不同排水板型號下真空預(yù)壓加固吹填軟土的試驗(yàn)研究

謝錦波，朱俊易，王賢奔，潘兵兵，陳俊杰

（1.中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032；2.樂清灣港區(qū)投資發(fā)展有限公司，浙江 樂清 325600）

不同排水板型號下真空預(yù)壓加固吹填軟土的試驗(yàn)研究

謝錦波1，朱俊易1，王賢奔2，潘兵兵2，陳俊杰2

（1.中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032；2.樂清灣港區(qū)投資發(fā)展有限公司，浙江 樂清 325600）

傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為真空預(yù)壓施工時，排水板選用通水量較大的型號有利于提高地基土的加固效果。結(jié)合真空預(yù)壓處理懸浮狀細(xì)顆粒的吹填土現(xiàn)場施工，分別采用A型、B型排水板進(jìn)行真空預(yù)壓加固，對加固過程中的真空度、表層沉降、孔隙水壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測的試驗(yàn)過程，并對加固完成后土樣的含水率、十字板強(qiáng)度等進(jìn)行了測試。研究表明，不同類型排水板對淺表層懸浮狀吹填土的真空預(yù)壓加固效果相當(dāng)，并基于此結(jié)論將后續(xù)施工采用的B型排水板替換為A型，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

懸浮狀吹填土；真空預(yù)壓；排水板型號

1 問題的提出

近年來，沿海地區(qū)大量使用含水率超高、顆粒極細(xì)、流動性很強(qiáng)的吹填淤泥形成陸域，并采用真空預(yù)壓法對吹填軟土地基進(jìn)行加固。而真空預(yù)壓處理新近吹填淤泥技術(shù)尚未成熟，理論研究和設(shè)計(jì)計(jì)算方法相對滯后，施工工藝和技術(shù)改進(jìn)尚處于發(fā)展之中[1-3]。

真空預(yù)壓法加固懸浮狀吹填土?xí)r，水中土顆粒在真空梯度作用下向排水板集中，形成密實(shí)土柱，從而堵塞排水通道，影響地基土加固效果[4-5]。常用A、B型排水板性能參數(shù)對比見表1。

表1 常用A、B型排水板性能參數(shù)對比表

由表1可知，對于一般吹填軟土淺表層的加固深度，A型板與B型板均滿足要求，其主要性能參數(shù)中濾膜滲透系數(shù)、等效孔徑等要求一致，主要區(qū)別在于B板縱向通水量大于A板。為此，結(jié)合具體工程，針對不同排水板型號，對吹填土地基加固過程中的真空度、孔壓、沉降等進(jìn)行監(jiān)測，并對加固后的效果進(jìn)行檢測對比。

2 試驗(yàn)概況及地質(zhì)條件

2.1 試驗(yàn)概況

溫州港某吹填淤泥工程取土位于擬開挖的港池和航道區(qū)域，采用絞吸船對給定港池航道進(jìn)行疏浚，然后將疏浚土吹填進(jìn)入已施工好的隔堤范圍內(nèi)。疏浚土黏粒含量很大，吹填完成后含水率達(dá)到100.00%以上。本工程分2次進(jìn)行吹填加固，每次加固深度約5.0 m。

針對不同排水板型號的對比，本次工程場地內(nèi)布置長100 m、寬30 m的試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)時間為第一次吹填后，試驗(yàn)區(qū)域吹填淤泥厚度約為5.0 m。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)A、B型豎向排水板同采用80 cm間距正方形布置，面積各為1 500 m2，并且試驗(yàn)區(qū)位于同一張密封膜下。試驗(yàn)區(qū)布置見圖1。

圖1 試驗(yàn)區(qū)平面布置圖

2.2 地質(zhì)條件

根據(jù)工程地勘資料，取土區(qū)疏浚對象的主要物理力學(xué)指標(biāo)見表2。

表2 疏浚土物理性質(zhì)表

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

在真空預(yù)壓過程中，對試驗(yàn)區(qū)的真空度、表層沉降、孔隙水壓力等進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容及測點(diǎn)位置見圖2。

圖2 試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測布置圖

3.1 真空度

試驗(yàn)區(qū)開始抽真空后，通過開關(guān)真空泵及控制開泵數(shù)控制膜下真空度的增長梯度，并于30 d左右達(dá)到80 kPa。在試驗(yàn)過程中，由于臺風(fēng)天氣的影響，分別導(dǎo)致第50天與第100天左右各出現(xiàn)了1周左右的停泵，使真空度出現(xiàn)了暫時的下降。試驗(yàn)區(qū)平均膜下真空度的過程曲線見圖3，從圖3中可以看出，除去臺風(fēng)等客觀因素的影響，試驗(yàn)區(qū)真空度基本穩(wěn)定在80 kPa以上，累計(jì)80 kPa以上的滿載天數(shù)為115 d。

圖3 試驗(yàn)區(qū)膜下真空度圖

3.2 表面沉降

表面沉降測點(diǎn)中，CJ - 1、CJ - 2位于A型排水板區(qū)域，CJ - 3、CJ - 4位于B型排水板區(qū)域。試驗(yàn)區(qū)表面沉降見圖4。不同板型表層沉降平均值比較見表3。

圖4 試驗(yàn)區(qū)表面沉降圖

表3 不同板型表層沉降平均值比較表 mm

根據(jù)預(yù)壓過程中的表層沉降結(jié)果可知，抽真空初期泥面沉降幾乎呈線性變化，第1個月累計(jì)沉降量達(dá)約占總沉降的45%，說明土體自由水排出明顯。第2個月和第3個月沉降繼續(xù)發(fā)展，3個月的累計(jì)沉降量約占總沉降的83%。最后2個月的沉降量僅占總沉降的17%，說明真空預(yù)壓后期對于土體的加固效果不如抽真空前期。

由于真空預(yù)壓期間臺風(fēng)的影響，造成試驗(yàn)區(qū)關(guān)泵停抽，在沉降曲線上出現(xiàn)了2個明顯的臺階。吹填土層的厚度為5 m左右，真空預(yù)壓加固后沉降量占預(yù)壓前吹填土層厚度的27%左右。

B型板區(qū)域的沉降量比A型板區(qū)域的沉降量少32 mm?？紤]到邊界條件影響、測量誤差等因素，可認(rèn)為A型板與B型板加固該區(qū)域吹填土的效果相當(dāng)。

3.3 孔隙水壓力

A型排水板區(qū)域埋設(shè)2個孔壓測試點(diǎn)KY - 1、KY - 2，B型排水板區(qū)域埋設(shè)2個孔壓測試點(diǎn)KY - 3、KY - 4。每個測試點(diǎn)包含2個孔隙水壓力計(jì)，分別埋在地面以下2.5 m與5.0 m深度。各測試點(diǎn)孔隙水壓力值變化曲線見圖5。

孔壓變化時程曲線的2個回升期反映了臺風(fēng)影響期間，試驗(yàn)區(qū)關(guān)泵停抽帶來的影響。在真空預(yù)壓后期，孔隙水壓力回升后，繼續(xù)抽真空后很難降低至原先值，表明隨著固結(jié)的進(jìn)行，土體孔隙空間變小，滲透性變低；停止抽真空后，原有的孔隙被弱結(jié)合水膜堵塞；繼續(xù)抽真空后，真空壓力需要克服弱結(jié)合水膜的抗剪強(qiáng)度，才能形成新的滲流通道。因此，隨著抽真空的進(jìn)行，孔隙通道越小，堵塞通道的弱結(jié)合水膜的抗剪強(qiáng)度越高，使得需要更大的真空壓力才能形成新的滲流通道。不同板型對應(yīng)各埋深最大孔壓消散值見表4。

表4 不同板型對應(yīng)各埋深最大孔壓消散值表

B型板區(qū)域淺層的最大孔壓差比A型板區(qū)域的最大孔壓差少5.51 kPa；而深層的相差不大。與表層沉降數(shù)據(jù)相符，印證了A型板與B型板加固溫州港區(qū)疏浚土的效果相差不大的結(jié)論。

4 檢測數(shù)據(jù)與分析

真空預(yù)壓完成后，對試驗(yàn)區(qū)取土進(jìn)行了含水率測試及原位十字板測試。

4.1 含水率

真空預(yù)壓加固完成后，試驗(yàn)人員取A型、B型排水板區(qū)域4個不同深度土樣進(jìn)行含水率測試，測試結(jié)果見表5。

表5 不同板型加固后土體含水率表

對比加固后A型板、B型板區(qū)域不同深度土體的含水率可知，B型板區(qū)域土體含水率略低于A型板區(qū)域。不同深度含水率平均值：A型板區(qū)域?yàn)?0.02%，B型板區(qū)域?yàn)?7.80%，A型板區(qū)域含水率比B型板區(qū)域含水率高出2.22%。在同一板型加固區(qū)域，隨著深度的增加，含水率有逐漸增加的趨勢。

4.2 十字板強(qiáng)度

在含水率測試相應(yīng)位置進(jìn)行十字板強(qiáng)度測試，測試結(jié)果見表6。

表6 不同板型加固后十字板強(qiáng)度表

A型、B型排水板區(qū)域十字板強(qiáng)度隨深度變化的對比曲線見圖6。

圖6 試驗(yàn)區(qū)對應(yīng)深度十字板強(qiáng)度對比圖

在同一板型加固區(qū)域，隨著深度的增加，十字板強(qiáng)度有逐漸減少的趨勢。A型板區(qū)域的平均十字板強(qiáng)度為3.0 kPa，B型板區(qū)域的平均十字板強(qiáng)度為2.7 kPa，A型板區(qū)域十字板強(qiáng)度率比B型板區(qū)域十字板強(qiáng)度高出0.3 kPa。

5 結(jié) 語

本次試驗(yàn)采用了不同排水板型號的方案，對真空預(yù)壓過程中的真空度、表層沉降、孔隙水壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)測，并對加固完成后土樣的含水率、十字板強(qiáng)度進(jìn)行了測試。由于加固范圍沉降量較大，排水板彎折現(xiàn)象嚴(yán)重，并在板周邊形成明顯的土柱。試驗(yàn)結(jié)果顯示的主要結(jié)論有：

（1）對比不同板型的監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)，A型板在孔壓差、含水率上略遜于B型板，而在沉降量、十字板強(qiáng)度的數(shù)據(jù)上略優(yōu)于B型板。綜合可得出本次試驗(yàn)的A型、B型排水板加固效果相當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。

（2）A、B型排水板加固淺表層土的主要差別在于通水量。對于超軟吹填土的真空預(yù)壓，前期A型板較小的通水量可能會緩解排水板周邊的“泥柱”現(xiàn)象，有利于“泥柱”以外土體的加固效果；而后期排水板隨土體沉降發(fā)生彎折后，B型板較大的通水量可能更有利于土體固結(jié)。不同板型作用機(jī)理的差別仍處于探索階段，有待進(jìn)一步的研究。

（3）在本次試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，溫州港某吹填工程的業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工方等達(dá)成一致，將本工程二期使用的塑料排水板由B型改為A型，節(jié)省了工程成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 婁炎.真空排水預(yù)壓法加固軟土技術(shù)[M].2版.北京：人民交通出版社，2012.

[2] 張成良，洪振舜，鄧永鋒.淤泥吹填處理及其研究進(jìn)展[J].路基工程，2007(1)：12 - 14.

[3] 李時亮.真空預(yù)壓加固軟土地基作用機(jī)理分析[J].巖土力學(xué)，2008，29(2)：479 - 482.

[4] 金亞偉.太湖、天津淤泥固結(jié)施工中的淤堵問題[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(8)：123 - 129.

[5] 武亞軍，楊建波，張孟喜.真空加載方式對吹填流泥加固效果及土顆粒移動的影響研究[J].巖土力學(xué)，2013，34(8)：2129 - 2135.

（責(zé)任編輯 姚小槐）

Experimental Studies of Band Drain Types in Dredged Fill Consolidation with Vacuum Preloading

Xie Jin - bo1，Zhu Jun - yi1，Wang Xian - ben2，Pan Bing - bing2，Chen Jun - jie2
(1. CCCC Shanghai Harbor Engineering Design & Research Institute Company，Shanghai 200032，China；2. Investment and Development Co.，Ltd of Yueqing Port，Yueqing 325600，Zhejiang，China)

It’s considered traditonally that the larger discharge capacity types of band drains are prefered to be used to improve the reinforcement effect in vacuum preloading.Type A and Type B band drains were applicated in vacuum preloading of dredged fill foundation reinforcement consisted of suspended particles.The vacuum degree，surface settlement，pore water pressure were observed during experiment，and the water content，vane shear strength of soil were tested after the consolidation.The results show that the foundation using two type’s band drains achieved the same reinforcement effect.On base of the conclusion，the type B band drains were replaced with type A in subsequent project，that create more economic benefi t.

dredged fi ll；vacuum preloading；band drain types

TV223.2+4

A

1008 - 701X(2017)02 - 0060 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.02.017

2016-11-15

謝錦波(1985 - )，男，高級工程師，碩士，主要從事巖土工程方面的設(shè)計(jì)和科研工作。E - mail：xiejb013@163.com