真空－堆載聯合預壓在軟基中的應用*

滕軍林，鄭登賢，張升鋒，王建勛

(1.中國電力科學研究院，北京 100055;2.福建巖土工程勘察研究院，福建 福州 350003;3.福建建筑科學研究院，福建 福州 350025)

我國東南沿海廣泛分布軟弱土地基，具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性等特點，其地基變形和強度難以滿足上部結構要求，需要進行加固處理.排水固結法是處理此類地基的有效方法，此方法由排水系統和加壓系統共同組成，即:

圖1 排水固結法示意圖

對于荷載大、沉降要求高和工期緊的建筑物，應用真空－堆載聯合預壓加固地基，可以滿足設計要求［1－3］.

1 工程概況

某電廠位于長江沿岸，屬長江漫灘，地勢平坦，水網密布，屬典型的飽和軟土地基，須進行地基處理，才能滿足上部結構要求.地層物理力學性質指標如表1.

2 設計要求

本地基采用排水固結原理，以塑料排水板作為豎向排水體，以真空、堆載聯合作為預壓荷載，使土體中的孔隙水通過塑料排水板排出地表而逐漸固結，可以逐步提高地基土的強度，減少工后沉降.本工程實際處理面積為140×120m2，設計加載方式為抽真空達到80kPa后再堆載52kPa.本地層②1淤泥質粉質粘土和②3淤泥質粉質土為主要壓縮層，厚度約20m左右，按132kPa附加壓力計算，中心點最終沉降約880mm左右.

表1 土層物理力學性質

3 監測情況

為保證地基加固工作順利、有效的進行，本項目設置了若干現場監測項目.

3.1 真空管監測

開始抽真空后，次日真空度立即達到40kPa，由于此前做了大量的密封圍護工作，真空度上升速度較快，8天就基本達到了設計要求，此后除在堆土過程中發生幾次密封膜損壞漏氣導致真空度短暫小幅下降外，大部分時間都維穩定在平均80kPa左右.埋設在加固區不同位置的各個真空表讀數相當接近，說明膜下真空度比較均勻.平均真空荷載－時間關系曲線見圖2.

圖2 平均真空荷載－時間關系曲線

3.2 剖面沉降觀測

采用剖面沉降儀觀測，觀測結果表明，抽真空初期以及土方堆載中期沉降速率較大，相鄰兩條曲線間距較大;真空堆載聯合預壓后期沉降速率變緩，相鄰兩條曲線間距減小.整個剖面沉降曲線均呈弧形鍋底狀，中間沉降量大，兩頭沉降小;北側沉降量比南側沉降量大，沉降量最大位置出現在中心偏北的位置.出現這個現象分析有三個原因，一是因為在真空預壓區邊緣真空度會向外部消散，其加固效果必然不如中部;二是因為堆載區中部應力比較集中，附加應力系數比邊緣要大得多，所以中部沉降必然會比邊緣大，符合正常堆載應力分布特征;三是因為剖面北側淤泥質土層厚度比南側厚.剖面最大沉降位于剖面線的中心偏北位置，監測期間最大沉降為714mm左右，整個剖面與地面沉降標所測得沉降基本吻合.11月3日至11月15日連續12天平均沉降速率只有1.25mm/d，11月15日至12月4日連續19天平均沉降速率只有0.5mm/d，滿足卸載標準，說明沉降已比較穩定.停止抽真空后大部分測點略有回彈，但幅度很小，沉降已比較穩定.剖面線沉降觀測成果曲線見圖3.

圖3 剖面沉降曲線

3.3 孔隙水壓力觀測

孔隙水壓力是了解土體固結狀態最直接的手段，根據孔隙水壓力的變化規律，分析地基土體的固結機理，進一步研究加固機理和土體強度增長規律，也可判斷被加固土體的加固效果.由圖4－7可知，在真空預壓階段，總的超靜孔壓逐漸下降并趨于穩定;在填土階段，加載對應著總的超靜孔壓的上升;填土堆載終止后，總的超靜孔壓穩中帶升，但變化速度較為緩慢，直至穩定.停止抽真空后，超靜孔壓迅速上升，此后逐漸降低，且速度比普通堆載預壓要快，直至穩定.目前各點總的超靜孔壓逐漸收斂，變化曲線趨于平穩.

圖4 K1－K4組超靜孔隙水壓力曲線

圖5 K9－K12組超靜孔隙水壓力曲線

圖6 K13－K16組超靜孔隙水壓力曲線

3.4 深層土體位移觀測

觀測結果表明，在整個預壓過程中，測斜管均表現為絕對的向內收縮位移，其中北側側向位移較大，最大達到28mm，南北兩側側向位移相對較小，最大達到20mm.所有3個測斜管測向位移主要發生在地面下15m深度以上，但地面下30m范圍內也發生了一定的側向位移;最大側向位移主要發生在地面下6m以內，管口處尤為明顯;地面下15m以下側向位移很小，一般均小于5mm.測斜曲線見圖8－10.

圖7 K17－K20組超靜孔隙水壓力曲線

圖8 測斜管C1位移－深度曲線

3.5 地面沉降觀測

地表沉降是固結程度、加固效果和地基強度的重要判別依據，本次共布置4只地面沉降標，均勻分布在處理場地內.監測結果表明，在抽真空初期地表沉降曲線較陡，地表沉降速率達到最大值，最大為45mm/天，至9月8日各沉降標沉降速率逐漸變小，地表沉降曲線趨于平緩;此后隨著土方逐漸堆載，各沉降標沉降速率再次變大，地表沉降曲線變陡，在土方堆載中后期(堆土至2～3m時)各沉降標沉降速率再次達到最大值，最大為32mm/天，隨著堆土的結束沉降速率逐漸變緩，最后趨于穩定.如圖11－15.

圖9 測斜管C2位移－深度曲線

圖10 測斜管C3位移－深度曲線

4 加固效果分析

4.1 土體物理力學性質

檢驗地基土加固處理效果，在處理區域對所取土樣進行室內土工試驗，以對比地基處理前后地基土物理、力學性質變化情況.土工試驗結果如表2.

4.2 原位試驗結果

為檢驗地基土加固處理效果，在處理區域分別布置了十字板剪切試驗及標準貫入試驗，以對比地基處理前后地基土強度增長情況.見表3和表4.

4.3 地基承載力計算

根據《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007－2002)第 5.2.5 條的規定，按公式［4］

fa=Mbγb+Mdγmd+MCck

其中:取條形基礎底寬b=3.0m，基礎埋深d=0.5m，地下水位0.5m.見表5.

圖11 地面沉降標D1沉降－關系曲線

圖12 地面沉降標D2沉降－關系曲線

圖13 地面沉降標D3沉降－關系曲線

圖14 地面沉降標D4沉降－關系曲線

圖15 地面沉降標D5沉降－關系曲線

4.4 固結度計算

根據《建筑地基處理技術規范》②1淤泥質粉質粘土固結度達到98.7%，②2粉砂固結度按1考慮，②3淤泥質粉質粘土固結度達到98.6%.加固區土層平均固結度達到98.9%.

各沉降標固結度也可由實測沉降量與最終沉降量對比求得，該方法在沉降—時間曲線上選取三個等間隔的時間 t1、t2、t3及其對應的沉降量 s1、s2、s3，根據經驗公式可推求地基最終固結沉降量S∞［5］.

計算表明，全部監測點的固結度已經超過85%，平均固結度為93.3%，至12月4日，各監測點固結度均有所增長，但幅度很小，平均固結度為95.9%，實測地基土平均固結度與計算地基土平均固結度比較接近.

表4 加固前后地基土標準貫入試驗對比表

表5 加固前后土層承載力對比表

5 結論

通過對真空－堆載聯合預壓加固地基的現場觀測資料分析研究，我們可以得到以下幾點結論:

(1)采用真空－堆載聯合預壓法加固軟基效果明顯，土體的物理力學性質、地基承載力和固結度均能滿足相關要求;

(2)真空－堆載聯合預壓法在加固軟基過程中，較好地解決了地基的穩定性問題，由于固結速度較快，地基強度隨之增長，從而增加了地基的抗失穩能力;

(3)加固深度較大，減少了工后沉降;

(4)相比單一軟基處理方法，加固速度快，節約寶貴的工期.

［1］李富寶，王順利.真空聯合堆載預壓在沿海灘涂地區的應用［J］.城市道路與防洪，2012，(1):133 －135.

［2］彭劼.真空—堆載聯合預壓法加固機理與計算理論研究［D］.南京:河海大學博士學位論文，2000.

［3］王文治.真空聯合堆載預壓在杭州灣大橋南接線的應用［J］.遼寧工程技術大學學報，2005，(S2):82－84.

［4］中國建筑科學研究院.JGJ79－2002建筑地基處理技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［5］常士驃.工程地質手冊(第四版)［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007.