真空預壓地基加固過程監測與成果分析

羅燁基

（廈門象嶼港灣開發建設有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

廈門翔安南部歐厝地塊鹽田廢改項目（游艇產業基地）造地工程位于新店鎮歐厝村東側，其主要目標是利用現有前線海堤內側廢棄鹽田及堤外灘涂條件填筑造地，并形成岸線長度1478m，造地總面積96.8公頃。項目實施后，所形成的土地可為翔安南部游艇產業基地提供場地。

2 工程地質條件

根據本場區巖土工程勘察報告，場地地基自上而下依次為吹填淤泥、原地基淤泥、粉質粘土、殘積土、全風化巖、強風化巖和中風化巖等地層組成，組成情況如下：①全新統海積淤泥；②上更新統沖洪積層，②a粉質粘土，②b中粗砂；③第四紀殘積層，③a殘積砂質粘性土，③b脈巖殘積粘性土；④全風化花崗巖；⑤強風化花崗巖；⑥中風化花崗巖；孤石；具體各土層特性見施工圖設計文件。綜上所述，其主要不良土層為吹填淤泥層，分布于整個場地表面。吹填淤泥層具有含水量高、壓縮性大，透水性差、強度低等特性。

3 地基處理方案

真空預壓法與常規的堆載預壓法相比，具有加荷速度快，無需堆載材料、加荷中不會出現地基失穩現象等優點。該方法經濟、實用，在軟基處理工程中得到廣泛應用，特別是在東南沿海地區的軟基處理工程中，該方法的應用更是得到了廣大工程技術人員的青睞。

由于本工程的特殊性——吹填泥處于流動狀態，施工人員、機械都無法直接進場作業，給地基處理工作帶來了極大的困難。根據現場的具體情況及工程的進度要求。設計采用先鋪一層土工布和兩層土工格柵后，再鋪設1.0m厚中粗砂墊層，然后機械進場打設塑料排水板作為豎向排水通道，排水板間距為1.0m，正方形布置，打穿淤泥層。

根據設計文件要求，游艇產業基地地塊吹填區分為B1~B13共13個區，在吹填完成后對13個吹填區采用真空預壓法進行地基處理。為便于真空預壓的實施和確保加固效果，部分吹填區細分為若干子區。

4 監測方法、監測結果及分析

鑒于B3區在整個軟基處理過程中首先實施，為充分發揮監測工作對現場施工的指導作用，為后續各區積累經驗，經業主、設計、監理等有關各方討論達成一致意見，B3區在原設計B3-1和B3-2兩個分區的基礎上細分為B3-1-1、B3-1-2、B3-2-1、B3-2-2等四個分區，監測和檢測儀器布置數量同時增加，加大對B3區的監測力度。下面對監測方法、現場監測及檢測結果作一總結分析。

4.1 地表沉降

4.1.1 地表沉降監測方法

地表沉降通過設置地表沉降標進行監測，根據每次測得的沉降標高程，即可計算出測點在不同時間的沉降量、沉降速率、匯總得出測點的沉降～時間過程線。根據過程線可推求最終沉降量，工后沉降量等參數，從而對理論計算結果進行驗證，為竣工驗收提供依據。

4.1.2 荷載

各區抽真空開始10天后，膜下真空度達到80kPa，膜上覆水深度因場地平整度差異各處不等，綜合考慮，按平均覆水深度為50cm作為預壓荷載，則總的預壓荷載達85kPa。

4.1.3 實測沉降

各區的實測地表沉降結果從圖中可以看出，抽真空期間產生的最大沉降量達130cm，發生在B3區；最大沉降速率達39mm/d，發生在B9區。抽真空后期，各區的實測沉降速率均連續10天以上小于2mm/d，說明沉降逐漸趨于穩定。

4.1.4 沉降說明

表中實測沉降不包括前期鋪砂墊層和打設塑料排水板期間所發生的沉降。從圖表中可以看出，B3、B6、B9、B12區的實測沉降明顯大于其它各區的沉降，這主要是由于這四個區都處于吹填施工時的出水口處，致使這四個區的吹填泥顆粒較其他各區要細，吹填泥呈流態；而其它各區都不同程度地沉積了較大的泥團或粗粒土，致使實測沉降偏小，但對于整個造地工程來說是十分有利的。

4.2 分層沉降

現場地基土體分層沉降通過電磁式沉降儀、沉降管、沉降環進行監測。

接近原地面的沉降環（頂環）的實測沉降即相當于地表沉降，埋設最深的沉降環（底環）的實測沉降即相當于下臥層的沉降，兩環之間的沉降即為主要壓縮層（吹填淤泥）所發生的沉降。從圖表中可以看出，下臥層的壓縮量均小于10cm，占整個壓縮量的比例很小，說明實測沉降主要來自處于流態的吹填淤泥。比較地表沉降和分層沉降頂環的沉降量，可以看出B3-1-2和B3-2-1分層沉降管頂環的沉降量略小于對應的地表沉降量。而理論上二者應該基本一致，究其原因，主要是由于現場的客觀原因，致使分層沉降管出現故障，造成后期測量結果偏小。

4.3 水平位移

水平位移監測結果所反映的是土體或結構物某一部位的傾斜度。本項測試采用活動式測斜儀，把測量結果整理成水平位移沿深度分布曲線，可反映地基各土層的水平位移變化情況。

根據設計文件，在B3區、B12區各埋設測斜管兩根，B6區、B9區各埋設一根測斜管。從圖表中可以看出，水平位移和位移速率都不大，這主要是由于加固區周邊淤泥攪拌樁所形成的寬度達1.2m的密封墻體對水平位移的發展起到了很好的限制作用。

4.4 膜下真空度

在砂墊層中排水濾管所形成的雙格網中心位置布置真空度測頭，通過尼龍管穿出膜外，并做好密封工作，接上真空表，抽真空期間按設計要求讀記真空表讀數，監測膜下真空度的變化規律。

實測膜下真空度過程線從圖上可以看出，抽真空10天后，膜下真空度迅速上升到80kPa以上，最大值達92kPa，真空度維持在80kPa以上的時間超過三個月；各監測斷面的真空度變化情況基本一致，可見膜下真空度在整個加固區的分布基本相同，充分說明真空預壓過程中密封情況良好。唯有B11區膜下真空度過程線出現了不連續的情況，造成這種狀況的原因是由于B11區的密封溝出現漏氣問題，經處理后，膜下真空度迅速上升到80kPa以上。

4.5 孔隙水壓力

孔隙水壓力采用鋼弦式孔隙水壓力計進行監測，通過孔隙水壓力監測，可得到孔隙水壓力～時間過程線，了解真空度在土體中的傳遞情況；還可以推求地基的固結度、固結系數等。

在各監測斷面沿深度分別埋設孔隙水壓力計4只。各區實測超靜孔隙水壓力隨真空度和時間變化過程線從圖上可以看出，孔壓在抽真空期間一直處于下降狀態，埋深較淺的變化量較大，埋深較深的變化量較小，表現出良好的規律性。

隨著真空度的上升并漸趨穩定，埋深較淺的孔壓迅速下降，實測最大超靜孔壓值達-77kPa；埋深較淺的孔壓值降低幅度明顯大于埋深較深的，說明真空度在淤泥中的傳遞沿深度衰減。

4.6 排水板中真空度

在排水板中沿深度（一般要求與孔壓和淤泥中真空度測頭對應）布置真空度測頭，監測真空度沿深度的傳遞規律，監測方法與膜下真空度監測一致。

在每個監測斷面各布置一根排水板中真空度監測儀器，每根排水板中沿深度布置4個監測點，具體位置與孔壓和淤泥中真空度監測點對應，各監測斷面的實測真空度過程線從圖上可以看出，板中真空度明顯小于膜下真空度，板中真空度還沿深度衰減，可見真空度在傳遞過程中明顯存在沿程損失。

5 沉降、固結度計算分析

5.1 沉降

5.1.1 推求最終沉降

目前，根據地基加固時觀測到的地面沉降或地基土分層沉降時間過程線推算地基的最終沉降量，常采用指數曲線法和雙曲線法兩種方法進行推算。采用雙曲線法推求最終沉降可以最大程度地利用觀測資料，減少任意性，使計算結果更趨合理。根據實測資料，用各區的地表沉降曲線推算最終沉降量。

5.2 固結度

固結度就是指在某一固結應力作用下，經某一時間t后，土體發生固結或孔隙水應力消散的程度。

5.3 計算結果分析

從表中可以看出，在預壓荷載作用下，地基加固結束時的固結度平均值達到86%，工后沉降量小于30cm，達到了預期的加固效果。

6 加固效果檢驗

6.1 實測十字板強度

由十字板試驗是在現場測定的土的抗剪強度，屬于不排水剪切的試驗條件，因此其結果應與無側限抗壓強度試驗結果相當，十字板剪切試驗適用于飽和軟粘土，特別適用于難于取樣或試樣在自重作用下不能保持原有形狀的軟粘土。它的優點是儀器構造簡單，操作方便，試驗時對土的結構擾動比較小，故在工程中得到廣泛應用。

地基加固前后分別進行了現場十字板剪切試驗，表中強度均為吹填淤泥的平均十字板強度。從表中可以看出，十字板強度均有較大幅度的增長。試驗結果見表1。

表1 現場十字板強度試驗結果匯總（單位：kPa）

從表中可以看出理論計算強度增長量大于實測強度增長量，分析原因，真空度在新吹填淤泥中傳遞較為困難和現場十字板檢測試驗本身對土的擾動可能是兩個主要因素。

6.2 十字板強度推算

按各分區的實際荷載量及地基加固結束時的平均固結度來計算各斷面的理論平均強度增長量，計算結果見表1。各監測斷面的實測平均強度增長量均小于理論計算值。分析原因，很可能是真空度在吹填淤泥中的傳遞比較困難所致。

6.3 用十字板強度推算地基承載力

根據實測十字板強度還可以由以下公式推算地基承載力：

式中：f為地基承載力，Su為實測十字板強度。

現場實測十字板強度平均值為19.3kPa，由式（1）可計算出真空預壓處理后的地基承載力為61kPa，地基加固達到了預期的加固效果。

6.4 標準貫入試驗

標準貫入試驗孔采用回轉鉆進，并保持孔內水位略高于地下水位，單孔的試驗結果可繪制標準貫入擊數N與深度H關系曲線。根據標準貫入試驗結果可判定土的力學性能。對比地基加固前后的標準貫入擊數可評價地基加固效果。

從圖表中可以看出，處理深度在6m以內的土的標貫擊數大于15，根據現場勘察情況，道路區深度在6m以內的土主要為砂性土，參照巖土工程勘察規范和港口工程地基規范可以確定這部分土處于中密狀態，達到了預期的處理效果。

6.5 取土樣對比試驗

分別在真空預壓前后，在現場相距不超過2米的位置按規范取原狀土樣，嚴格按相關規范要求進行室內試驗，對比前后兩次土性指標的差異，評價地基加固效果。

對于真空預壓區域，地基加固前后分別在現場相鄰位置取原狀土進行室內試驗，比較加固前后的土性指標變化情況，對地基加固效果作出評價。地基加固前后的土性指標試驗結果表明，地基加固后的土性指標得到了不同程度的改善，地基加固效果明顯。

6.6 載荷試驗

載荷試驗是一項使用最早、應用最廣泛的確定地基承載力的原位試驗方法，也是到目前為止確定地基承載力最可靠的方法。該試驗是在一定尺寸的剛性承壓板上施加靜荷載，觀測各級荷載作用下天然地基土隨壓力而變形的原位試驗。 根據荷載-沉降關系線（P～S曲線）可確定地基土的承載力。曲線可分為三段：1直線變形階段、2剪切階段和3破壞階段。根據試驗所得到的P～S曲線可以評定地基土的承載力基本值f。典型的P～S曲線見示意圖1。

圖1 典型的P～S曲線

為進一步檢驗真空預壓區和道路區的地基處理效果，分別在處理后的真空預壓區和道路區進行平板載荷試驗，試驗點按設計要求經監理工程師現場確認后確定，加荷方式按慢速法進行，載荷板尺寸為1.5m×1.5m。載荷試驗曲線（P-S曲線）從圖上可以看出，P-S曲線沒有出現明顯的拐點，根據相關規范確定地基承載力。載荷試驗結果表明，真空預壓處理后的地基承載力大于60kPa，道路區的地基承載力大于100kPa；達到了預期的處理效果。

7 結論

2009年12月下旬進場埋設原觀儀器，到2011年12月現場檢測工作結束，歷時兩年多，現場監測和檢測工作一直處于正常有序狀態。通過對現場監測和檢測資料的分析，可以得出以下結論：

7.1 沉降。各區實測地基沉降量最大值達172cm，平均值達83cm，根據實測資料推求地基的最終沉降量平均值為96cm，地基加固結束時的平均固結度已達86%，預壓荷載作用下的工后沉降小于30cm。

7.2 水平位移。實測水平位移和水平位移速率均較小，主要是因為淤泥攪拌樁所形成的密封墻體對地基的水平位移發展起到了很好的限制作用。大大降低了真空預壓對周邊環境造成的負面影響。充分說明設計采用的地基處理方案是合理的。

7.3 真空度。實測膜下真空度最大值達92kPa，膜下真空度穩定在80kPa以上的時間超過三個月；排水板中真空度小于膜下真空度且沿深度衰減；淤泥中真空度存在一個啟動過程，且明顯小于板中真空度。說明真空度的傳遞存在沿程損失。

7.4 孔隙水壓力。抽真空期間，孔壓值都有不同程度的下降，實測最大超靜孔壓值達-77kPa，且埋深較淺的的孔壓下降的幅度明顯大于埋深較深的，這也說明真空度在淤泥中的傳遞也是沿深度衰減的。

7.5 強度增長。地基加固前后分別進行了十字板強度試驗，地基加固后吹填淤泥層的平均十字板強度達19.3kPa，平均強度增長量達11.88kPa，地基加固效果明顯。

[1]楊守華，胡為賢等.廈門翔安南部游艇產業基地造地工程施工圖設計.南京水利科學研究院勘測設計院,2008.

[2]楊守華等.廈門象嶼保稅區二期軟基處理工程A標段監測及檢測報告[R].南京水利科學研究院，2005.

[3]孫更生，鄭大同.軟土地基與地下工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1984.

[4]地基處理手冊編委會.地基處理手冊（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

[5]魏汝龍.軟粘土的強度與變形[M].北京：人民交通出版社，1987.

[6]JTJ250-980，港口工程地基規范[S].北京：人民交通出版社，1998.8.

[7]GB50021-2001，巖土工程勘察規范 [S].北京：中國建筑工業出版社，2002.3.

[8]錢家歡等，土力學[M].南京：河海大學出版社，1988.4.

[9]南京水利科學研究院土工所，土工試驗技術手冊[M]，人民交通出版社，2003.