新近吹填軟土真空預(yù)壓卸荷反彈變形規(guī)律分析

金華輝，陸泰然

（1.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院），浙江 杭州 310020；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100083）

1 問題的提出

新近吹填淤泥真空預(yù)壓法具有施工設(shè)備輕型簡單，滿足吹填淤泥低承載力的要求，荷載可一次性加載，節(jié)約大量堆載石材，加固工期短和造價(jià)低等優(yōu)勢，已在溫州、天津、廣州等市的諸多吹填軟土地基處理工程中得到廣泛應(yīng)用[1-4]。巖土工作者針對(duì)軟土地基卸荷變形特性開展一系列研究，并已取得一定工程應(yīng)用[5-6]。同時(shí)也在真空預(yù)壓處理工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)真空壓力卸載后產(chǎn)生一定的反彈變形[7]，隨著真空預(yù)壓應(yīng)用和研究的不斷深入，吹填軟土真空預(yù)壓卸荷條件下的變形和力學(xué)特性也引起關(guān)注，明經(jīng)平等通過對(duì)原狀軟黏土土樣進(jìn)行常規(guī)三軸儀等向壓縮與膨脹試驗(yàn)，以及CKC 三軸儀壓縮膨脹試驗(yàn)，模擬真空預(yù)壓地基中各種應(yīng)力狀態(tài)下的土體單元在卸除真空球形壓力后的變形特征，對(duì)真空預(yù)壓卸荷反彈變形進(jìn)行試驗(yàn)理論解釋[8]。

為更進(jìn)一步直觀、深入分析真空預(yù)壓軟基卸荷反彈變形特性，根據(jù)溫州市某真空預(yù)壓試驗(yàn)區(qū)工后變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析真空預(yù)壓卸載停泵、工后地表沉降和孔隙水壓力反彈變化規(guī)律，并就工后場地覆水和排水晾曬對(duì)軟土地基影響進(jìn)行量化分析，探究不同加載條件下軟土地基卸荷反彈變化規(guī)律，研究成果可為真空預(yù)壓實(shí)踐和理論研究提供參考。

2 工程概況

溫州市某圍區(qū)采用無砂墊層淺層真空預(yù)壓地基處理法，吹填淤泥主要為浙東南濱海區(qū)河口相沖海積淤泥，自然晾曬時(shí)間為1.5 個(gè)月，流動(dòng)狀，含水率高達(dá)130%以上，基本無承載力；受場地地形影響，吹填淤泥厚度由西至東呈遞增趨勢，厚度為3.0～6.0 m，其中試驗(yàn)區(qū)塊吹填厚度約3.5 m；一般地塊區(qū)排水板打設(shè)至原灘面，正方形布置，間距0.8 m，抽真空時(shí)間115 d；道路區(qū)采用二次真空預(yù)壓處理，第一次排水板打設(shè)至原灘面，抽真空時(shí)間45 d，第二次采用有砂墊層真空預(yù)壓法處理，正方形布置，間距0.8 m，抽真空時(shí)間135 d，第二次軟基處理根據(jù)設(shè)計(jì)道路高程不同，采用不同的插板深度（設(shè)計(jì)道路高程Hd≤4.5 m，排水板打設(shè)底高程為-3.5 m；4.5 m ＜Hd≤5.0 m，排水板打設(shè)底高程為-9.0 m；Hd＞5.0 m，排水板打設(shè)底高程為-19.0 m）。

為保證真空預(yù)壓加固效果，各區(qū)塊布置膜下真空度、地表沉降、孔隙水壓力等監(jiān)測設(shè)施，并就大面積真空預(yù)壓處理開展典型示范先行區(qū)（試驗(yàn)區(qū)），本文以試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)為主要研究對(duì)象。試驗(yàn)區(qū)于2012 年7 月8 日開始真空預(yù)壓，11 月4 日完成第三方質(zhì)檢取樣（開泵率和真空壓力下降明顯），11 月14 日完全停泵，停泵后由于陸續(xù)開始大面積真空預(yù)壓處理，試驗(yàn)區(qū)處于覆水狀態(tài)，次年3 月初大面積掀膜排水晾曬，工后安全監(jiān)測于次年10 月結(jié)束。

3 卸荷變形

為掌握軟土地基工后沉降發(fā)展規(guī)律，對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行長期工后變形監(jiān)測。

3.1 地表沉降

典型地表沉降卸荷反彈過程曲線見圖1（由于掀膜晾曬后沉降測量方法變更，晾曬期沉降數(shù)據(jù)未列入圖中），試驗(yàn)區(qū)工后沉降/反彈統(tǒng)計(jì)見表1。由圖1 和表1 可知：

（1）各區(qū)塊于11 月4 日陸續(xù)卸載，地表累計(jì)沉降量于當(dāng)日達(dá)到最大值，11 月4—14 日為膜下真空度和開泵率驟降期（期間開泵數(shù)量基本維持1～3 臺(tái)，真空度亦維持在較低水平），地表沉降反彈速率最為明顯。

（2）區(qū)塊地表沉降在卸荷后30 d 內(nèi)反彈依舊明顯，反彈均值-31.0 mm，反彈比達(dá)-4.8%；受地表覆水影響，隨后120 d 區(qū)塊地表沉降持續(xù)緩慢反彈-50.0 mm，反彈比達(dá)-7.9%，反彈量依舊較大。

（3）全區(qū)僅試-8、試-9 兩個(gè)區(qū)塊在卸荷后地表沉降有持續(xù)緩慢發(fā)展趨勢，在卸荷20 d 后地表沉降達(dá)最大，隨后步入緩慢反彈期，反彈均值-42.5 mm，反彈比-7.2%，反彈規(guī)律與一般區(qū)塊較為相似。

（4）掀膜晾曬后（高溫期）地表沉降有所增加，期間沉降141.0 mm，沉降比21.9%，經(jīng)表層取樣揭露晾曬后0.5 m 表層土體含水率較停泵時(shí)又下降5.0%左右，但下部土體無明顯下降。

圖1 典型地表沉降卸荷反彈過程曲線圖

表1 試驗(yàn)區(qū)工后沉降/反彈統(tǒng)計(jì)表

3.2 孔隙水壓力

典型孔隙水壓消散卸荷反彈過程曲線見圖2，試驗(yàn)區(qū)孔隙水壓力消散工后統(tǒng)計(jì)見表2。掀膜晾曬期間孔隙水壓力計(jì)遭到破損，掀膜晾曬后孔隙水壓力消散效果未能監(jiān)測到位。由圖2 和表2 可知：

（1）埋深為1.5，3.0 m 的孔隙水壓力計(jì)在卸載前夕11月2 日孔隙水壓力消散值達(dá)最大，11 月4 日隨膜下真空度和開泵率驟降，淺層埋深1.5 m 孔隙水壓力消散反彈較為明顯，埋深3.0 m 孔隙水壓力消散反彈輕微且滯后1～3 d。

（2）11 月4—14 日為第三方質(zhì)檢取樣，歷時(shí)10 d，期間維持較低開泵率和膜下真空度，孔隙水壓力消散反彈依舊較為突出，埋深1.5，3.0 m 的孔隙水壓力消散平均反彈比-41%、-6%。

（3）11 月14 日后120 d（覆水期）孔隙水壓力呈緩慢反彈并逐步趨于穩(wěn)定，但埋深1.5，3.0 m 孔隙水壓力消散反彈比達(dá)-75%、-26%，反彈比更加明顯，與地表沉降反彈規(guī)律呈較好關(guān)聯(lián)性。

（4）掀膜晾曬（高溫期）時(shí)僅試-5、試-6 孔隙水壓力計(jì)得到保留，其余由于掀膜割排水管板遭破壞，經(jīng)上述2區(qū)孔隙水壓力計(jì)顯示，埋深1.5，3.0 m 孔隙水壓力消散增加22%、13%，與地表沉降發(fā)展規(guī)律相似，表明排水晾曬效果較好。

圖2 典型孔隙水壓消散卸荷反彈過程曲線圖

表2 試驗(yàn)區(qū)孔隙水壓力消散工后統(tǒng)計(jì)表 kPa

4 不同加荷時(shí)間條件下卸荷反彈規(guī)律探究

在典型示范先行區(qū)真空預(yù)壓完成后，陸續(xù)開展大面積真空預(yù)壓處理，期間由于電力故障導(dǎo)致個(gè)別區(qū)塊停泵，本文對(duì)停泵間歇2～5 d 的區(qū)塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探究不同加荷時(shí)間條件下軟土地基卸荷變形：

（1）道路區(qū)淺層第一次處理主要是為第二次深層處理大型插板機(jī)械提供入場條件，卸載時(shí)地表沉降無反彈現(xiàn)象，且預(yù)壓區(qū)邊角沉降板有繼續(xù)緩慢沉降趨勢。

（2）大面積真空預(yù)壓處理中，預(yù)壓前期（前50～60 d）停電停泵卸荷時(shí)地表沉降也無反彈現(xiàn)象，但孔隙水壓力迅速反彈且幅度較大，隨膜下真空度的恢復(fù)也能較快恢復(fù)；預(yù)壓后期地表沉降隨膜下真空度驟降（停電停泵）地表沉降明顯變緩（輕微反彈），孔隙水壓力依舊隨膜下真空度消失迅速反彈且幅度明顯，膜下真空度的恢復(fù)孔隙水壓力難以恢復(fù)到原有消散水平且持續(xù)時(shí)間較長。

（3）道路區(qū)二次深層處理先鋪設(shè)砂墊層，插板深度達(dá)20.0 m，卸載停泵時(shí)地表沉降無卸荷反彈現(xiàn)象，孔隙水壓力僅距地表5.0 m 以內(nèi)的2 支孔隙水壓力計(jì)有所反彈，其中第一支孔隙水壓力（砂墊層下1.0 m）計(jì)最為突出。

5 結(jié) 論

根據(jù)上述分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）試驗(yàn)區(qū)淺層真空預(yù)壓處理卸荷時(shí)地表沉降、埋深1.5 m 和3.0 m 孔隙水壓力消散反彈比占-4.8%、-40.8%、-5.9%，后期吸水反彈比達(dá)-7.9%、-73.1%、-26.0%。其中后期吸水反彈比例較為突出，表明真空預(yù)壓卸載后軟土吸水反彈危害大，預(yù)壓卸載后應(yīng)避免場地覆水。

（2）試驗(yàn)區(qū)排水晾曬后地表沉降增加141.0 mm，沉降比21.9%，埋深1.5 m 和3.0 m 孔隙水壓力消散增加22%、13%，表明真空預(yù)壓工后掀膜晾曬排水效果可觀，預(yù)壓卸載后應(yīng)加強(qiáng)場地掀膜排水晾曬。

（3）地表沉降卸荷反彈隨真空預(yù)壓處理時(shí)間增加表現(xiàn)更明顯，孔隙水壓力消散隨著真空預(yù)壓消失均迅速反彈，但預(yù)壓后期停泵孔隙水壓力難以恢復(fù)至原消散水平且恢復(fù)時(shí)間較長，表明預(yù)壓后期應(yīng)避免停泵、大面真空預(yù)壓損失等現(xiàn)象，保證預(yù)壓效果。