真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理吹填軟土指標(biāo)變化研究

柴永進(jìn)，許 波，茍聯(lián)盟

（華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京）

引言

目前建設(shè)沿海港口等近岸工程需要清除港區(qū)大量淤泥質(zhì)土層，按照通常的處理方式為將挖出的淤泥棄置于指定的海區(qū)，這種處理方式給沿海的海洋環(huán)境造成了污染。利用經(jīng)處理的淤泥質(zhì)土進(jìn)行吹填造陸變成港口是近岸工程建設(shè)的首選方案[1]。

經(jīng)沉積穩(wěn)定后，吹填淤泥質(zhì)軟土與原狀淤泥質(zhì)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生較大的變化，其含水量、壓縮性、孔隙比等指標(biāo)數(shù)值，要比新近吹填的淤泥質(zhì)軟土大的多，強(qiáng)度也比新近吹填的淤泥質(zhì)軟土小，對其加固處理的難度極大地增加[2]。

利用真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓聯(lián)合處理的真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是通過堆載，引起土體內(nèi)的超孔壓升高，地表和排水板內(nèi)超孔壓利用抽真空的方法進(jìn)行降低，通過聯(lián)合作用增加孔壓差，能加速孔隙水的排出以及填筑速度，并且減少側(cè)向位移，該方法廣泛應(yīng)用在大面積深厚軟基處理中。為了后續(xù)施工并檢驗(yàn)軟基處理軟土改進(jìn)效果，有必要對真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理的全過程進(jìn)行監(jiān)測及分析[3-4]。

加固軟基的處理過程中，針對軟土的物理力學(xué)性質(zhì)的變化特征，需進(jìn)行監(jiān)測和分析。因此，認(rèn)識吹填軟土物理力學(xué)性質(zhì)在軟基加固過程中的變化特征，通過對加固前后淤泥質(zhì)軟土進(jìn)行監(jiān)測及試驗(yàn)，分析加固前后軟土的土性變化，可以成為吹填淤泥質(zhì)軟土加固技術(shù)選擇的重要依據(jù)[5]。

1 工程概況

1.1 工程概況

連云港徐圩港區(qū)某工程位于徐圩港區(qū)某一港池西側(cè)，是徐圩港區(qū)一期工程的后方陸域部分。本工程擬通過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基加固。

1.2 地基處理前地質(zhì)概況

項(xiàng)目區(qū)總體位于連云港近海淺水區(qū)。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場勘察資料可知：場地淺部地層分布有第四系松散堆積物，現(xiàn)由上至下分述如下：

根據(jù)前期勘察成果資料，上部軟土層分布狀況及其工程地質(zhì)特征如下：

1-2 層淤泥：灰色，流塑狀。下部夾粉砂薄層，層厚0.2 cm，分布不均勻。該層頂板埋深0～0.7 m，層底標(biāo)高-14.5～-22.8 m，層厚14.7～25.8 m，平均層厚17.68 m。該層具有含水量高、孔隙比高、壓縮性高、強(qiáng)度低等特性，是本場地主要的軟土層，其物性指標(biāo)見表1。

表1 土的基本物理指標(biāo)

1.3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理

本工程采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進(jìn)行地基加固。技術(shù)要求膜下真空度至少達(dá)到80 kPa。處理塑料排水板間距1.0 m，正方形布置，外露25 cm，排水板板頭進(jìn)入粘土或亞粘土層1.5 m。為保護(hù)真空膜，需鋪一層無紡?fù)凉げ?00 克/m2、0.4 m 石屑，最后加載石料，厚度為1.2 m。監(jiān)測儀器平面布置見圖1。

圖1 監(jiān)測儀器平面布置

設(shè)計針對本工程提出處理卸載標(biāo)準(zhǔn)如下兩點(diǎn)：

（1）推算固結(jié)度至少80%；

（2）地表實(shí)測連續(xù)進(jìn)行10 天觀察，其平均沉降速率必須小于2.0 mm/d。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過加固前在各處理區(qū)埋設(shè)孔隙水壓力傳感器、深層分層沉降儀、地表沉降儀，在軟基加固處理過程中，各監(jiān)測儀器反饋出來的數(shù)據(jù)，可反映出地基的固結(jié)度以及沉降量隨時間和空間的變化。完成真空聯(lián)合堆載預(yù)壓膜下真空度不小于80 kPa 后，通過觀測數(shù)據(jù)的分析和計算，對軟土在加固施工過程的土體變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，來確定合理的卸載時間。掌握加固處理范圍內(nèi)土層的工程物理力學(xué)特性，評價地基土的加固效果，從而最終確定地基承載力。

2.1 表層沉降

在排水板設(shè)置之后，排水路徑縮短，地表在預(yù)壓荷載作用下產(chǎn)生沉降。根據(jù)各沉降盤觀測數(shù)據(jù)，各區(qū)沉降量明顯，選取B6 區(qū)監(jiān)測分析，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制沉降隨著時間變化曲線見圖2。

圖2 B6 區(qū)沉降～時間變化曲線

經(jīng)過實(shí)測得知沉降數(shù)據(jù)，可以估算地基土在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓預(yù)定的荷載下的固結(jié)度變化情況，可反應(yīng)出地基土的整體加固情況。B6 區(qū)地基土在地基處理期間的沉降總量為2 814 mm，其中估算并未考慮次固結(jié)沉降。卸載時，根據(jù)監(jiān)測表層沉降數(shù)據(jù)，卸載時沉降速率為0.5 mm/d，估算地基土綜合固結(jié)度為81.6%，已滿足設(shè)計設(shè)定的卸載標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 孔隙空壓力

塑料排水板施工完后，為監(jiān)測中核聯(lián)合堆載預(yù)壓處理過程中土體內(nèi)的孔隙水壓力變化情況，埋設(shè)孔隙水壓力測頭于排水板隔檔區(qū)域的中心位置不同深度。選取B6 區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，形成B6 區(qū)孔隙水壓力的變化曲線見圖3。

圖3 B6 區(qū)孔隙水壓力～時間過程曲線

通過對測試數(shù)據(jù)的分析，地基內(nèi)孔隙水壓力在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理前大于該測頭位置的靜水壓力，由于下部地層內(nèi)存在超靜水壓力，該區(qū)域地層處于欠固結(jié)狀態(tài)，符合該區(qū)域地層的應(yīng)力歷史。到監(jiān)測工作結(jié)束，各個分區(qū)孔隙水壓力在抽真空過程中均有所消散。

2.3 深層分層沉降

將主要加固土層根據(jù)地質(zhì)情況分成6 層土，其中上部兩層土變化量如表2 所示，計算土層壓縮率。分層沉降曲線見圖4。

圖4 B6 分層沉降～時間過程曲線

表2 B6 區(qū)分層沉降、壓縮率統(tǒng)計

由圖4 可以看出，開始堆載后，隨著時間的變化，土體的沉降量逐漸增大，上部土的沉降量明顯大于下部土。在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓實(shí)施后，土體因?yàn)榭紫端畨毫Φ南⒑偷叵滤幌陆?，從而引起壓縮沉降[6-7]，上部土體的沉降速度要比下部土體快，所以上部土體的沉降較大。在處理后，土體的沉降量因?yàn)橥馏w附加應(yīng)力增加而持續(xù)增加。

3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理吹填軟土效果分析

3.1 物性指標(biāo)的變化

加固前、后吹填淤泥質(zhì)軟土的物理性質(zhì)及變化見表3。從表3 中得知，吹填淤泥經(jīng)加固后比加固前的含水量減少10.7%、孔隙比也比未處理時減少0.253，液性指數(shù)比未處理時減少0.29，濕密度則提高了0.03，證明通過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后，上部吹填淤泥質(zhì)軟土的性質(zhì)得到了提升，加固效果較為顯著。

表3 B6 區(qū)吹填淤泥加固前后物理性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計

3.2 力學(xué)性質(zhì)變化

加固前、后的吹填淤泥質(zhì)軟土力學(xué)性質(zhì)及變化見表4。從表4 中得知，吹填淤泥質(zhì)軟土經(jīng)聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后，其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)得到了提高，土體強(qiáng)度也有明顯的提升，達(dá)到了較好的加固效果。

表4 B6 區(qū)吹填淤泥加固前后力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計

3.3 載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

地基加固后安排現(xiàn)場載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)部位為膜上堆載石料頂面。載荷板采用1.5 m×1.5 m 正方形板，結(jié)合載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，從試驗(yàn)結(jié)果中可以得出，地基承載力特征值滿足不小于100 kPa 的設(shè)計要求。

4 結(jié)論

(1) 本區(qū)域拋填軟土地基經(jīng)過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固處理后，通過加固前后的數(shù)據(jù)對比分析，可知本次地基處理的加固效果較好。

(2) 在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理下，隨著抽真空時間的增加，土體含水量(w)和孔隙比(e)逐漸減少，土體的有效應(yīng)力隨著土體孔隙水壓力的消散而增加，軟土地基加速沉降和固結(jié)，從而有效提高了上部吹填淤泥質(zhì)軟土的物理性質(zhì)。

(3) 經(jīng)處理后，吹填軟土的含水量、孔隙比和干密度隨出現(xiàn)明顯的變化，當(dāng)?shù)鼗幚頋M足設(shè)計卸載標(biāo)準(zhǔn)后，吹填淤泥質(zhì)軟土含水量(w)、孔隙比(e)及液性指數(shù)(Il)在加固后有所變好，力學(xué)性質(zhì)則得到了明顯的提升，證明本次真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理得到了較好的加固效果。