軟土真空預(yù)壓法加固效果分析

周慶禮，常高奇

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220）

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

本工程位于緬甸聯(lián)邦共和國(guó)某地區(qū)，位于沖擊平原上，屬于熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫26.3℃，年平均降水量2 701 mm。附近海域海流性質(zhì)為半日潮流，往復(fù)流型，且流速大，懸沙濃度高，底砂粒徑細(xì)，活動(dòng)性極強(qiáng)。該工程真空預(yù)壓區(qū)出露于地表的主要是第四系全新世的湖沼相沉積層，厚度約為20 m，其下為第四系全新世的陸相沖洪積層。地層主要地質(zhì)構(gòu)造為一組NW-SE 走向的向斜構(gòu)造和一組NE-NW 走向的小斷層構(gòu)造，由于該工程附近的這兩組構(gòu)造發(fā)育較小，延伸較短，對(duì)工程危害性不大，而且并未發(fā)現(xiàn)附近有其他較大的不良地質(zhì)構(gòu)造。因此，工程所在區(qū)相對(duì)穩(wěn)定。

工程所在地地層自上而下主要有：

①粘土：灰黃、黃褐色，高塑性，硬塑狀，含有大量植物根系及不均勻砂顆粒，表層植被發(fā)育，雜草叢生，厚度為3.00～5.50 m。

②-1 淤泥：灰色，高塑性，軟塑狀，土質(zhì)均勻，含大量朽木屑及有機(jī)質(zhì)。

②-2 粘土：灰色，高塑性，可塑狀，含腐植物及大量朽木屑，該層分布較為穩(wěn)定，厚度大，約為15.0 m 左右，含水量較高。

③-1 粘土及③-2 粉質(zhì)粘土：灰褐、灰黃、黃褐及棕紅色。中塑性～高塑性，硬塑狀，土質(zhì)不均，粘土與粉質(zhì)粘土呈互層狀分布，整個(gè)第③層為陸相沖洪積層，在該層底部含不均勻的粗礫砂及礫石，厚度較大，約為7.5 m 左右。

④細(xì)砂：灰褐、黃褐色，呈中密～密實(shí)狀，飽和，以中細(xì)砂為主，含少量粉砂顆粒，顆粒較為均勻，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英。該層分布較廣，厚度較大，出露的頂標(biāo)高大部分在-22.0 m左右。

1.2 真空預(yù)壓施工工序

為加固②-1 淤泥、②-2 粘土這兩層土，采用真空預(yù)壓方案[1-3]。其主要施工工序如下：第一，因場(chǎng)地受雨季以及潮汐等影響，因此先修建臨時(shí)圍埝形成掩護(hù)；第二，清除地表層土以及植物根系；第三，吹填砂，標(biāo)高為+8.3 m；第四，鋪設(shè)排水板，插板深度至③-1 粘土及③-2 粉質(zhì)粘土層；第五，埋設(shè)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)儀器；第六，鋪設(shè)濾管、安裝射流泵；第七，挖密封溝、施工防滲帷幕和鋪密封膜；第八，設(shè)置沉降標(biāo)，測(cè)量真空預(yù)壓前的砂層頂面標(biāo)高；第九，連接抽真空設(shè)備，試抽氣、檢查、正式抽氣；第十，卸載后，再滿夯。

1.3 加固效果檢驗(yàn)

為研究分析工程真空預(yù)壓區(qū)的施工工序與加固效果，需要合理布置沉降標(biāo)、孔隙水壓力儀、深層分層沉降儀、真空度測(cè)頭、測(cè)斜儀等監(jiān)測(cè)和檢測(cè)儀器[4]。另外，在真空預(yù)壓前后，在工程真空預(yù)壓區(qū)合理布置鉆孔，原狀孔和標(biāo)貫試驗(yàn)孔各4個(gè)，共16 個(gè)，鉆孔深度約24 m。然后對(duì)土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，以檢驗(yàn)真空預(yù)壓前、后地層軟土加固效果[5]。

2 真空預(yù)壓加固深度分析

分別對(duì)真空預(yù)壓工程區(qū)的16 個(gè)鉆孔（原狀孔和標(biāo)貫孔各8 個(gè)）進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，獲得其物理和力學(xué)指標(biāo)。為便于研究真空預(yù)壓的加固深度[6-8]，分別將含水率、孔隙比、壓縮模量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行匯總對(duì)比，并根據(jù)深度進(jìn)行線性擬合，以便找出規(guī)律。

圖1 是真空預(yù)壓前后土樣含水率隨標(biāo)高變化的情況，由圖1 可知，經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓地基處理后的地層含水率要小于處理前的含水率，且含水率差異隨深度呈線性縮小，在標(biāo)高-13 m 深度以下，擬合曲線基本已經(jīng)重合，說(shuō)明真空預(yù)壓的影響深度標(biāo)高為-13 m。圖2 是真空預(yù)壓前后土樣孔隙比隨標(biāo)高變化的情況，由圖2 可知，經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓地基處理后的地層孔隙比要小于處理前的孔隙比，且孔隙比差異隨深度呈線性縮小，在標(biāo)高-14 m 左右深度以下，擬合曲線基本已經(jīng)重合，說(shuō)明真空預(yù)壓的影響深度標(biāo)高為-14 m。圖三是真空預(yù)壓前后土樣壓縮模量隨標(biāo)高變化的情況，由圖三可知，經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓地基處理后的地層壓縮模量要大于處理前的壓縮模量，且壓縮模量差異隨深度呈線性縮小，在標(biāo)高-15 m 左右深度以下，擬合曲線基本相交，說(shuō)明真空預(yù)壓的影響深度標(biāo)高為-15 m。圖四是真空預(yù)壓前后土樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨標(biāo)高變化的情況，由圖四可知，經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓地基處理后的地層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要大于處理前的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，且無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度差異隨深度呈線性縮小，在標(biāo)高-14 m 左右深度以下，擬合曲線基本相交，說(shuō)明真空預(yù)壓的影響深度標(biāo)高為-14 m。

圖1 土樣含水率隨標(biāo)高變化的情況

圖2 土樣孔隙比隨標(biāo)高變化的情況

因此，根據(jù)上述對(duì)圖1～ 3 的分析可知，真空預(yù)壓的影響深度標(biāo)高在-14 m 左右。而且，加固后地層的含水率與孔隙比變小，地層的壓縮模量和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變大，但變化的差異越來(lái)越小。綜合分析地表的標(biāo)高可知，真空預(yù)壓的加固厚度在19 m 左右，且在加固深度范圍內(nèi)，各層土樣的物理和力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)均有所提升，特別是對(duì)軟土，效果明顯。但這種指標(biāo)的提升程度隨著深度的增加而逐漸衰弱。

圖3 土樣壓縮模量隨標(biāo)高變化的情況

圖4 土樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨標(biāo)高變化的情況

3 真空預(yù)壓加固程度分析

為研究工程建設(shè)以后的沉降的敏感性影響指標(biāo)，分別對(duì)工程區(qū)的16 個(gè)鉆孔的孔口標(biāo)高的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，了解處理前后的地層沉降情況。

表1 是真空預(yù)壓前后鉆孔孔口標(biāo)高變化情況表，由表一可知，真空預(yù)壓前，原狀孔與標(biāo)貫孔的孔口標(biāo)高均有所降低，平均降低高度為1.09 m。

表1 真空預(yù)壓前后鉆孔孔口標(biāo)高變化情況

真空預(yù)壓前平整場(chǎng)地標(biāo)高至8.3 m 左右，此時(shí)表層的吹填砂經(jīng)碾壓平整后沉降已完成。③-1 粘土及③-2 粉質(zhì)粘土的壓縮模量與深度均較大，排水板插板深度位于該層土的上方，真空預(yù)壓過(guò)程中幾乎無(wú)排水，因此，這層土的沉降很小。綜上分析可知，真空預(yù)壓后的地層沉降主要是發(fā)生在②-1 淤泥質(zhì)黏土、②-2 黏土這兩層土。

因此，工程建設(shè)以后的沉降的敏感性影響指標(biāo)主要是軟土的物理與力學(xué)指標(biāo)，真空預(yù)壓的處理目標(biāo)主要也是改善軟土（②-1 淤泥質(zhì)黏土、②-2黏土這兩層土）的強(qiáng)度指標(biāo)。因此，通過(guò)統(tǒng)計(jì)加固深度影響范圍內(nèi)，偏軟黏土的物理力學(xué)指標(biāo)變化情況，了解軟黏土物理以及力學(xué)指標(biāo)的提升或者降低情況。將各鉆孔的室內(nèi)土工試驗(yàn)物理、力學(xué)指標(biāo)以及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2 所示，剔除異常數(shù)據(jù)后計(jì)算平均值。

表2 真空預(yù)壓前后各鉆孔土樣物理和力學(xué)指標(biāo)變化情況

根據(jù)表2 所示可知，經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓處理后各地層基本滿足含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)變小，內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、壓縮模量、標(biāo)貫擊數(shù)變大的趨勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓后各地層的物理、力學(xué)以及強(qiáng)度等指標(biāo)都有一定的提升。對(duì)于②-1 淤泥質(zhì)黏土、②-2 黏土這兩層土，含水率與孔隙比降低了10 %～15 %左右，壓縮模量分別提高了40 %和15 %左右，標(biāo)貫擊數(shù)分別提高了50 %和60 %左右，②-1 淤泥質(zhì)黏土層和②-2 黏土的直剪快剪與固結(jié)快剪的黏聚力指標(biāo)均有升高，而②-1 淤泥質(zhì)黏土層的內(nèi)摩擦角升高、②-2 黏土內(nèi)摩擦角降低。另外，由于真空預(yù)壓后②-1 淤泥質(zhì)黏土層含水量與孔隙比的顯著降低，其定名發(fā)生變化，由原來(lái)的淤泥質(zhì)黏土層變?yōu)轲ね翆印?/p>

4 結(jié)論

1）工程的真空預(yù)壓區(qū)軟黏土層具有含水量大、孔隙比大、壓縮模量小、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，屬于工程的不良因素，需要進(jìn)行地基處理；

2）經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓處理后各地層基本滿足含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)變小，內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、壓縮模量、標(biāo)貫擊數(shù)變大的趨勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓后各地層的物理、力學(xué)以及強(qiáng)度等指標(biāo)都有一定的提升；

3）真空預(yù)壓的加固深度標(biāo)高為-14 m 左右，即加固厚度在19 m 左右，且在加固深度范圍內(nèi)，各層土樣的物理和力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)均有所提升，特別是對(duì)軟土，效果明顯，但這種指標(biāo)的提升程度隨著深度的增加而逐漸衰弱。

4）真空預(yù)壓后②-1 淤泥質(zhì)黏土層含水量與孔隙比顯著降低，其定名發(fā)生變化，由原來(lái)的淤泥質(zhì)黏土層變?yōu)轲ね翆印?/p>