臨近真空預(yù)壓加固區(qū)邊界的海堤路基防護(hù)技術(shù)研究

中交四航局廣州南沙工程有限公司，廣東 廣州 510230

隨著沿海城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，港口、機(jī)場等用地日趨緊張，填海造陸已成為一種重要的土地擴(kuò)張方式。真空預(yù)壓法作為新一代軟基加固方法，因加固效果好、工期短、施工安全、工程造價低、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于填海造陸工程的軟基處理中，但真空預(yù)壓也會對周邊地基變形產(chǎn)生影響。若地基變形過大，會危及上部結(jié)構(gòu)物的安全，造成路面開裂、管道斷裂、墻體拉裂倒塌、路堤被毀等重大工程事故。

珠海某工程為新吹填超軟弱土和原狀深厚軟土地質(zhì)條件下的軟土地基處理工程，根據(jù)真空預(yù)壓固結(jié)沉降理論計算，地基處理后地基沉降量將達(dá)到2m左右，真空預(yù)壓加固區(qū)外土體會發(fā)生朝向加固區(qū)的位移及不均勻沉降。臨近加固區(qū)一側(cè)為新建海堤路基，為防止海堤路基發(fā)生拉裂或塌陷，在加固區(qū)外一定范圍內(nèi)插設(shè)豎向排水板，并對防護(hù)效果進(jìn)行了監(jiān)測試驗(yàn)研究。在真空預(yù)壓加固過程中，海堤路基土體穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯破壞性的不均勻沉降及位移。通過對土體的孔隙水壓力、地下水位、深層土體側(cè)向位移情況的監(jiān)測分析可得出抽真空對周邊土體影響的規(guī)律性特征，可知真空預(yù)壓加固區(qū)外插設(shè)豎向排水板可有效減弱抽真空對海堤路基土體的不利影響。

1 插排水板減少抽真空影響的機(jī)理

1.1 真空預(yù)壓對加固區(qū)外作用的機(jī)理

（1）真空預(yù)壓屬于負(fù)壓排水固結(jié)，利用抽真空的方法，使土體中形成一個局部的負(fù)壓源，在總應(yīng)力不變的情況下，通過降低土體中的孔隙水壓力而使孔隙水排出，然后通過增加有效應(yīng)力來壓密土體。因此，真空預(yù)壓固結(jié)過程中不僅產(chǎn)生垂直沉降，側(cè)向也會產(chǎn)生向著負(fù)壓源的位移。

（2）由于加固區(qū)邊界與外界無法做到完全封閉隔離，在抽真空傳遞效應(yīng)下，加固區(qū)外土體也會發(fā)生朝向加固區(qū)的側(cè)向位移；同時，抽真空導(dǎo)致周邊土體孔隙水壓力降低，地下水位下降，形成降水預(yù)壓作用，地基產(chǎn)生固結(jié)而發(fā)生不均勻沉降[1]。

1.2 插排水板對減少抽真空影響的機(jī)理

抽真空前，在真空預(yù)壓加固區(qū)外一定范圍內(nèi)的土體中插設(shè)豎向塑料排水板，通過豎向排水，提前釋放土體中的應(yīng)力，改變土體排水條件，降低孔隙水壓，加速土體自然固結(jié)，使土體側(cè)向壓力系數(shù)降低、土體變形模量增加，提高土體剛度及抵抗真空預(yù)壓引起的側(cè)向變形。同時，排水板使土體內(nèi)部與大氣連通，能削弱真空度在土體中的增長，減少抽真空負(fù)壓作用。

2 試驗(yàn)工況及監(jiān)測布置

2.1 試驗(yàn)工況

監(jiān)測試驗(yàn)選擇在真空預(yù)壓加固2區(qū)外地基進(jìn)行，2區(qū)上部土層為新近吹填超軟弱土，層厚8.4～13.7m；下部為原狀深厚軟土。2區(qū)加固區(qū)北側(cè)為納泥區(qū)，土質(zhì)條件與2區(qū)相似，為未加固軟土區(qū)。2區(qū)加固區(qū)西側(cè)15m范圍內(nèi)為C區(qū)，即插板固結(jié)區(qū)，C區(qū)地質(zhì)條件與2區(qū)一致。距離C區(qū)西側(cè)邊界7～8m為海堤路基頂面，該范圍地基上部1～2m為石渣、雜填塊石，下部土體地質(zhì)條件不明。

2.2 試驗(yàn)監(jiān)測儀器布置

該試驗(yàn)監(jiān)測分2組，即第1組在2區(qū)加固區(qū)北側(cè)，第2組在2區(qū)加固區(qū)西側(cè)。試驗(yàn)監(jiān)測包括孔隙水壓力、水位、深層測斜。

3 監(jiān)測結(jié)果

3.1 對周邊未加固地基的影響

（1）孔隙水壓力監(jiān)測分析。在該項(xiàng)目中，15m以上土層孔壓降隨深度自下而上逐漸減小，這是因?yàn)槊芊鉁系拿芊庾饔米璧K了真空度的側(cè)向傳遞。真空度主要從密封溝以下深度向加固區(qū)外側(cè)土體傳遞，由于加固區(qū)外土層無密封措施，且傳遞過程中發(fā)生真空度沿程損失，負(fù)壓衰減，使孔壓降自下而上逐漸減小。而且同深度孔壓降隨著與加固區(qū)邊界距離的增加而迅速減少，這說明真空傳達(dá)有沿程損失，加固邊界外某一距離的土層中存在“0”真空度點(diǎn)。將各深度孔壓降與加固區(qū)邊界距離關(guān)系的回歸趨勢線延長，可得到深度為3m、9m、15m處土體的孔壓降衰減至0的水平距離分別為22.08m、26.86m、28.21m。

（2）地下水位監(jiān)測分析。地下水位降與真空預(yù)壓邊界距離的關(guān)系曲線如圖1所示。北側(cè)監(jiān)測點(diǎn)共埋設(shè)3根水位管，水位管埋深為10m，由圖1可知，水位降隨著與加固區(qū)邊界距離的增加而迅速減小，成線性衰減趨勢，將回歸趨勢線延長可得到水位降減小至0時的水平距離約為27.77m，這與9m深處孔壓降關(guān)系曲線推算的影響距離基本一致。

圖1 地下水位降與真空預(yù)壓邊界距離的關(guān)系曲線

（3）深層土體側(cè)向位移監(jiān)測分析。北側(cè)監(jiān)測點(diǎn)共埋設(shè)2根測斜管，加固區(qū)外土體，距地表越近的土體側(cè)向位移越大，側(cè)向位移隨著土體深度的增加而減少，且存在一個臨界深度，當(dāng)土體深度超過該深度后，土體側(cè)向位移迅速衰減[2]。北側(cè)試驗(yàn)觀測土體側(cè)向位移的臨界深度約為17～18m，與該區(qū)排水板插設(shè)深度一致，但在18～20m時，仍有少量側(cè)向位移，說明真空度影響深度大于排水板打設(shè)深度。

同時，距離真空預(yù)壓加固邊界越遠(yuǎn)，同深度土體側(cè)向位移越小，說明抽真空對加固區(qū)外土體的側(cè)向位移有影響，隨著與加固區(qū)距離的增加而衰減，且側(cè)向位移衰減速度由真空負(fù)壓的衰減速度決定。試驗(yàn)測點(diǎn)距地表0.5m深處的側(cè)向位移線性衰減速率約為13.26mm/m，由此推算土體側(cè)向位移影響范圍約為35.7m。

3.2 對周邊已插豎向排水板固結(jié)地基的影響

（1）孔隙水壓力分析。抽真空對插板固結(jié)區(qū)孔壓降的影響關(guān)系與北側(cè)未加固區(qū)監(jiān)測結(jié)果一致[3]。15m以上土層孔壓降隨深度自下而上逐漸減小，同深度孔壓降隨真空預(yù)壓邊界距離增加而迅速減少。將各深度孔壓降與加固區(qū)邊界距離關(guān)系的回歸趨勢線延長，可得到深度為3m、9m、15m處土體的孔壓降衰減至0的水平距離分別為16.07m、17.98m、21.42m。

在水平方向上，距加固邊界2m處，插板固結(jié)區(qū)孔壓降與未加固區(qū)孔壓降相比減少了38.2%～47.7%，距離5m處同比減少了39.1%～51.4%，距離15m處同比減少了44.4%～ 59.2%。

（2）地下水位分析。插板固結(jié)區(qū)水位降隨著與加固邊界距離的增加而迅速減小，成線性衰減趨勢，由回歸趨勢線延長可得到，水位降減小至0時的水平距離約為19.28m，這與9m深處孔壓降關(guān)系曲線推算的影響距離基本一致。對比2組試驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果可知，在距加固邊界同等距離條件下，插板固結(jié)區(qū)水位降約為未加固區(qū)水位降的20.05%～ 42.64%。

（3）深層側(cè)向位移分析。抽真空對插板固結(jié)區(qū)土體側(cè)向位移的影響關(guān)系與北側(cè)未加固區(qū)監(jiān)測結(jié)果一樣。距離加固邊界越遠(yuǎn)，同深度土體側(cè)向位移越小，插板固結(jié)區(qū)2處測點(diǎn)距地表0.5m深處側(cè)向位移的線性衰減速率約為9.6mm/m，由此推算土體側(cè)向位移影響范圍約為28.04m。插板固結(jié)區(qū)土體側(cè)向位移的臨界深度約為18～19m。

另外，在距加固邊界同等距離、深度條件下，插板固結(jié)區(qū)土體側(cè)向位移比北側(cè)未加固區(qū)明顯較小。在深度為0.5m處土層中，距加固區(qū)邊界2m時，插板固結(jié)區(qū)土體側(cè)向位移約為未加固區(qū)土體側(cè)向位移的55.88%；距離15m時，插板固結(jié)區(qū)土體側(cè)向位移約為未加固區(qū)土體側(cè)向位移的45.53%。

4 結(jié)論

文章結(jié)合工程實(shí)例，借助試驗(yàn)監(jiān)測，得到以下結(jié)論：

（1）真空預(yù)壓加固區(qū)外地基孔壓降隨深度自下而上逐漸減小，同深度孔壓降隨與加固邊界距離的增加而迅速減少。同時，在一定深度范圍內(nèi)，孔壓降水平影響范圍隨深度的增加而增大。

（2）真空預(yù)壓加固區(qū)外地基水位降隨著與加固邊界距離的增加而迅速減小，成線性衰減趨勢。

（3）真空預(yù)壓加固區(qū)外土體側(cè)向位移隨深度的增加而減小，距地表越近位移越大，且存在一個臨界深度，當(dāng)土體深度超過該深度后，土體側(cè)向位移迅速衰減。同時，土體的側(cè)向位移隨著與加固區(qū)距離的增加而衰減，且衰減速度由真空負(fù)壓的衰減速度決定。

（4）在真空預(yù)壓加固區(qū)外一定范圍內(nèi)插設(shè)豎向排水板，在加速土體自然固結(jié)、提高土體強(qiáng)度的同時，使加固區(qū)外土體內(nèi)部與大氣連通，有效減弱真空度在土體中的增長，減小由抽真空導(dǎo)致的土體側(cè)向張拉應(yīng)力，減小孔壓降及地下水位下降，從而有效抑制加固區(qū)外土體的側(cè)向位移及不均勻沉降，對海堤路基起到了較好的防護(hù)作用。