真空預(yù)壓處理吹填淤泥現(xiàn)場試驗(yàn)研究

劉烽

摘 要：結(jié)合天津某吹填土真空預(yù)壓處理工程，分析了加固過程中吹填淤泥沉降、水平位移及孔隙水壓力消散變化特點(diǎn)，并結(jié)合加固前后室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場十字板剪切試驗(yàn)對(duì)加固效果對(duì)比分析。數(shù)據(jù)表明：真空預(yù)壓初期吹填淤泥沉降及水平位移發(fā)展顯著；加固后吹填淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及現(xiàn)場十字板試驗(yàn)結(jié)果均得到大幅度改善。

關(guān)鍵詞：自重固結(jié)；吹填淤泥；真空預(yù)壓；孔隙水壓力

真空預(yù)壓法經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展和改進(jìn)，其應(yīng)用范圍得到了較大的拓展，并取得了較好的加固效果。但是，由于新近吹填淤泥多處于欠固結(jié)狀態(tài)，存在一定的地域性，其處理難度較原狀淤泥大為增加。在長期的實(shí)踐中，研究人員在理論分析的基礎(chǔ)上，主要從以下幾個(gè)方面對(duì)真空預(yù)壓法進(jìn)行有益的改進(jìn)。如無砂墊層真空預(yù)壓、長短板真空預(yù)壓、分級(jí)真空預(yù)壓等均是研究者在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際土體性質(zhì)及工程要求進(jìn)行的探索。真空預(yù)壓處理吹填土效果影響因素較多，需結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)，探求真空預(yù)壓處理吹填淤泥的加固效果。

1 工程概況

工程地質(zhì)條件

天津某吹填工程，根據(jù)前期勘察鉆孔資料，地基土主要為吹填淤泥及第四紀(jì)沉積土，主要壓縮層自上而下為吹填淤泥、原狀淤泥、淤泥質(zhì)黏土及黏土等。其中吹填淤泥厚度為4.5～5.5m；原狀淤泥土厚度為2.5～3.9m，淤泥質(zhì)黏土厚度為2.4～3.2m，黏土厚度為4.2～6.5m。主要壓縮土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

2 檢測內(nèi)容及測點(diǎn)布置

為了分析真空預(yù)壓對(duì)吹填淤泥的加固效果，在加固區(qū)內(nèi)布置了深層分層沉降儀、測斜儀、孔隙水壓力儀、水位儀等儀器，分別對(duì)加固區(qū)內(nèi)的沉降、分層沉降、水平位移、孔隙水壓力及地下水位等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并在監(jiān)測點(diǎn)附近布設(shè)鉆孔及十字板原位試驗(yàn)孔，以便對(duì)處理前后的欠固結(jié)吹填淤泥進(jìn)行對(duì)比，分析評(píng)價(jià)加固效果。測點(diǎn)布置詳見圖1。

3 監(jiān)測成果及分析

3.1 孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果及分析

土體內(nèi)孔隙水壓力的消散情況在一定程度上反映了土中真空度傳遞情況和土體的排水效果。圖2為2區(qū)孔隙水壓力消散過程曲線。由圖可知，在整個(gè)加固過程中，土體內(nèi)孔隙水壓力整體上表現(xiàn)為下降趨勢，其中前期消散相對(duì)后期較快，淺部的孔隙水壓力消散快于深部土體。從土中可以清晰的看出，接近表層的孔隙水壓力消散80kPa時(shí)，抽真空用時(shí)20天，而深度5.0m用時(shí)40天，深度7.5m處用了75天。

3.2 沉降監(jiān)測結(jié)果及分析

圖3為吹填淤泥在真空預(yù)壓過程中沉降隨時(shí)間的變化曲線。由圖可知，在預(yù)壓期內(nèi)最大累計(jì)分層沉降量為125.0cm，其中第1個(gè)月最大累計(jì)沉降量為61.7cm，占最終累計(jì)分層沉降的49.4%。沉降主要發(fā)生在上部11m深度范圍內(nèi)，其累計(jì)沉降量為79.4cm，占最大累計(jì)分層沉降的63.5%，其中吹填淤泥層累計(jì)沉降量為41.6cm，占最大累計(jì)分層沉降的33.3%。這說明：從時(shí)間上看，沉降在第1個(gè)月發(fā)展最明顯；從各土層沉降對(duì)比看，主要發(fā)生在吹填土層和淤泥層。此外，各土層沉降在接近1個(gè)月時(shí)，出現(xiàn)明顯變緩趨勢，對(duì)比孔隙水壓力變化曲線可知，這主要是斷電事故造成的沉降速率顯著減小。

3.3 水平位移監(jiān)測結(jié)果及分析

圖4為深層水平位移隨深度變化曲線。由水平位移變化曲線可知：水平位移最大值發(fā)生在土體表層，為484.6mm，隨著深度的增加，逐漸減小，在深度5m附近出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，說明在此處土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯改變，對(duì)比鉆孔資料和分層沉降曲線，判斷該處為吹填淤泥和原狀淤泥分界線。深度20m以下，在整個(gè)加固期內(nèi)，累計(jì)水平位移僅為5.7mm，說明真空預(yù)壓對(duì)該處土體影響極小。

3.4 地下水位監(jiān)測結(jié)果及分析

設(shè)置地下水位觀測點(diǎn)，能夠輔助分析真空預(yù)壓過程中加固區(qū)內(nèi)外的水力聯(lián)系。加固區(qū)內(nèi)觀測點(diǎn)可任意選取，加固區(qū)外水位管距離加固區(qū)邊緣2m。由圖5可知，在整個(gè)抽真空過程中，加固區(qū)內(nèi)外地下水位均呈下降趨勢，其中加固區(qū)內(nèi)地下水位下降了300cm，加固區(qū)外地下水位下降了104cm，說明加固區(qū)外地下水位相對(duì)區(qū)內(nèi)水位變化小，說明加固區(qū)內(nèi)外水力聯(lián)系較弱，加固區(qū)周邊密封性較好。

4 加固效果分析

4.1 室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

表2為加固前后土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)比加固前后各項(xiàng)參數(shù)可以分析真空預(yù)壓對(duì)欠固結(jié)吹填淤泥的加固效果。

（1）加固后各土層含水量均小于加固前對(duì)應(yīng)深度土層的含水量。其中吹填淤泥和原狀淤泥層含水量下降最為明顯，分別降低了29.1%、19.9%，黏土層含水量下降不明顯，僅為5.8%。

（2）通過對(duì)比加固前后壓縮系數(shù)可知：加固后吹填淤泥和原狀淤泥層壓縮系數(shù)分別下降了60.6%、47.2%，說明加固后土體的壓縮性明顯下降。黏土層下降相對(duì)較小，為20.0%。

（3）對(duì)比加固前后固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果可知：吹填淤泥層黏聚力和內(nèi)摩擦角提高最為顯著，分別提高了318.9%、450.0%。

4.2 十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果

十字板剪切試驗(yàn)曲線可以直觀地反映土體加固前后不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，從6圖中可以看出，加固后10m范圍內(nèi)土體的不排水強(qiáng)度增長最為顯著，該深度范圍土層主要由欠固結(jié)吹填淤泥和原狀淤泥構(gòu)成。其中吹填淤泥十字板強(qiáng)度增長了308.0%，原狀淤泥增長了182.1%，10m以下各土層不排水抗剪強(qiáng)度增長相對(duì)較小了，為69.7%。

5 結(jié)語

通過分析吹填淤泥的真空預(yù)壓現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)論：

（1）沉降及水平位移主要發(fā)生在首個(gè)月內(nèi)，該時(shí)期為真空預(yù)壓關(guān)鍵期，對(duì)加固效果有較大影響，因此應(yīng)增加現(xiàn)場巡視的頻率，避免斷電等不利現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）吹填淤泥在加固過程中產(chǎn)生了較大的指向加固區(qū)內(nèi)的水平位移，這極易導(dǎo)致加固區(qū)周邊密封溝處土體發(fā)生開裂而發(fā)生漏氣，進(jìn)而影響加固效果，因此，在整個(gè)加固過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)加固區(qū)周邊密封溝的巡查，及時(shí)封堵開裂土體。

（3）對(duì)比加固前后的室內(nèi)土工試驗(yàn)和十字板剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，吹填淤泥物理力學(xué)性質(zhì)得到顯著改善，加固效果良好。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：天津港東疆建設(shè)開發(fā)有限公司）