青島前灣港飽和吹填土真空預壓法工程實例分析

1.劉曉彬 2.許傳坤

1.青島科建工程檢測鑒定加固有限公司 2.濟南鐵路局青島供電段

青島前灣港飽和吹填土真空預壓法工程實例分析

1.劉曉彬 2.許傳坤

1.青島科建工程檢測鑒定加固有限公司 2.濟南鐵路局青島供電段

吹填土具有強度低，承載力小，靈敏度高，壓縮性高，滲透性小等特點，采用真空預壓法可使吹填土地基產生排水固結，提高地基承載力，減小沉降量。本文通過總結已有的固結變形計算方法，利用太沙基的一維線彈性固結理論，采用CSRG程序計算固結度和最終沉降量，與實測值基本一致，為吹填土地基沉降量預測和施工過程控制提供了依據。

吹填土；真空預壓法；固結度；CSRG程序

1 前言

吹填土成分以粘粒為主，有機質含量較高，具有強度很低，承載力很小，靈敏度很高，壓縮性很高，沉降量很大，滲透性小，沉降速度慢等特點，不能直接用于工程建設，需要進行地基處理。

真空預壓法是在軟黏土地基中設置排水通道，上面形成一不透氣層，進行長時間不斷抽氣抽水，在地基中形成負壓區，而使軟黏土地基產生排水固結，達到提高地基承載力，減小沉降量。日本的小林正樹用有限元方法求解二維問題的最終效果[1]。在國內，婁炎(1988)根據工程實踐的孔壓和真空度等實測資料，對負壓條件下軟土地基的孔隙水壓力的形成、負壓與砂井內真空度及土中真空度的關系、負壓與地基加固特征、負壓對地基變形的影響等問題進行了分析[2]。固結理論研究方面，太沙基的一維線彈性固結理論雖然不能全面考慮土體固結特性，但因其模型簡單，參數易確定，因而被廣泛應用。Biot飽水彈性三維固結理論反映了孔壓消散與士體骨架變形之間的關系，可求解孔壓和位移，但其參數復雜，難以確定，很少應用于工程實踐。

本文根據青島前灣港吹填土真空預壓法工程實例，在總結關于真空預壓處理軟土地基理論的研究基礎上，根據太沙基一維固結理論和CSRG程序計算軟土固結度，能很好預測工后沉降及固結度，為大面積工程應用提供借鑒。

2 工程概況

場地位于青島前灣港南側，場地吹填了約13.4m厚的淤泥、淤泥質土，吹填時間約3年。吹填土的含水量高達97%；包括吹填土在內，場地表層覆蓋有約20m厚的軟土。自上而下依次為：吹填土、淤泥質粉質粘土、粉質粘土組成，下伏基巖為流紋斑巖。場地要求地基固結度≥85%；連續5～10天的實測平均沉降速率不大于2mm/d；十字板剪切強度處理深度均值不小于10kPa。進行表層沉降監測、孔隙水壓力監測、分層沉降監測、水位觀測、深層位移監測，評價加固效果。

3 真空預壓法固結計算分析

3.1 計算原理

CSRG程序計算固結度依據太沙基一維固結理論，通過BASIC語言編制，計算沉降量采用分層總和法，求得加固區中心點和肩點的沉降量。天然地基設砂墊層時基底面為排水面，不考慮井阻和豎向排水影響。

對于塑料排水板加固的地基，采用太沙基固結方程：

①不考慮塑料排水板作用的單向固結線性加載時的固結度按式(1)計算

T工后沉降按式(2)計算

式中：ti為路堤分級數(不包括路面和超載)，T為大修期時間(一般取15年計算)， 為第i級加載的最終沉降量。

②考慮砂井(塑料排水板)作用的線性加載時的固結度改按式(3)計算

這里ti'和Ti同前，泊松比v近似取0.4，kh為水平向滲透系數，計算時取豎向滲透系數。

3.2 計算過程及結果分析

3.2.1 土的物理力學性質指標確定

根據場地巖土勘察報告，軟基加固區各土層的物理力學指標見表1所示。

3.2.2 步驟設計

計算方法采用分層總和法，根據CSRG程序，有關參數和工況參數選擇如下：

①地基天然分層數：根據各區具體工程地質狀況選取；

表1 各土層的物理力學指標

②確實壓縮層埋深方法；

③工后沉降計算時間個數：對本工程，選22個時間個數，實際加固時間作為沉降計算時間，15年后作為最終沉降量計算時間；④荷載分級數：按各區實際加荷過程選取。3.2.3 計算結果

根據表1參數，由CSRG程序得到計算固結度和計算最終沉降量，實測沉降量與計算最終沉降量之比即為實際固結度。截止120天預壓期，各沉降板(試驗區12個)觀測沉降量的平均值為1286mm，各預壓期實測沉降量與CSRG程序計算沉降量的對比關系如圖1所示，加載初期有所差異，預壓中后期，沉降量發展基本一致。由此，計算最終沉降量為1458mm，固結度計算值為88.2%。

真空預壓120d后，現場十字板剪切試驗測得抗剪強度22kPa，土體含水率23.7%～41.5%之間，壓縮模量3.24～5.26MPa，較之前的含水率34.9～96.8%、壓縮模量0.79～4.93MPa，土體強度有了較大提高。

4 結論

通過青島前灣港吹填土地基加固的應用實踐，利用真空預壓法加固，吹填土土體強度得到較大提高，現已成熟應用于大面積吹填土地基處理。依據太沙基的一維線彈性固結理論，采用CSRG程序計算固結度和最終沉降量，與實測值基本一致。應用CSRG程序計算真空預壓吹填土地基沉降量，為吹填土地基沉降量預測和施工過程控制提供了依據。

[1]小林正樹，土田孝，錦海灣真空壓密工法現場實驗，港灣技術資料，No 476.1984.

[2]婁炎，真空排水預壓法加固軟土技術[M]，北京：人民交通出版社，2002.

[3]施建勇， 雷國輝， 艾英缽等. 關于真空預壓沉降計算的研究[J]. 巖土力學， 2006，27(3)：365-368.

[4]陳振平. 淺談真空預壓沉降監測方法及固結度計算[J]. 中國水運，2012， 12(7)：253-254.