真空預(yù)壓在大面積場(chǎng)地形成中的加固效果分析

孫 德 銘

(1.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092； 2.中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610000)

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真空預(yù)壓在大面積場(chǎng)地形成中的加固效果分析

孫 德 銘1，2

(1.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092； 2.中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610000)

介紹了上海迪士尼場(chǎng)地形成工程中采用的真空預(yù)壓地基處理方法，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別從地表沉降、孔隙水壓力、分層沉降等方面，對(duì)真空預(yù)壓地基處理加固效果進(jìn)行系統(tǒng)分析，在此基礎(chǔ)上，得出了一些有意義的結(jié)論，為類(lèi)似大面積場(chǎng)地形成工程提供借鑒和參考，更好的指導(dǎo)真空預(yù)壓地基處理設(shè)計(jì)工作。

真空預(yù)壓,大面積場(chǎng)地,加固效果

1 工程概況

目前，真空預(yù)壓法在上海地區(qū)應(yīng)用較少，僅在上海浦東機(jī)場(chǎng)第二跑道進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，在迪士尼場(chǎng)地形成工程的大面積應(yīng)用屬上海地區(qū)首次。

上海迪士尼場(chǎng)地形成工程位于上海浦東川沙黃樓鎮(zhèn)，度假區(qū)項(xiàng)目及配套設(shè)施規(guī)劃區(qū)面積約7 km2，度假區(qū)核心區(qū)項(xiàng)目面積約3.9 km2，需進(jìn)行處理的地基面積約2.2 km2。整個(gè)項(xiàng)目由多個(gè)主題樂(lè)園組成，輔之配套的交通設(shè)施、體育休閑設(shè)施、管理服務(wù)設(shè)施、園區(qū)后勤設(shè)施等。

本場(chǎng)地地層為第四紀(jì)全新世至上更新世沉積土層，地貌單元類(lèi)型為長(zhǎng)江三角洲濱海平原型，按沉積年代、成因類(lèi)型及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的不同，自上而下分為7 個(gè)主要層次。地層主要由粘性土、粉性土及砂土組成，其中③層和④層為淤泥質(zhì)土，含水量高，滲透性差，壓縮性高，強(qiáng)度低，且層厚較厚，是軟土地區(qū)典型的軟弱土層，完成固結(jié)需要的時(shí)間長(zhǎng)，是未來(lái)場(chǎng)地上作用大面積填土荷載和使用荷載后產(chǎn)生較大沉降的主要土層，也是場(chǎng)地形成工作中進(jìn)行地基處理的主要對(duì)象。

2 地基處理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)各分區(qū)的不同使用功能，場(chǎng)地處理區(qū)分為高等級(jí)、中等級(jí)(Ⅰ-Ⅱ)和低等級(jí)處理區(qū)，施工區(qū)塊共計(jì)44個(gè)。其中高、中等級(jí)處理區(qū)均采用真空預(yù)壓地基處理，低等級(jí)處理區(qū)采用分層碾壓法處理。真空預(yù)壓處理區(qū)的真空度不小于80 kPa；密封墻為摻入0.8%膨潤(rùn)土的雙軸水泥粘土攪拌樁，搭接距離為20 cm，直徑為70 cm，樁長(zhǎng)為10 m；排水設(shè)計(jì)采用SPB-C型塑料排水板，板寬為10 cm，排水板間距為1.1 m～1.4 m，插打深度為14.5 m～24.0 m；真空預(yù)壓施工周期為12 個(gè)月，目標(biāo)沉降值為300 mm～900 mm。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容根據(jù)預(yù)壓法地基處理的特點(diǎn)，在預(yù)壓區(qū)內(nèi)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)內(nèi)容為地表沉降、分層沉降及孔隙水壓力。各處理區(qū)塊內(nèi)均勻分布有地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)、分層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3 加固效果分析

為了進(jìn)行加固效果分析，參考施工前后勘察報(bào)告及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取14號(hào)地塊監(jiān)測(cè)結(jié)果分析高等級(jí)處理區(qū)的加固效果，選取34號(hào)地塊監(jiān)測(cè)結(jié)果分析中等級(jí)(Ⅰ)處理區(qū)的加固效果。加固效果分別從地表沉降、孔隙水壓力、分層沉降等方面展開(kāi)。

3.1 地表沉降

地表沉降的變化規(guī)律可以有效地控制施工進(jìn)度和安排后期施工。地表沉降可以直接檢驗(yàn)理論研究結(jié)果，也可以直接反映加固效果，是軟基處理效果分析的基礎(chǔ)。

14號(hào)地塊的真空預(yù)壓施工周期91 d，沉降值初始測(cè)試于2011年4月22日，截至測(cè)試于2011年7月25日。截至7月19日，共計(jì)28個(gè)地表沉降點(diǎn)的沉降值達(dá)到目標(biāo)沉降值，占總沉降點(diǎn)數(shù)(30個(gè))的93%，其中平均沉降量為724 mm，最大沉降量為848 mm，最小沉降量為616 mm，截至7月22日停泵，場(chǎng)地內(nèi)平均沉降量為725 mm，最大沉降量為849 mm，最小沉降量為618 mm。地表累計(jì)沉降歷時(shí)曲線(xiàn)、地表沉降最值和均值曲線(xiàn)、地表沉降速率曲線(xiàn)見(jiàn)圖1，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。

34號(hào)地塊的真空預(yù)壓施工周期為51 d，沉降值初始測(cè)試于2011年5月9日，截至測(cè)試于2011年6月29日。截至6月16日，共計(jì)17個(gè)地表沉降點(diǎn)的沉降值達(dá)到目標(biāo)沉降值，占總沉降點(diǎn)數(shù)(20個(gè))的85%，其中平均沉降量為580 mm，最大沉降量為641 mm，最小沉降量為523 mm，截至6月23日停泵，場(chǎng)地內(nèi)平均沉降量為620.9 mm，最大沉降量為674 mm，最小沉降量為550 mm。地表累計(jì)沉降歷時(shí)曲線(xiàn)、地表沉降最值和均值曲線(xiàn)、地表沉降速率曲線(xiàn)見(jiàn)圖3，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖4。

從各地塊真空預(yù)壓的地表沉降觀(guān)測(cè)資料和沉降曲線(xiàn)可知，固結(jié)沉降與真空加壓關(guān)系密切，沉降量在初期階段完成較快，抽真空初期的5 d～7 d地表沉降速率最大，隨著真空度的上升和穩(wěn)定，地表沉降速率逐漸減小，并緩慢收斂于平均速率，中后期完成較慢。抽真空期間，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域在真空預(yù)壓初期土體的固結(jié)過(guò)程相對(duì)較慢，是由于受到該區(qū)域真空膜破損以及停電等因素的影響，說(shuō)明保持場(chǎng)區(qū)真空度的穩(wěn)定是真空預(yù)壓工藝成功應(yīng)用的關(guān)鍵，所以在真空預(yù)壓過(guò)程中需避免真空膜漏氣和停電等狀況出現(xiàn)。

3.2 孔隙水壓力

孔隙水壓力觀(guān)測(cè)可以了解地基土體的固結(jié)狀態(tài)，孔隙水壓力觀(guān)測(cè)的實(shí)測(cè)結(jié)果可以判斷土體的固結(jié)度，但是由于真空預(yù)壓加固地基的地下水位變化、曼德?tīng)栃?yīng)以及測(cè)量孔容易串氣等因素的影響，孔隙水壓力數(shù)據(jù)的規(guī)律往往并不明顯，因此孔隙水壓力數(shù)據(jù)的分析一般被作為判斷加固效果的輔助手段。

14號(hào)地塊孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)8組，孔隙水壓力計(jì)的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15 m，18 m，21 m，24 m，28 m，32 m，以監(jiān)測(cè)點(diǎn)1為代表進(jìn)行分析，孔隙水壓力變化歷時(shí)曲線(xiàn)、孔隙水壓力變化速率曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。

34號(hào)地塊孔壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)6組，孔隙水壓力計(jì)的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15.5 m，18.5 m，22 m，26 m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2孔隙水壓力變化歷時(shí)曲線(xiàn)、孔隙水壓力變化速率曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。

根據(jù)圖5，圖6中的孔隙水壓力曲線(xiàn)分析，真空預(yù)壓開(kāi)泵后，負(fù)孔壓明顯增加，且隨著時(shí)間的發(fā)展增加速度逐漸減小。7 d后14號(hào)地塊負(fù)孔壓增長(zhǎng)速率明顯降低并趨于穩(wěn)定，土體的負(fù)孔隙水壓力在10 m以上范圍內(nèi)與真空壓力基本接近；10 d后34號(hào)地塊負(fù)孔壓增長(zhǎng)速率明顯降低并趨于穩(wěn)定，土體的負(fù)孔隙水壓力在12.5 m以上范圍內(nèi)與真空壓力基本接近。兩個(gè)地塊的結(jié)果說(shuō)明真空度在密封墻深度范圍內(nèi)能較好的傳遞，真空預(yù)壓效果明顯。同時(shí)可以說(shuō)明孔壓變化與真空度關(guān)系密切，深度在12.5 m以?xún)?nèi)土體孔壓變化規(guī)律一致，當(dāng)深度超過(guò)12.5 m時(shí)孔壓變化量明顯降低，當(dāng)深度超過(guò)26 m時(shí)孔壓基本無(wú)變化，加壓影響隨深度逐漸減少。預(yù)壓過(guò)程中停電以及密封膜破損對(duì)孔壓影響明顯，8 m以上孔隙水壓力明顯反彈，對(duì)真空預(yù)壓造成了明顯影響，應(yīng)當(dāng)竭力避免。

孔壓隨深度的變化規(guī)律與分層沉降變化規(guī)律相似，所不同的是孔壓的衰減與密封墻深度有直接關(guān)系，一般在密封墻樁端以上衰減較弱，表明密封墻樁端以上能夠保持真空度基本不衰減，該范圍真空度較好，真空預(yù)壓效果明顯，上層土體孔壓變化規(guī)律一致，且變化曲線(xiàn)基本吻合。密封墻樁端以下，孔壓出現(xiàn)明顯衰減，加壓影響隨深度逐漸減小。

3.3 分層沉降

14號(hào)地塊分層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)16組，分層沉降磁環(huán)的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15 m，18 m，21 m，24 m，28 m，32 m，孔1分層沉降變化歷時(shí)曲線(xiàn)、沿深度變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖7。

34號(hào)地塊分層沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)10組，分層沉降磁環(huán)的豎向布置深度分別為砂墊層頂部以下：2 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12.5 m，15.5 m，18.5 m，22 m，26 m，孔2分層沉降變化歷時(shí)曲線(xiàn)、沿深度變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖8。

根據(jù)圖7，圖8的分層沉降曲線(xiàn)分析，2 m，4 m處的沉降變化規(guī)律與地表沉降基本相似，分層沉降曲線(xiàn)的形態(tài)在不同深度處基本相似，沉降速率有所不同。兩個(gè)地塊的真空預(yù)壓均在12.5 m深度范圍內(nèi)影響較大，12.5 m深度以下范圍影響較小，其中14號(hào)地塊在32 m深度處影響達(dá)到最小，34號(hào)地塊在26 m深度處影響達(dá)到最小。通過(guò)分析，在真空預(yù)壓施工中最底部土體沉降很小的影響因素有真空度的傳遞效果、排水板的深度和底部土層特性等方面。在預(yù)壓過(guò)程中部分磁環(huán)出現(xiàn)了失效、下滑、卡住等現(xiàn)象，說(shuō)明磁環(huán)質(zhì)量、埋設(shè)方法還需進(jìn)一步提高。

分層沉降隨時(shí)間的變化規(guī)律與地表沉降類(lèi)似。從分層壓縮量統(tǒng)計(jì)來(lái)看，主要的壓縮層為③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和④淤泥質(zhì)粘土層，兩者壓縮量之和達(dá)到總壓縮量的80%以上。分層沉降隨深度的變化與荷載、排水板深度有關(guān)。分層沉降影響深度基本達(dá)到排水板底部。

4 結(jié)語(yǔ)

從目前工程進(jìn)展情況來(lái)看，真空預(yù)壓法在迪士尼工程上的應(yīng)用比較成功。鑒于真空預(yù)壓法在迪士尼工程的成功應(yīng)用，上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)第五跑道和中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司總裝制造中心浦東基地等項(xiàng)目也決定采用真空預(yù)壓法進(jìn)行地基處理，如此多的大型項(xiàng)目采用真空預(yù)壓法進(jìn)行地基處理，對(duì)真空預(yù)壓法的研究迫在眉睫。真空預(yù)壓法的研究，不僅可以填補(bǔ)上海地區(qū)在真空預(yù)壓法研究方面的空白，使真空預(yù)壓法這種先進(jìn)的地基處理方法在上海地區(qū)獲得廣泛的應(yīng)用，而且對(duì)今后超大面積深厚軟土地基場(chǎng)地形成工程有重要的指導(dǎo)意義。

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Analysis of reinforcement effect of vacuum preloading in the formation of large area

Sun Deming1,2

(1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 2.ChinaSouthwestGeotechnicalInvestigation&DesignInstituteCo.,Ltd,Chengdu610000,China)

The paper introduces the foundation treatment method of vacuum preloading for site formation of Shanghai Disney land. According to the practical project datum, the effect of vacuum preloading foundation treatment is systemically analyzed from the results of ground settlement, pore water pressure, layered settlement. On the basis of this, some meaningful conclusions are drawn, which can provide

for other similar projects and can better guide the design of vacuum preloading foundation treatment.

vacuum preloading, large-area site, reinforcement effect

1009-6825(2016)11-0061-03

2016-01-21

孫德銘(1984- )，男，在讀工程碩士，工程師

TU472

A