一次真空預壓法加固中厚層軟土試驗分析

張偉芳

（溫州市甌江口開發建設投資集團有限公司，浙江 溫州 325000）

1 軟土、吹填土性質

1.1 軟土

軟土是淤泥和淤泥質土的總稱，是在靜水或非常緩慢的流水環境中沉積經生物化學作用形成的。軟土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強度低、壓縮系數高、滲透系數小。在外荷載作用下，地基承載力低，地基變形大，不均勻變形也大。

1.2 吹填土

吹填土因挖泥地的土質不同而呈現復雜的成分。吹填施工剛完成時，吹填軟土一般極為松散，且含水量極高，整個場地處于泥漿狀態，以黏性土為主的吹填土，因土中含有大量水分且難以排出，土體在形成初期處于流動狀態，所以這類土屬于強度較低和壓縮性較高的欠固結土。另由砂土或者其他粗顆粒土所組成的吹填土，其性質基本上與粉細砂相類似，不屬于軟弱土范圍。實際上，吹填淤泥的物質組成及工程性質非常復雜和不統一。一般情況下，其物質組成隨距吹填管口距離的遠近存在著顯著的差異（尤其在粒徑成分上明顯），由此決定了其工程性質上的差異。

2 中厚層軟土一次真空預壓軟基處理試驗

2.1 試驗區真空預壓方案設計

（1）試驗區選取。為了分析真空預壓法對溫州市甌江口一期中厚層軟土的加固效果，在已完成的吹填區中部區域選取尺寸為100 m×200 m的地塊進行一次真空預壓加固試驗。

試驗區的吹填土厚度約8.0 m。工程勘察報告顯示，該區域吹填土構成及特征為灰色和流塑，主要以淤泥為主，有臭味，吹填土場地現狀分為積水區和涂面蒸發脫水開裂區。積水區上部0.5 m 處吹填土主要呈流塑狀，重度小，砂粒含量低，砂粒平均含量4%；中部2.0 m 處吹填土呈流塑狀，重度較高，砂粒含量較高，砂粒平均含量5.3%；下部3.5 m處吹填土呈流塑狀，重度高，砂粒含量較高，砂粒平均含量4.5%；部分區域勘探孔吹填時間較長，且涂面標高較高，表層土已固結并龜裂，呈軟塑狀，重度大，砂含量低。

（2）試驗區方案設計。試驗區共劃分為2個分區，按2種試驗方案對比，分別采用有砂真空預壓法和無砂真空預壓法，面積各為1萬m2。主要設計方案，見表1。

表1 設計方案

（3）地基處理卸載標準為：表層0～1.5 m處理范圍內地基承載力特征值達到50 kPa；1.5 m 以下處理范圍內地基承載力特征值達到30 kPa；實測地面沉降速率連續10 d平均沉降量小于或等于3 mm/d。

2.2 施工控制要點分析

真空抽氣是施工控制的關鍵環節，特別是在沿海地區吹填土軟基上尤其如此。很多人普遍認為把排水板打入地基、保證膜下真空度并達到一定的抽氣時間和沉降速率，真空預壓地基處理就成功了。這種觀點是有前提條件的，若是在原狀自然沉積土上實施做到以上幾點成功率就會很高，若是在新吹填土上實施做到上述幾點就遠遠不夠。

新吹填土層和原狀自然沉積土層在構造和力學指標上有很大不同。首先，新吹填土層含水量高，可壓縮性很大，幾乎呈流態，承載力近乎為0，新吹填淤泥在實施真空預壓排水固結過程中，排水板將隨土體的固結壓縮而變形或彎曲，固結壓縮率越高，排水板變形破壞越嚴重，嚴重時將失去排水通道作用；而原狀土層含水量較低，承載力相對較高，固結壓縮率較低，施打的排水板變形量較小，排水效果不會受到太大影響。其次，新吹填土層是原狀土層被充分“攪拌”后輸入吹填區的，在重力作用下產生一定的分選和分層，但層間無明顯界限，且土壤級配好，各向透水性很差，不利于水氣排出，影響真空預壓的效果；原狀沉積土層具有明顯的層理構造，表現在垂直剖面自上而下呈現厚薄不一的粉細砂和粉土夾層，其土顆粒相對穩定，有利于土體中的水氣排出，真空預壓效果較好。

新吹填淤泥處理時，由于其含水量多在90%以上特別是中上層多在100%以上，水在真空負壓作用下移動時細小顆粒會隨水向排水板移動，形成以排水板為中心的泥柱，其透水性極差，以至形成不透水柱而使排水固結法失效。上述問題出現后，最直觀的表現是真空射流泵抽排較短時間就不出水了，而擬處理的淤泥中自由水含量仍很高，繼續抽排等同于做“無用功”，處理效果也不明顯。從工程實踐經驗及技術分析上看，在新吹填淤泥上一次性成功實施真空預壓，除了合理的插板工藝、合適的板型、板距和較好的密封外，更重要的是合理有效地控制抽排過程，防止或減緩“土柱”形成，避免排水板淤堵，減弱排水板的變形破壞。

為防止細土顆粒在高真空負壓下向排水板附近聚集而影響真空壓力傳遞和淤堵排水板，真空預壓前期控制就非常重要。為消除塑料排水板在施打過程中對土顆粒的擾動，在塑料排水板施打完畢后先自然沉淀10～20 d，鋪膜后通過控制真空泵開啟率逐漸加壓并分批輪換開泵，使預處理淤泥土逐漸形成穩定結構。后期在85 kPa恒壓作用下抽氣90 d以上，并通過沉降速率判定是否卸載。

3 效果檢測

施工結束后對處理效果進行檢測，檢測方法以鉆孔取樣室內土工試驗為主，采用十字板試驗的方法進行率定，評估表層及加固深度范圍內承載力特征值。鉆孔取樣深度分別為0.3、0.9、1.5 m位置各取1 組原狀土樣，1.5 m 以下深度范圍取樣間距1 m。檢測點承載力判定，見表2。

表2 檢測點承載力判定

4 結語

從檢測結果分析，表層1.5 m以內承載力基本能達到5 t要求、1.5 m以下承載力滿足3 t要求，真空預壓處理效果表層優于下層，2 個方案在滿足設計承載力指標上均可行。有砂真空預壓法與無砂真空預壓法相比優點是排水板施打較為干凈整潔，水平排水濾管不易壓癟；缺點是施工速度慢，費用高。

另據土工試驗成果表分析，采用一次真空預壓法處理中厚層淤泥除受方案、技術、施工和管理因素影響外，土質因素影響也較大。淤泥質粉質黏土與淤泥相比，采用真空預壓處理，其承載力指標更容易實現，因出泥口位置土粒較粗，與遠離出泥口位置相比，在同等真空預壓處理條件下，處理效果更好。另從土工試驗成果表分析吹填土層理結構，可以看出吹填土粒在豎向分布上也不均勻，在不同深度均存在淤泥夾層，這與挖泥船吹填時所選取土區有關，也與吹填過程控制密不可分。