真空吸水淺層軟土加固法

高潮

（中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術交通行業重點實驗室，天津市港口巖土工程技術重點實驗室，天津 300222）

0 引言

在我國沿海和內陸的湖沼地區經常會遇到軟土地基的問題，特別是近年來沿海灘涂的開發及圍海造陸工程的進行，需要對新吹填的軟土進行處理。

對大面積軟土地基進行處理尤其是對新吹填土進行處理時，經常會遇到表層土很差，處于流塑狀的淤泥甚至流泥，這種新吹填的土顆粒極細、含水量很大、壓縮性很高、強度極低、固結速率極慢，機械設備無法在地基土上操作，因此給軟基處理施工帶來很大困難。目前主要采用在地基表面鋪設土工布荊芭等材料后，用人工填土、填砂形成墊層[1-3]，再用輕型機械進行打設排水板等施工作業。這種方法存在的主要問題是：

1）由于工期需要，直接在新近吹填的軟土上鋪設傳統墊層，施工難度大甚至難以實現，安全隱患也大；

2）由于墊層下土質很差，打設排水板時，大量泥漿沿排水板孔噴出，造成砂墊層污染，影響排水效果。

這些都為后期的預壓處理帶來困難，影響軟基處理的效果。因此迫切需要開發一種快速便捷的淺層軟土加固方法。

“真空吸水淺層軟土加固法”的基本原理與真空預壓相同，是直接對地基表層進行加固（加固深度可控），形成硬殼層，可在其上直接鋪設砂墊層，較好地解決了上述兩個問題。

在一些僅需淺層加固即可達到使用要求的地基或場地，可采用“真空吸水淺層軟土加固法”結合人工插排水板使地基土達到固結要求。

1 施工工藝

在某港口新近吹填區選取一塊8 m×10 m場地，進行真空吸水淺層軟土加固試驗，試驗深度為1 m。需要的材料包括無紡布、土工格柵、塑料排水板、塑料密封膜、濾管、真空預壓出膜裝置、真空泵、孔隙水壓力測頭等。

在試驗前先將現場需用材料進行組裝，具體步驟為：

1）鋪一層無紡布；

2）無紡布上鋪一層土工格柵；

3）土工格柵上平鋪一層塑料排水板，要求塑料排水板排列緊密，不留縫隙，并和土工格柵以及無紡布綁扎牢靠；

4）按照豎向塑料排水板正方形布置，間距為60 cm，在平鋪的塑料排水板上做出標記，并預留插豎向塑料排水板的插口，要求插口穿透土工格柵和無紡布；

5）將事先剪好的長度為2.6 m的塑料排水板兩頭插入相鄰的兩個預留的插口中，并穿透土工格柵和無紡布，保證無紡布下每個塑料排水板外露1 m；

6）將以上組裝好的材料卷好運至施工現場，從一邊開始攤開，邊展開邊將外露的塑料排水板插入地基中；

7）埋設孔隙水壓力測頭，擺放真空濾管，安裝出膜裝置；

8）上鋪一層無紡布；

9）鋪三層塑料密封膜；

10）將真空泵與出膜裝置進行連接，開始真空抽氣施工。

2 加固效果

本次試驗進行真空預壓施工，累計預壓時間為23 d。

2.1 十字板檢驗

按GB50007-2002《建筑地基基礎設計規范》，根據土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值公式[4]為：

式中：fa為由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值；Mb，Md，Mc為承載力系數；γ，γm分別為基礎底面以下和以上土的重度；ck為土的黏聚力標準值。

當ck采用原位十字板抗剪強度指標時，φ=0，則Mb=0，Md=1，Mc=3.14，則

不考慮地基土埋深修正，利用下式可求出地基承載力特征值：

式中：Cu為十字板抗剪強度。

在真空預壓施工前先進行了加固前的十字板檢驗，加固前后的檢驗結果見表1。

表1 十字板強度檢驗結果統計表kPa

2.2 載荷試驗

載荷試驗相當于基礎受荷時的模型試驗，比較直觀，普遍認為成果比較可靠，在地基處理效果檢驗中被廣泛采用，所以在本試驗中也使用載荷試驗檢驗加固后的效果。

本試驗采用0.5 m2方形載荷板，載荷共分8級，每級加荷為20 kPa，每級荷載下的沉降分別為：20 kPa，1.89 mm；40 kPa，3.98 mm；60 kPa，8.04 mm；80 kPa，13.45 mm；100 kPa，19.26 mm。試驗過程中，當載荷加至120 kPa時沉降急劇增大，故終止試驗，根據規范規定，確定該處地基承載力標準值為50 kPa[4]。載荷試驗的荷載-沉降曲線見圖1。

圖1 荷載-沉降曲線

2.3 孔隙水壓力檢驗

插完塑料排水板后在加固區內布置了6個孔隙水壓力測頭，埋設深度分別為3個0.3 m和3個1.0 m。圖2為真空預壓過程中孔隙水壓力消散過程線，根據孔隙水消散計算地基固結度[5]：

式中：Ut為計算點某時刻的固結度，%；Δu為計算點某時刻孔隙水應力實際消散值，kPa；P為預壓荷載（膜下真空度或設計預壓荷載80 kPa和由欠固結引起的超孔隙水壓力之和）。

圖2 真空預壓過程中孔隙水壓力消散過程線

利用孔隙水壓力消散結果推算出的固結度僅代表孔隙水壓力傳感器埋設處的固結度，根據孔隙水壓力消散結果，計算土層內不同深度的固結度如表2所示。

表2 土層內不同深度的固結度

2.4 強度增長

根據加固前的鉆孔取土指標、現場原位測試結果及對監測資料的分析，根據《港口工程地基規范》采用的強度增長公式，對加固區進行強度增長推算[5]，結果見表3，可見強度增長效果明顯。

式中：Cu為十字板強度；Ut為固結度（根據孔隙水壓力計算的固結度）；Δσ為先期附加應力；φcu為固結快剪內摩擦角；τ為強度增長值；f為地基承載力。

表3 強度增長推算結果

2.5 加固前后土性指標變化

為檢驗加固效果，在加固前后各進行了2孔取土試驗，試驗結果見表4。

表4 土工試驗成果匯總表

從土工試驗成果匯總表看，加固前后不同深度處土的物理指標改善較大，含水量大幅度降低，密度增加，孔隙比、壓縮指數等指標降低，加固效果明顯。

2.6 加固效果分析

根據載荷試驗結果看，加固后的地基承載力達到了50 kPa，這是比較直觀和準確的，與通過強度增長公式推算的地基承載力基本相吻合。根據十字板強度推算的地基承載力1.0 m深度處數值為58.8 kPa，也和通過載荷試驗結果比較接近，說明加固后地基承載力基本在50 kPa左右。十字板強度在0.3 m處強度偏高，有檢驗點的選取和具體的實際操作以及十字板強度檢驗本身的局限性造成。

3 結論

通過本次真空吸水加固軟土地基的試驗，可以看出經過短時間的真空預壓抽氣施工，新近吹填的超軟土地基表層土加固后地基的強度增長明顯，基本滿足上部輕型機械的使用要求，為進一步深層地基的處理提供理想的條件。

試驗所用真空吸水材料經過改進加工可成為重復使用的定型產品，進一步降低費用，加快周轉速度。

真空吸水淺層軟土加固法，是一種全新的淺層加固法，它主要處理超軟土地基，豐富了淺層地基處理的方法。

[1]張敬.塑料排水板在天津港口建設中的研究和應用[C]//水運工程科技論文選編.天津：天津港灣工程研究所，2005.

[2]楊京方，季宏民，武霄.沿海潮差帶黏性土地基上的一種新型圍埝結構[J].中國港灣建設，2009（3）：30-33.

[3]李衛，白金勇，楊京方，等.淺層真空預壓法在加固新吹填粉土及粉質黏土地基中的應用[J].中國港灣建設，2010（4）：12-14.

[4]GB50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].

[5]JTJ250-98，港口工程地基規范[S].