真空預(yù)壓方法在廣州南沙地區(qū)軟基處理中的應(yīng)用及效果分析

張鵬，何足惜

(1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060;2.重慶中設(shè)工程設(shè)計(jì)股份有限責(zé)任公司，重慶 400023)

1 前言

近年來(lái)，廣東珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，工程建設(shè)也在不斷地進(jìn)行中，而南沙位于穗港地的幾何中心，具有優(yōu)越的地理位置和較好的自然條件，是廣州未來(lái)發(fā)展的核心地區(qū)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)都得到快速發(fā)展，各種建筑群也在不斷規(guī)劃與建設(shè)當(dāng)中。由于南沙地區(qū)的地質(zhì)情況大部分為濱海相與河湖相交互沉積的軟弱黏性土，受到近海潮位的影響，導(dǎo)致工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條都較為復(fù)雜，在天然狀態(tài)下，軟弱黏性土具有含水率高，孔隙大，壓縮性大，強(qiáng)度低的特點(diǎn)，且分布范圍廣，厚度大。軟土下臥層為一般中粗砂、黏性土或殘積土層，有的則直接覆蓋于基巖面上。厚度較大的軟土在工程建設(shè)中須進(jìn)行軟土地基處理，其方法有動(dòng)力排水固結(jié)、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法等而真空預(yù)壓法是種常用的方法［1］。

本文結(jié)合真空預(yù)壓原理對(duì)廣州南沙坦頭安置房場(chǎng)地處理工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得出合理的結(jié)論。該區(qū)域地表特征和土層分布等方面在珠江三角洲地區(qū)具有較強(qiáng)的代表性，因此，結(jié)論具有一定借鑒意義。

2 項(xiàng)目概況及地質(zhì)概況

擬建的南沙坦頭農(nóng)民安置區(qū)首期工程，為3棟3層和1棟6層建筑物，擬處理面積約 4 095 m2，位于廣州市南沙區(qū)坦頭村。為控制場(chǎng)地的工后沉降和差異沉降，需對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行軟基處理。考慮到本項(xiàng)目建設(shè)工期較緊，且軟基處理將直接影響本地塊的總體控制工期、工程總造價(jià)以及安置區(qū)建成的使用效果，擬采用真空預(yù)壓法對(duì)坦頭安置區(qū)首期地塊進(jìn)行處理。

由現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，處理區(qū)軟土層厚度為 9.00 m～12.70 m，屬淤泥和淤泥質(zhì)粘土，工程力學(xué)性質(zhì)極差，主要表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度低，含水率高，壓縮性高等特性。場(chǎng)地巖土體從上至下分別為上部素填土、中部為軟土、下伏中微風(fēng)化的花崗巖。

3 真空預(yù)壓加固原理簡(jiǎn)述

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水管道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過(guò)砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空泵進(jìn)行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應(yīng)力。

在抽真空時(shí)，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐步形成負(fù)壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成壓力差。在壓力差作用下，土體的孔隙水不斷由排水通道流出，從而使得土體固結(jié)［2～4］。

4 施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

為了更好地指導(dǎo)施工，驗(yàn)證軟基加固效果，在區(qū)域進(jìn)行了3項(xiàng)關(guān)于軟基變形的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試:①地表面沉降，了解及監(jiān)測(cè)土體沉降和總體平均固結(jié)情況;②土體分層沉降測(cè)試，了解及監(jiān)測(cè)分層土的固結(jié)與變形情況;③真空度，了解及監(jiān)測(cè)預(yù)壓真空情況。測(cè)試儀器埋設(shè)如圖1所示。

圖1 測(cè)試儀器埋設(shè)位置圖

5 加固效果分析

廣州南沙坦頭一期工程處理區(qū)，總面積為 4 095 m2。其中處理區(qū)呈三角形，三個(gè)邊的邊長(zhǎng)約 100 m。以下通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)加固效果和過(guò)程進(jìn)行分析。

5.1 整體沉降

從表面沉降點(diǎn)的沉降曲線(xiàn)圖(如圖2所示)中可看出整個(gè)沉降過(guò)程的曲線(xiàn)上有兩個(gè)拐點(diǎn)，三個(gè)階段。

(1)初始變形階段:由于土中孔隙水來(lái)不及排出，孔隙體積沒(méi)有變化即土體不產(chǎn)生體積變化，但荷載使土體產(chǎn)生了剪切變形。5個(gè)表層沉降標(biāo)的平均沉降值為80 mm。

圖2 沉降曲線(xiàn)圖

(2)真空預(yù)壓階段:排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)正常工作后，隨著孔隙水排出，土體固結(jié)。平均日沉降最大值45 mm。觀(guān)測(cè)到此階段地表最大沉降量值 873 mm，最小為 683 mm，平均沉降值為 815 mm，停止抽真空前的 5 d，平均日沉降值均已小于 2 mm。

(3)沉降收斂階段:隨著真空預(yù)壓時(shí)間的增長(zhǎng)，沉降速率逐漸收斂，既隨著加壓時(shí)間的延長(zhǎng)，土體固結(jié)沉降在極其緩慢的進(jìn)行。根據(jù)實(shí)測(cè)沉降值，采用對(duì)數(shù)曲線(xiàn)法，推算出最終平均沉降量為 980 mm;加固深度內(nèi)土層的固結(jié)度為83%。

經(jīng)過(guò) 90 d的預(yù)壓，底面沉降最大發(fā)生在預(yù)壓區(qū)中心，地面的變形特征是中間大、兩側(cè)小，整個(gè)地面呈一鍋底狀［5，6］。

5.2 分層沉降

通過(guò)監(jiān)測(cè)資料分析，表明在抽真空期間內(nèi)測(cè)點(diǎn)處的土體平均壓縮量為 815 mm(均為固結(jié)土層淤泥及淤泥質(zhì)土層)。從所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)中可以看出，經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓加固后的地基，上層淤泥質(zhì)土(膜下 1.0 m～7.0 m)的壓縮量占約80%，而下層土(膜下 7.0 m～12.0 m)還在進(jìn)一步壓縮，上層土的排水固結(jié)已基本完成，下層土體隨著預(yù)壓時(shí)間的繼續(xù)而緩慢固結(jié)［5，6］。

5.3 真空度

分布在場(chǎng)地的3個(gè)孔壓計(jì)，從開(kāi)始抽真空到最后卸載，孔壓逐步上升至約 85 kPa后穩(wěn)定，說(shuō)明該場(chǎng)地在進(jìn)行抽真空過(guò)程中周邊圍蔽很好，沒(méi)有出現(xiàn)漏氣的情況，也說(shuō)明在要求時(shí)間內(nèi)可一次上滿(mǎn)預(yù)壓荷載。另外，頂部四周整體的密封系統(tǒng)就很重要，基于此考慮，在施工的過(guò)程中對(duì)壓膜溝精心施工，并覆水圍埝，對(duì)抽真空度及其保持有著重要的作用。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)資料的分析得出:對(duì)于軟粘土地基，真空預(yù)壓加固法是很有效的處理方法，加固范圍內(nèi)各土層固結(jié)度均可達(dá)到設(shè)計(jì)之要求，加固效果較好。

(2)真空預(yù)壓作為超載荷載，在預(yù)壓過(guò)程中，有效應(yīng)力增量是各向相等的，剪應(yīng)力不增加，不會(huì)引起土體剪切破壞，可一次性完全加載。預(yù)壓時(shí)間長(zhǎng)，使得軟土地基壓縮層土層在預(yù)壓期內(nèi)完成約80%的沉降，可減少工后沉降及差異沉降過(guò)大的問(wèn)題。

(3)真空預(yù)壓法在類(lèi)似地質(zhì)條件中的應(yīng)用是可行的，在處理本地區(qū)軟土地基是值得借鑒的。

［1］朱超，張季超，劉晨．真空預(yù)壓處理廣州南沙區(qū)軟基的加固深度探討［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2010，S2．

［2］ 葉書(shū)麟，葉觀(guān)寶．地基處理與托換技術(shù)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005．

［3］ 《地基處理手冊(cè)》編寫(xiě)委員會(huì)．地基處理手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

［4］ 廣東省建設(shè)廳．建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005．

［5］葛安定．真空預(yù)壓法在北方某場(chǎng)地工程軟基處理中應(yīng)用探討［J］．科技資訊，2011，01．

［6］姜增國(guó)，姚志安．真空預(yù)壓方法在沿海軟基處理中的應(yīng)用及效果分析［J］．巖土工程技術(shù)，2005，26．