真空預壓法在吹填土加固中的試驗特性分析

張友

摘 要：本文針對真空預壓法在吹填土加固中的變化過程開展試驗研究，對真空度、排水量、孔隙水壓力等隨時間變化特征進行連續監測。在本次試驗過程中，真空度基本保持在90以上，經過500個小時的抽真空作用，土樣試品的含水率由最初的187.1%逐漸降低至47.5%左右。試驗結果表明，在處理高含水率吹填土時，土中孔隙水壓力發展規律呈現出三個明顯的階段特征。

關鍵詞：吹填土 真空預壓 加固 試驗特性

1.引言

由于沿海區域經濟的快速發展，人口數量的增長，城市陸地資源緊缺的問題越發凸顯，填海造陸為解決人地矛盾的問題提供了一種方法。由于吹填土具有含水率高、透水性差、強度低等特點，因此，吹填土需經過加固后方能用于工程建設。真空預壓法由于具有加載速度快、施工周期短、加固過程無失穩現象等特點，被大量應用于吹填土、軟弱地基的加固工程之中。真空預壓法的基本原理如圖1所示，它是排水固結的一種方法，相比于堆載預壓方法，真空預壓法一方面無需進行堆載，采用大氣進行加載；另一方面，真空預壓過程中不會發生堆載預壓中可能出現的地基失穩現象，因此可以被廣泛的應用于初期承載力極低的淤泥質軟土加固工程中。

采用該方法加固這種高粘性吹填土時，由于豎向排水體與周圍土體的壓差，吹填土內細顆粒沿水力梯度方向遷移至豎向排水體周邊，形成滲透系數較低的致密層，導致距豎向排水體較遠的土體難以排水固結，從而導致加固效果不理想。因此，為分析真空預壓法加固高粘性吹填土的效果，本文開展相關試驗研究。

2.試驗簡介

目前，真空預壓法室內模擬試驗主要有小型和大型模型桶試驗及各種尺寸的模型箱試驗。隨著模型尺寸的增大，室內試驗對現場工程的模擬效果也會越好。而相比于大模型桶試驗及模型箱試驗，采用小型模型桶進行試驗具有耗泥量小、精細程度高、便于批量進行試驗、檢測方便、試驗周期短等優點。

本文主要對真空預壓法加固吹填淤泥的過程進行模擬，對試驗過程中的真空度、孔隙水壓力等指標進行了監測，對加固后的土體進行了含水率、強度及壓縮性檢測。首先對土樣進行洗鹽處理后以六偏磷酸鈉為分散劑進行試驗，根據相關公式計算處理后可以得到圖2所示的試驗所用吹填土的顆粒分布曲線。可以發現該吹填土樣的粒徑基本均小于0.075 mm，粘粒（d≤0.005 mm）含量較高，占比接近60%，其平均粒徑d50=0.0032 mm，限制粒徑d60= 0.0051 mm。

分別測量3組吹填淤泥的含水率、濕密度及比重，并結合相應的三相換算關系，可以獲得如表1所示的吹填淤泥的基本物理性質指標。

試樣平均含水率高達187.1%，飽和度為100%，可見該吹填淤泥屬于超高含水率飽和粘土，處于液態，基本無承載能力，吹填后無法直接通過堆載進行地基處理，更適宜采用真空預壓排水固結法進行地基加固。

3.試驗結果分析

3.1真空度隨時間變化關系

通過監測可以得知錐形瓶內、排水板上部及排水板下部真空度隨時間的變化規律，如圖3所示。從監測數據看來，在打開抽氣泵之后，錐形瓶內真空度迅速上升至97 kPa，然而隨著時間的推移，在隨后的2天內真空度有所回落，之后基本穩定在90 kPa以上。

通過在排水板上布置的2個真空探頭的數據可以得到膜下15 cm及30 cm處的真空度數值，對比瓶中真空度可以看出真空度在傳遞過程中有一定程度的削減，并且在啟動真空泵初期，排水板上部及下部的真空度達到最高，隨著瓶中真空度的回落，排水板上、下真空度也有一定程度的回落，并隨著抽氣的進行逐漸穩定在90 kPa及86 kPa。從最終穩定狀態下的真空度發展規律看來，從錐形瓶到排水板下部真空度約削減了6個單位。整個試驗系統的真空度保持在相對較高的水平，說明真空泵工作穩定且系統密閉性良好。

3.2孔隙水壓力隨時間變化關系

通過固定在鋼架上的孔壓計探頭可以觀測到試樣底端距排水板5 cm處的土中孔隙水壓力在抽真空過程中的變化情況，如圖5所示。該位置處的孔壓總體上的變化趨勢可以分為三個階段：第一階段為開泵至225 h期間，孔壓值緩慢下降，在這個階段孔壓下第二階段為225 h～400 h，相比于第一階段，該階段孔壓下降速率明顯加快，第三階段為400 h之后，孔隙水壓力產生較大幅度的波動，并在波動中緩慢下降并達到穩定狀態，此時對比出水量隨時間變化關系圖上看，試樣的出水已接近穩定。

4.結語

本文以吹填土為研究對象，進行了真空預壓模擬試驗。試驗過程中對真空度、排水量、孔隙水壓力進行連續監測，試驗過程中，抽濾瓶內的真空度基本保持在90以上，經過500個小時的抽真空作用，試樣的含水率由最初的187%降低至45.9%～48.6%。

真空預壓室內模擬試驗表明，在處理高含水率吹填土時，土中孔隙水壓力發展規律呈現出3階段特征，第一階段為緩慢下降階段，第二階段為快速下降階段，第三階段為波動穩定階段。在試樣排水量達到穩定不再增長后，在持續抽真空作用下，土樣內部孔壓仍然持續波動，此時仍有部分孔隙水以水蒸氣形式排出試驗系統，土樣固結并未完全停止，因此在進行對比試驗時應注意控制抽真空時間相等。

參考文獻：

[1]宋盛淵，王清，孫鐵，等.不同地基處理條件下吹填土孔隙分布特征[J].長安大學學報（自然科學版），2015，35（02）：46-51.

[2]邱長林，閆澍旺，孫立強，等.孔隙變化對吹填土地基真空預壓固結的影響[J].巖土力學， 2013，34（03）：631-638.

[3]牛飛，邱長林，閆澍旺，等.真空預壓下考慮滲透系數變化的吹填土地基固結分析[J].中國港灣建設，2013（01）：29-34.

[4]苑曉青，王清，孫鐵，等.分級真空預壓法加固吹填土過程中孔隙分布特征[J].吉林大學學報（地球科學版），2012，42（01）：169-176.

[5]陳允進，宋晶，夏玉斌，等.真空預壓法加固吹填土的孔隙水壓力試驗研究[J].工程地質學報，2010，18（05）：703-708.

[6]孫立強，閆澍旺，何洪娟，等.吹填土地基在真空預壓插板期間的沉降計算[J].水利學報， 2010，41（05）：588-594.