真空灌漿加固軟土地基的試驗研究

寧波高新區圍海工程技術開發有限公司 浙江省 315040

摘要：通過模型試驗方法，利用自主研制的模型試驗裝置開展真空預壓處理與滲透灌漿之間的相互作用機理研究，尋求兩者最佳工藝結合點，為下一步工藝試驗及技術創新提供理論與試驗參考。

關鍵詞：軟土地基；模型試驗；真空預壓；滲透灌漿

引 言

目前，真空預壓法已在港口工程、石油、化工、建筑、公用事業和機場等工程中得到實際應用，并取得了良好的技術經濟效果。真空預壓法作為一種排水固結法，在其總應力保持不變的條件下，通過減小孔隙水壓力，增加有效應力而提高地基承載能力。同時，在大致等效荷載作用下，真空預壓的加固效果并不差于堆載預壓法[1]，都在大量的軟土地基處理工程中得到應用[2-5]。真空預壓法工期短、環保，故進一步研究真空預壓法具有重要的工程意義。

滲透灌漿技術作為另外一種軟基處理方式，有著悠久歷史，并應用廣泛，發揮巨大效用。滲透灌漿在不足以破壞土或巖層構造的壓力下，水泥漿液滲入軟土的孔隙或巖石裂縫中去，排擠出孔隙和裂隙中的水和氣，達到加固軟基效果。幾十年以來，滲透注漿理論在國內外學者研究下有了比較成熟的滲透理論，如球形擴散理論、球形擴散Raffle理論、柱形擴散理論、袖套管法理論等[6，7]。然而這些理論都是對于砂層地基而言，尤其是球形擴散理論和柱形擴散理論已廣泛應用于砂層地基，但對于粘土層而言至今仍是空白。

本文通過模型試驗方法，將真空預壓法與滲透灌漿技術有機結合，研究其相互作用機理，尋求最佳工藝結合點，總結真空滲透灌漿技術。

1 試驗模型及方案

1.1 土樣簡介

試驗土樣來自于寧波奉化的吹填淤泥土，含水率和孔隙比很大，重度小；塑性指數大，一般在15以上；強度低，承載力低，且靈敏度很高；壓縮性高，滲透性低。根據《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999），對標準土樣的物理性質指標，如含水率、密度、比重、液塑限等進行測定，見表1。

表1 標準土樣物理性質指標

含水率/%濕密度/（g/cm3）比重液限/%塑限/%初始孔 隙比壓縮系數/MPa-1壓縮模量/MPa

72.01.6242.6949.027.81.9491.2652.252

1.2 模型設計

基于室內試驗研究便利性，為完成真空滲透灌漿試驗研究，進行試驗裝置的設計與制作，自主研制的試驗模擬裝置尺寸確定為0.7m×0.7m×1.4m，如圖1所示。

圖1 試驗裝置大樣示意圖

1.3 試驗方案

試驗分兩組進行，第一組為真空灌漿模型試驗，第二組為真空預壓模型試驗，以便對比兩者對軟土地基的處理效果。

真空灌漿模型試驗的具體方案如下：

（1）填土

向裝置內填土，每隔0.3米布置孔隙水壓計，最終填土高度為1m，淤泥土表層鋪設2個編制袋，防止水平排水管外膜與淤泥土直接接觸。

（2）豎向排水板、水平排水管和灌漿管布置

首先，用自制的鏟子將豎向排水板插入淤泥土中，豎向排水板間距為35cm，距兩側鋼板各17.5cm，豎向排水板插入深度為90cm，豎向排水板寬度5cm；接著，用繩子將豎向排水板和水平排水管捆緊，有利于真空灌漿試驗；最后，將灌漿管插入淤泥土中，灌漿管圓心位置距離每側鋼板的距離都為35cm，灌漿管長度為90cm。灌漿管上開若干小孔，孔間距為10cm，并用紗布纏繞，防止灌漿管插入淤泥土過程中淤泥進入其中，灌漿管首個開孔位置沒入淤泥土深度為30cm。

（3）試驗裝置密封

等豎向排水板、水平排水管和灌漿管布置完畢后，鋪設30cm厚砂層，并在砂層上方放置鋼板，便于豎向位移計布置。隨后用四根壓條將0.6mm厚PE膜壓緊，初步保證整個試驗裝置的密閉性。最后，在PE膜上鋪上淤泥，確保整個裝置處于密閉狀態。

（4）位移計布置

在整個試驗裝置最上方，布置3個位移計來測定淤泥土沉降情況，3個位移計導線用半橋方式聯接在應變儀上。同時將孔隙水壓力計引出的導線用全橋方式聯接在應變儀上，隨后開始抽真空。

（5）試驗過程

整個試驗裝置運行以后，每隔2個小時進行數據采集，試驗過程中需測量和記錄的數據包括：位移計應變以及真空表讀數等。當上方真空表讀數維持在40kPa左右，且沉降變化量變化不大時，準備滲透灌漿。采用配合比為1：1的白色硅酸鹽水泥漿液以保證其流動性，便于漿液分布情況總結。灌漿原則：分多次并少量，直至灌漿管堵死，無法灌漿為止。停止灌漿后，繼續觀測孔隙水壓力和位移計應變情況。當每小時位移計應變變化量小于50時，即每小時沉降小于0.25mm時，停止試驗。

（6）試驗后處理

試驗結束后，根據加固后土層的軟硬程度進行分層，用原狀土取樣器取每層土樣，測定每層土樣含水率、密度等物理指標，并進行固結試驗、UU試驗、無側限抗壓強度試驗等力學試驗，測得其力學參數。根據測得的物理力學指標以及固結沉降值，計算加固后土體地基承載能力，總結沉降規律，分析軟土地基真空滲透灌漿的沉降計算方法。此外，對漿液的分布情況進行分析，探討漿液擴散半徑以及灌漿量的計算方法。

真空預壓模型試驗的具體方案大致同上，只是取消了試驗中的灌漿及相應的量測設備。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

真空預壓試驗結束后，將整個試驗密閉裝置打開，依次將鋼板、砂層、水平排水管以及豎向排水板取出，能觀察到處理后的土樣相對于處理前有了明顯改善，說明本次試驗的試驗裝置及試驗方案是可靠的。

真空滲透灌漿試驗結束后，挖泥取樣過程中，可觀察到以下情況：首先，處理后的土體可以承受較大的荷載，處理效果較好；其次，白色硅酸鹽水泥分布于整個試驗裝置橫截面（圖2），說明灌漿是可行的。進一步分析發現，隨著深度加深土體的水泥含量降低，其最大分布深度約為30cm。根據加固效果不同可將整個土體分為三層，上層最佳，其高度約為25至30cm；中層次之，其高度也約為25至30cm；底層最差。

圖2 白色硅酸鹽水泥分布圖

2.2 加固效果對比

試驗結束后，采集同一深度土樣進行土工試驗，分別測其物理力學性質指標。通過其物理力學性質指標分析比較加固效果。將兩組土樣物理性質指標進行匯總，如表2所示。