直排式真空預壓法加固黃驊港吹填軟土地基效果

周文皎　劉　健　夏柏如

（1.中國地質大學（北京）工程技術學院，北京　100083；2.中交公路規劃設計院，北京　100083）

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直排式真空預壓法加固黃驊港吹填軟土地基效果

周文皎1劉健2夏柏如1

（1.中國地質大學（北京）工程技術學院，北京100083；2.中交公路規劃設計院，北京100083）

摘要：以河北黃驊港某軟基工程為例，闡述了直排式真空預壓法進行軟基處理的方案，并結合監測數據及檢測成果，對直排式真空預壓法處理吹填軟土的特性進行了分析，為該地區類似工程提供了借鑒。

關鍵詞：直排式真空預壓法，軟基處理，排水砂墊層，吹填土

直排式真空預壓是一種省時省力的有效方法。通過對傳統真空預壓法中排水方式和真空傳遞技術的優化，提高了真空壓力傳遞效率，達到了縮短地基處理周期和降低工程造價的良好效果。此方法近年來被越來越多的用于港口、高速公路、機場跑道、電廠廠區等建設方面，取得了良好的經濟效益以及社會效益。

本文依托河北省黃驊港某地基處理工程，開展直排式真空預壓的現場試驗研究，通過對現場監測取得的地表沉降、孔隙水壓力等數據進行分析和比較，對地基的加固效果進行評價。

1　工程地質概況

擬建工程位于河北省黃驊港港區，場區經圍海造地吹填形成，總面積112 551. 0 m2。場地原始地貌為濱海灘涂。地勢較低，經人工吹填土抬高。根據鉆探資料，場地主要地層為表層吹填土層和上部第四系全新統海相沉積層，各土層自上而下分述如下：①粉質粘土：灰褐色、灰黃色，平均層厚0. 35 m。②1淤泥質粉質粘土：灰色，流塑，夾粉土薄層，平均層厚3. 21 m。②2淤泥質粘土：灰色，流塑，夾粉土薄層，平均層厚5. 72 m。②3粉土：灰褐色，稍密，平均層厚0. 99 m。②4淤泥質粘土：灰褐色，軟塑～流塑，平均層厚5. 29 m。②5淤泥質粘土夾粉質粘土：灰褐色，可塑，夾粉土薄層，平均層厚1. 02 m。③1粉土/粉砂：褐黃色，中密，飽和，平均層厚1. 94 m。③2粉質粘土：黃褐色，可塑，局部有銹斑，平均層厚1. 68 m。③3粉土/粉砂：褐黃色，中密，該層未揭穿。

本次地基處理的主要地層為表層吹填土層和上部第四系全新統海相沉積層。

2　直排式真空預壓法

常規真空預壓中真空壓力傳遞路徑是：真空裝置→主管→濾管→砂墊層→排水板→加固土體。真空壓力在傳遞過程中受砂墊層、濾管、濾膜的阻尼作用，能量損失較大。為了減少真空壓力的沿程損失，直排式真空預壓法對真空壓力的傳遞路徑進行了調整：真空裝置→主管→支管→連接軟管→排水板→加固土體。其關鍵環節是消除了真空壓力傳遞過程中水平砂墊層、濾管和濾膜對真空能量的損耗，提高了真空壓力的作用能效，從而縮短了加固時間，提高了加固效果。

3　地基處理

3.1地基處理技術要求

經地基處理后，預期將達到的標準是：1）地基表層承載力：≥80 kPa；2）容許工后沉降：≤30 cm；3）交工處理后地面交工標高：+5. 5 m。

3.2設計方案

本次地基處理方法采用直排式真空預壓法，場地內采用B型塑料排水板作為豎向排水通道，正方形布置，間距1. 0 m，排水板設計深度-16. 2 m。水平排水系統采用主管、支管和連接軟管，通過特制連接器與排水板頭密閉相連。預壓期間，射流泵開泵率為100%，膜下真空度不得小于85 kPa，抽真空時間約為80 d，具體抽真空時間可根據檢測結果作適當調整。通過監測達到設計卸載要求后方可停泵卸載。卸載標準：1）真空滿載不少于90 d；2）根據實測沉降曲線推算地基土預壓荷載下固結度不小于85%；3）最后10 d沉降速率小于2 mm/d。

3.3檢測儀器的布置

為了研究直排式真空預壓法加固軟土地基的機理，檢驗地基加固效果，及時掌握加固過程中地基土固結、地基沉降變形等情況，更好地指導施工，在地基中埋設了檢測儀器，用以監測地表沉降、孔隙水壓力等。整個預壓過程連續觀測，并在預壓前后對加固土體進行十字板剪切試驗和靜載荷試驗。

4　監測結果及分析

4.1地表沉降

本場地內共埋設了24個沉降桿用于地表沉降的監測。其中，打板期間累積沉降量為52. 6 cm。預壓期地表沉降觀測截止到真空卸載日期，各沉降桿沉降量統計見表1，圖1。

表1　真空預壓期間沉降量及沉降速率統計表

由觀測結果可知，在抽真空初期曲線較陡，沉降速率較快；隨著抽真空時間的發展，沉降曲線趨于緩和，沉降速率變小。說明土體主固結變化速率是一個漸變收斂的過程，到卸載前為止，各條曲線趨于水平，沉降趨于穩定。現場測得的地表沉降最大值達到83. 0 cm；最小值58. 2 cm，平均沉降量達到70. 6 cm。在真空預壓期間，場地內中心位置附近的觀測點沉降量較大，而位于周圍的沉降量相對較小。這說明直排式真空預壓法對場地的沉降量由中部向四周遞減，呈“凹”字形。

圖1　真空預壓期間地表累積沉降量與時間變化圖

4.2孔隙水壓力

在加固區中心和邊緣處分別埋設1組孔隙水壓力，每組6個測頭，分別在距離回填土表面3.0 m，5.5 m，8.0 m，10.5 m，13.0 m，15. 5 m位置處。根據不同深度孔壓P隨時間變化曲線的實測資料，可以了解地基土體固結狀態和研究土體固結機理。

圖2　孔隙水壓力—時間變化曲線

由圖2可知：在抽真空初期，真空度對孔隙水壓力的影響很大，加固區各點的孔隙水壓力值均有不同程度的降低。在真空預壓階段，孔壓不同深度的6個測點隨時間的延續呈下降的趨勢，地面以下11 m范圍內各探頭的孔壓值下降較快，11 m以下的孔壓值下降較慢。說明真空壓力隨豎向排水體向地基土深處傳遞良好，加固效果顯著。在真空預壓中期，由于發生停電、漏氣補膜等因素的影響，造成孔壓波動式升高，而且土中孔隙水壓力消散明顯。

4.3固結度和殘余沉降量計算

其中，S∞為最終沉降量；t1，t2和t3均為時間，應滿足t1- t2= t2- t3；S1，S2，S3分別為t1，t2和t3所對應的實測沉降量；Ut為t時刻的固結度，%；St為t時刻的沉降量；Sr為殘余沉降量。

按照上述公式，計算各區固結度，計算結果為：平均固結度為85. 5%，滿足設計要求不小于85%的固結度卸載標準，這說明地基土在設計荷載的作用下加固范圍內土的主固結沉降已大部分消

根據JTS 147—1—2010港口工程地基規范，采用實測沉降曲線采用“三點法”推算最終沉降量S∞、固結度及殘余沉降量，計算公式如下：除。但隨著時間的延續，由于土體的次固結和蠕變，地基土仍然會發生一定的沉降變形。

4.4加固效果試驗

直排式真空預壓法試驗前后分別在場地內同一位置進行十字板剪切試驗。比對試驗前后土體的物理力學指標變化情況，對真空預壓加固區進行效果檢驗。由于本區域地層中粉土夾層較多，加固后土體強度增加，十字板板頭無法下壓，導致深層無法進行十字板剪切試驗，改為標貫試驗。共布置十字板孔2個。加固前后十字板剪切強度變化曲線見圖3。

圖3　加固前后十字板剪切強度變化曲線

由圖3可知，土體十字板強度大致隨深度增加而增加。5. 5 m以上軟土加固后十字板剪切強度值由加固前的9. 6 kPa提高到37. 1 kPa，增長幅度4倍左右，可見，直排式真空預壓對場地地基處理加固效果顯著。

5　結語

1）采用直排式真空預壓法加固黃驊港吹填軟土地基方案是切實可行的。軟土的含水率、孔隙比、液塑性指數都有不同程度的降低，土層的抗剪強度明顯提高，增幅約4倍。承載力可初步滿足建設場地的設計要求。

2）采用直排式真空預壓法處理軟基不僅加快了軟基排水固結的速度，而且使軟基工后沉降等得到有效控制，場區內土體固結度均達到85%以上。

3）在真空壓力的作用下，加固區土體發生了向內側（真空預壓區）的水平位移，地表發生不同程度的變形和開裂。所以，當采用直排式真空預壓法時，需要對加固區周邊的道路、建筑、設備等進行實時監測，以防發生大幅度的傾斜以致工程災害的發生。

參考文獻：

［1］夏玉斌，陳允進.直排式真空預壓法加固軟土地基的試驗與研究［J］.工程地質學報，2010，18（3）：375-385.

［2］葛安定，李學艷.直排式真空預壓法在天津港地基處理工程中的應用［J］.港工技術，2012（2）：61-64.

［3］陳健，夏玉斌.直排式真空預壓法軟基加固的室內試驗研究［A］.第三屆全國工程安全與防護學術會議論文集［C］. 2012.

［4］夏玉斌，陳健，陳允進.直排式真空預壓軟基加固效果及經濟性分析［J］.水運工程，2011（9）：224-229.

On direct vacuum preloading method for consolidation of soft soil foundation by hydraulic filling at Huanghua Port

Zhou Wenjiao1Liu Jian2Xia Boru1
（1. Engineering Technical College，China University of Geology（Beijing），Beijing 100083，China；2. CCCC Road Planning and Design Institute，Beijing 100083，China）

Abstract：Taking some soft soil foundation treatment at Huanghua Port of Hebei as the example，the paper analyzes the features for the hydraulic filling with the direct vacuum p

reloading method，and illustrates its scheme for the soft soil foundation，so as to provide some reference for similar projects in the area.

Key words：direct vacuum preloading method，soft foundation treatment，drainage sand cushion，hydraulic filling

中圖分類號：TU447

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0077-02

收稿日期：2016-01-18

作者簡介：周文皎（1991-），男，在讀碩士；劉健（1982-），男，高級工程師；夏柏如（1957-），男，教授