加固地基的地下水位變化、曼德爾效應以及測量孔容易串氣等因素的影響，孔隙水壓力數(shù)據(jù)的規(guī)律往往并不明顯，因此孔隙水壓力數(shù)據(jù)的分析一般被作為判斷加固效果的輔助手段。

14號地塊孔隙水壓力監(jiān)測點共布設8組，孔隙水壓力計的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15 m，18 m，21 m，24 m，28 m，32 m，以監(jiān)測點1為代表進行分析，孔隙水壓力變化歷時曲線、孔隙水壓力變化速率曲線見圖5。

34號地塊孔壓監(jiān)測點共布設6組，孔隙水壓力計的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15.5 m，18.5 m，22 m，26 m，監(jiān)測點2孔隙水壓力變化歷時曲線、孔隙水壓力變化速率曲線見圖6。

根據(jù)圖5，圖6中的孔隙水壓力曲線分析，真空預壓開泵后，負孔壓明顯增加，且隨著時間的發(fā)展增加速度逐漸減小。7 d后14號地塊負孔壓增長速率明顯降低并趨于穩(wěn)定，土體的負孔隙水壓力在10 m以上范圍內(nèi)與真空壓力基本接近；10 d后34號地塊負孔壓增長速率明顯降低并趨于穩(wěn)定，土體的負孔隙水壓力在12.5 m以上范圍內(nèi)與真空壓力基本接近。兩個地塊的結果說明真空度在密封墻深度范圍內(nèi)能較好的傳遞，真空預壓效果明顯。同時可以說明孔壓變化與真空度關系密切，深度在12.5 m以內(nèi)土體孔壓變化規(guī)律一致，當深度超過12.5 m時孔壓變化量明顯降低，當深度超過26 m時孔壓基本無變化，加壓影響隨深度逐漸減少。預壓過程中停電以及密封膜破損對孔壓影響明顯，8 m以上孔隙水壓力明顯反彈，對真空預壓造成了明顯影響，應當竭力避免。

孔壓隨深度的變化規(guī)律與分層沉降變化規(guī)律相似，所不同的是孔壓的衰減與密封墻深度有直接關系，一般在密封墻樁端以上衰減較弱，表明密封墻樁端以上能夠保持真空度基本不衰減，該范圍真空度較好，真空預壓效果明顯，上層土體孔壓變化規(guī)律一致，且變化曲線基本吻合。密封墻樁端以下，孔壓出現(xiàn)明顯衰減，加壓影響隨深度逐漸減小。

3.3 分層沉降

14號地塊分層沉降監(jiān)測點共布設16組，分層沉降磁環(huán)的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15 m，18 m，21 m，24 m，28 m，32 m，孔1分層沉降變化歷時曲線、沿深度變化曲線見圖7。

34號地塊分層沉降監(jiān)測點共布設10組，分層沉降磁環(huán)的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15.5 m，18.5 m，22 m，26 m，孔2分層沉降變化歷時曲線、沿深度變化曲線見圖8。

根據(jù)圖7，圖8的分層沉降曲線分析，2 m，4 m處的沉降變化規(guī)律與地表沉降基本相似，分層沉降曲線的形態(tài)在不同深度處基本相似，沉降速率有所不同。兩個地塊的真空預壓均在12.5 m深度范圍內(nèi)影響較大，12.5 m深度以下范圍影響較小，其中14號地塊在32 m深度處影響達到最小，34號地塊在26 m深度處影響達到最小。通過分析，在真空預壓施工中最底部土體沉降很小的影響因素有真空度的傳遞效果、排水板的深度和底部土層特性等方面。在預壓過程中部分磁環(huán)出現(xiàn)了失效、下滑、卡住等現(xiàn)象，說明磁環(huán)質(zhì)量、埋設方法還需進一步提高。

分層沉降隨時間的變化規(guī)律與地表沉降類似。從分層壓縮量統(tǒng)計來看，主要的壓縮層為③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和④淤泥質(zhì)粘土層，兩者壓縮量之和達到總壓縮量的80%以上。分層沉降隨深度的變化與荷載、排水板深度有關。分層沉降影響深度基本達到排水板底部。

4 結語

從目前工程進展情況來看，真空預壓法在迪士尼工程上的應用比較成功。鑒于真空預壓法在迪士尼工程的成功應用，上海浦東國際機場第五跑道和中國商用飛機有限責任公司總裝制造中心浦東基地等項目也決定采用真空預壓法進行地基處理，如此多的大型項目采用真空預壓法進行地基處理，對真空預壓法的研究迫在眉睫。真空預壓法的研究，不僅可以填補上海地區(qū)在真空預壓法研究方面的空白，使真空預壓法這種先進的地基處理方法在上海地區(qū)獲得廣泛的應用，而且對今后超大面積深厚軟土地基場地形成工程有重要的指導意義。

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Analysis of reinforcement effect of vacuum preloading in the formation of large area

Sun Deming1,2

(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 2.ChinaSouthwestGeotechnicalInvestigation&DesignInstituteCo.,Ltd,Chengdu610000,China)

The paper introduces the foundation treatment method of vacuum preloading for site formation of Shanghai Disney land. According to the practical project datum, the effect of vacuum preloading foundation treatment is systemically analyzed from the results of ground settlement, pore water pressure, layered settlement. On the basis of this, some meaningful conclusions are drawn, which can provide

for other similar projects and can better guide the design of vacuum preloading foundation treatment.

vacuum preloading, large-area site, reinforcement effect

1009-6825(2016)11-0061-03

2016-01-21

孫德銘(1984- )，男，在讀工程碩士，工程師

TU472

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