增壓防淤堵真空預壓法在某道路工程中應用研究

何超亮

(福建省建筑科學研究院 福建省綠色建筑技術重點實驗室 福建福州 350025)

增壓防淤堵真空預壓法在某道路工程中應用研究

何超亮

(福建省建筑科學研究院 福建省綠色建筑技術重點實驗室 福建福州 350025)

通過表層沉降監測、平板載荷試驗、室內土工試驗和十字板剪切試驗等多種手段，對采用“增壓防淤堵真空預壓法”的某道路工程試驗段軟基處理效果進行綜合分析。分析結果表明：軟基處理后，排水板插設深度范圍內地基土物理力學性質均有明顯改善，但真空預壓效果隨孔深增加逐漸減弱。真空預壓時，增壓管能有效改善增壓管長度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學性質。

軟基處理；增壓防淤堵真空預壓法；效果分析

1 工程概況

某道路工程位于福建省濱海區，地貌單位主要為近海相沖、淤積平原地貌。全長約2000m，紅線寬度為40m，雙向4車道，屬于城市主干道。勘察資料顯示，道路工程下覆深厚淤泥層，且淤泥含水率高、強度低、滲透性差，軟基處理的難度及造價均較大。綜合考慮工程項目經濟成本和時間效益，大面積軟基處理前選取試驗段采用“增壓防淤堵真空預壓法”進行加固，并測試軟基處理效果，評價該方法在該道路工程中的適用性，為軟基處理設計和后續大面積施工積累經驗，同時，為類似軟基處理工程提供指導。

試驗段道路長約210m，勘察資料顯示，試驗區域巖土層從上到下依次為：

(1)素填土：灰、灰黃等色，松散-稍密，很濕，主要由坡殘積砂質黏性土、碎塊石組成，硬質含量小于10%，填土年限小于3年，填土時未經專門分層壓實處理。厚約1.50m～2.30m。

(2)淤泥：深灰、灰黑色，飽和，流塑，含有少量腐殖質、有機質，具有少許腐臭味，局部夾薄層中砂。切面較光滑，黏性一般，干強度一般，韌性一般，搖振反應慢，在局部地段其孔隙比較小，相變為淤泥質土。厚約12.70m～13.50m。

(3)卵石：灰色，以中密狀態為主，飽和，卵石成分為中風化火成巖，呈圓-亞圓狀，骨架顆粒間由泥質與礫砂充填，膠結程度一般，均勻性中等，級配一般。未揭穿，揭露厚度2.50m～4.00m。

2 軟基處理方法

“增壓防淤堵真空預壓法”是在常規真空預壓基礎上增加一種增壓裝置，采用防淤堵排水板，并在防淤堵排水板間設置增壓管。通過加大土體中心和排水板的壓力差，從而起到快速有效排水的效果，達到軟基處理的目的[1-4]。與常規真空預壓法相比，它結合了“無砂墊層手型接頭直通技術”“防淤堵技術”和“增壓技術”，能在有限工期內大幅提高土體強度[5-6]。

其主要工序為：平整場地→鋪設土工織物→填素土→施工放樣定位→排水板施工→增壓管施工→真空系統安裝→增壓系統安裝→密封墻、密封溝施工→覆蓋密封膜→抽真空不低于80kPa→真空恒載→增壓系統間歇式增壓→真空固結→停泵終止抽氣→檢測→提交場地。

試驗段采用“增壓防淤堵真空預壓法”進行加固，排水板采用100mm×4mm防淤堵排水板，插設深度為15.0m，按正方形布置，間距為0.8m。在防淤堵排水板構成的正方形中心插設垂直增壓管，插設深度為4.0m。

3 軟基處理效果分析

為詳細了解試驗段軟基處理前后地基處理效果，在軟基處理前布置1個平板載荷試驗點、1個鉆探取樣孔和1個十字板剪切試驗點。在軟基處理后布置3個平板載荷試驗點、3個鉆探取樣孔和3個十字板剪切試驗點，并在試驗區布置4個表層沉降監測點，各試驗點和監測點平面分布如圖1所示。本文主要通過表層沉降監測、平板載荷試驗、室內土工試驗和十字板剪切試驗等多種手段，對試驗段軟基處理效果進行綜合分析評價。

圖1 各試驗點和監測點平面分布圖

3.1 表層沉降監測

試驗區共布置4個表層沉降監測點，開始進行真空預壓后，每2d觀測1次，至真空度達到80kPa。且地表沉降速率小于10mm/d之后，監測頻率可調整為3d～7d觀測1次，直至地表沉降速率連續5d不大于2.5mm/d，推算固結度達到90%，方可卸載。

表層沉降監測結果表明，真空卸載時，試驗區平均沉降量為1.253m(包含排水板插設期間沉降)。根據表層沉降實測變形量與時間的關系曲線，采用三點法推算最終沉降量，進而計算土體固結度。計算結果表明，真空卸載時，土體的平均固結度為91.6%，大于設計要求固結度90%。真空卸載前8d，各監測點地表沉降速率最大值為2.3mm/d，最小值為1.0mm/d，平均值為1.7mm/d，滿足設計要求地表沉降速率連續5d不大于2.5mm/d。根據真空預壓期間各監測點地表沉降速率得到地表平均沉降速率曲線，如圖2所示。

圖2 地表平均沉降速率曲線圖

3.2 平板載荷試驗

平板載荷試驗主要測定試驗段地基土處理前、后的地基承載力。試驗所用承壓板尺寸為1m×1m，面積為1m2。試驗加荷方式為慢速維持荷載法，分8級加載，每級荷載增量均為30kN，最大荷載加至240kN。

平板載荷試驗結果表明，軟基處理前，PB1試驗點表層素填土的地基承載力特征值為75kPa。軟基處理后，PB2、PB3和PB4試驗點表層素填土的地基承載力特征值均為不小于120kPa。試驗荷載-沉降(Q-s)曲線如圖3所示。

圖3 平板載荷試驗Q-s曲線圖

3.3 室內土工試驗

為了解軟基處理前、后地基土物理力學性質的變化，在軟基處理前、后分別鉆孔取土進行室內土工試驗。試驗結果統計表明，軟基處理后，在排水板插設深度15.0m范圍內素填土和淤泥的物理力學性質均有明顯改善。其中，土體的含水率、孔隙比均明顯降低，濕密度、壓縮模量、黏聚力和內摩擦角(直剪快剪)均有明顯增大。軟基處理前、后土層主要物理力學指標統計如表1所示。

室內土工試驗結果表明，軟基處理后，淤泥層物理力學性質隨孔深增加逐漸降低，說明真空預壓效果隨孔深增加逐漸減弱。同時，淤泥層在4.0m～7.0m范圍內物理力學性質改善程度明顯大于7.0m～15.0m范圍，說明淤泥的強度增長在增壓管影響范圍以內區域(包括增壓管長度范圍及其底部以下約3m)明顯大于增壓管影響范圍以外區域。真空預壓時，增壓管能有效改善增壓管長度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學性質。

表1 軟基處理前、后土層主要物理力學指標統計表

3.4 十字板剪切試驗

為了確定軟基處理后軟土地基的強度增長規律，在軟基處理前、后分別布置十字板剪切試驗點，測定淤泥的不排水抗剪強度。試驗結果表明，軟基處理前，淤泥的原狀土不排水抗剪強度為10.8kPa，靈敏度為2.5，屬中等靈敏土。軟基處理后，淤泥的原狀土不排水抗剪強度增長明顯，為22.7kPa，增幅達110.2%。軟基處理前、后原狀土不排水抗剪強度對比曲線如圖4所示，軟基處理后原狀土不排水抗剪平均強度增幅曲線如圖5所示。

圖4 不排水抗剪強度對比曲線圖

十字板剪切試驗結果表明，軟基處理后，在排水板插設深度15.0m范圍內淤泥層不排水抗剪強度均明顯增大。但平均強度增幅隨孔深增加逐漸變小，在4.0m～7.0m范圍內，增幅最大，為157.5%～214.5%，超過7.0m增幅急劇降低，說明淤泥的強度增長在增壓管影響范圍以內區域(包括增壓管長度范圍及其底部以下約3m)明顯大于增壓管影響范圍以外區域。真空預壓時，增壓管能有效改善增壓管長度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學性質。此外，軟基處理后，淤泥層原狀土不排水抗剪強度隨孔深增加逐漸降低，說明真空預壓效果隨孔深增加逐漸減弱。

圖5 不排水抗剪平均強度增幅曲線圖

4 結論

(1)軟基處理后，排水板插設深度15.0m范圍內地基土物理力學性質均有明顯改善，但真空預壓效果隨孔深增加逐漸減弱。

(2)淤泥的強度增長在增壓管影響范圍以內區域(包括增壓管長度范圍及其底部以下約3m)明顯大于增壓管影響范圍以外區域。真空預壓時，增壓管能有效改善增壓管長度范圍及其底部以下約3m范圍土體物理力學性質。

(3)通過表層沉降監測、平板載荷試驗、室內土工試驗和十字板剪切試驗，綜合分析表明，試驗段采用“增壓防淤堵真空預壓法”加固處理效果顯著，該方法在本道路工程中的應用是適宜的，可為類似軟基處理工程提供指導。

(4)因該道路工程下覆淤泥層厚度差異較大，建議在后續軟基處理設計或施工時，應視淤泥層厚度情況適當調整相關參數，必要時盡量加大增壓管長度。

[1] 金亞偉，金亞軍，蔣君南，等. 增壓式真空預壓固結處理軟土地基/尾礦渣/湖泊淤泥裝置[Z].2006.

[2] 沈宇鵬，馮瑞玲，鐘順元，等.增壓式真空預壓在鐵路站場地基處理的優化設計研究[J].鐵道學報，2012,34(4):88-93.

[3] 沈宇鵬，余江，劉輝，等.增壓式真空預壓處理站場軟基效果試驗研究[J].鐵道學報，2011,33(5):97-103.

[4] 余江.增壓式真空預壓處理廣珠鐵路珠海西站軟基效果分析[J].路基工程，2011,158(5):166-168,171.

[5] 范開翼，郭志鵬.增壓式真空預壓在連云港軟土地基中的應用[J].中國水運，2015,15(7):292-294,297.

[6] 辛杰.增壓防堵真空預壓法在鐵路站場軟基工程中的應用[J].鐵道建筑，2013(5):126-128.

Study on the Application of Vacuum Preloading Method Based on Pressurization and Anti-silting in a Road Project

HEChaoliang

(Fujian Academy of Building Research, Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology,Fuzhou 350025)

The effect of the soft foundation treatment in the test section of a road project of "vacuum preloading method based on pressurization and anti-silting" was investigated by the various means, such as surface subsidence monitoring, plate loading test, laboratory soil test and vane shear test. Analysis results showed that the physical and mechanical properties of the foundation soil in the depth range of the drainage plate were improved obviously, but the effect of vacuum preloading decreased with the increasing of hole depth after the soft foundation treatment; the physical and mechanical properties of the soil in the length of the pressurized pipe and the 3m range below the bottom was improved effectively by the pressurized pipe when the vacuum preloading.

Soft foundation treatment; Vacuum preloading method based on pressurization and anti-silting; Effectiveness analysis

何超亮(1986.8- ),男，工程師。

E-mail:307204804@qq.com

2017-05-05

TU4

A

1004-6135(2017)09-0062-04