真空預(yù)壓法加固軟土地基中真空井作用范圍的試驗(yàn)研究

劉 坤,史 爽,袁 金

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031；2.國(guó)網(wǎng)天府新區(qū)供電公司，四川成都 610041)

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的進(jìn)一步加快，土地的合理以及充分利用要求的提高，工程中經(jīng)常會(huì)遇到軟弱地基處理的問(wèn)題。工程中常用的軟弱地基加固方法有：強(qiáng)夯法、土工織物加固法、振動(dòng)水沖法、換土墊層法、深層攪拌法和真空預(yù)壓法等。而真空預(yù)壓法具有對(duì)環(huán)境影響較小、加固速度快、加固深度大、加固面積大以及加固過(guò)程中不產(chǎn)生剪應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。

由于真空預(yù)壓法具有上述優(yōu)點(diǎn)，很快被工程界所接受并應(yīng)用到各種軟地基處理中，李晉驊[1]采用真空預(yù)壓加固南沙軟土，研究其排水板淤堵機(jī)理，提出了針對(duì)軟土的修正防淤堵準(zhǔn)則，以及在真空預(yù)壓地基處理過(guò)程中沿深度方向與淤堵行為相關(guān)聯(lián)的修正砂井固結(jié)理論。郭紅燕[2]把吹填土軟土地基作為主要研究對(duì)象，提高了真空預(yù)壓加固技術(shù)在該類軟地基上的作用效果。

張帆[3]等人通過(guò)對(duì)國(guó)外高壓噴射注漿加固法和MJS加固工法的研究，并與我國(guó)常用高壓噴射注漿工藝進(jìn)行比較，對(duì)這兩種新型加固軟地基方法中傳統(tǒng)的工藝做了改進(jìn)，拓寬了該法的應(yīng)用范圍。嚴(yán)露[4]針對(duì)真空預(yù)壓加固軟土地基變形等問(wèn)題進(jìn)行了較深入的探討，推導(dǎo)了特定模型下變形及體積應(yīng)變計(jì)算公式以及真空預(yù)壓加固技術(shù)和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基固結(jié)解析解。彭劼[5]通過(guò)從理論和試驗(yàn)的角度對(duì)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法探究，得出采用該法加固軟土地基固結(jié)度簡(jiǎn)化模型。Chai,JC.et al.[6-8]提出將傳統(tǒng)砂井地基研究轉(zhuǎn)換成均質(zhì)地基研究，從均質(zhì)地基再應(yīng)用至多層地基的方法，增加了砂井加固軟土地基的范圍。

但在實(shí)際實(shí)施中，真空井的合理作用范圍卻受制于各種條件，大多依靠工程人員的經(jīng)驗(yàn)。因此，本文采用試驗(yàn)的研究方法，探討井點(diǎn)井預(yù)壓加固技術(shù)在幾種常見(jiàn)的軟土地基上的作用規(guī)律，為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工程應(yīng)用提供參考。

1 真空預(yù)壓法模型試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

現(xiàn)行城市道路、管道以及建筑在兩層以下的構(gòu)筑物規(guī)范中要求地基承載力特征值必須要達(dá)到fak=120 kPa以上，故現(xiàn)取砂土、淤泥質(zhì)土以及黏性土三種常見(jiàn)軟土地基進(jìn)行實(shí)驗(yàn)加固處理，以得出真空預(yù)壓法對(duì)承載力提高后的范圍值。三種常見(jiàn)軟土基本性質(zhì)如表1。

表1 三種軟土基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)裝置主要采用測(cè)量裝置、真空泵、試驗(yàn)箱以及連接裝置。測(cè)量裝置主要包括真空表以及刻度尺；真空泵采用藤原550D型真空泵，為試驗(yàn)提供穩(wěn)定真空值；為方便觀測(cè)土體縱向沉降變化趨勢(shì)，試驗(yàn)箱的長(zhǎng)寬高分別取120 cm、寬50 cm、高50 cm。試驗(yàn)主要通過(guò)測(cè)量砂土、淤泥質(zhì)土和黏性土在井點(diǎn)井加固作用下距離井由近及遠(yuǎn)的沉降量，通過(guò)試驗(yàn)沉降量與理論沉降量進(jìn)行對(duì)比，然后修正理論沉降量值，最終通過(guò)沉降量求出真空井加固軟土地基的影響半徑，真空泵、試驗(yàn)箱、真空井以及抽水泵試驗(yàn)裝置連接示意圖如圖1所示、實(shí)際裝置連接圖如圖2所示，試驗(yàn)填土深度基本與試驗(yàn)箱高度相等。

圖1 試驗(yàn)裝置連接示意

圖2 裝置實(shí)際連接示意

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在試驗(yàn)箱上每隔20 cm豎向標(biāo)記刻度尺，以便試驗(yàn)土樣沉降后通過(guò)豎向刻度尺觀測(cè)并記錄沉降量(圖3)；按照距離真空井的遠(yuǎn)近，每間隔20 cm記錄土體初始沉降量，測(cè)量距離分別是0 cm、20 cm、40 cm、60 m、80 cm、100 cm、120 cm。為減小誤差，在距離真空井影響半徑為R的地方選取4個(gè)點(diǎn)測(cè)量取平均值如圖4所示；抽真空后，待沉降值不再有明顯變化，再次按上述方式測(cè)量最終沉降量。

圖3 試驗(yàn)裝置刻度尺示意

圖4 選取4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)

1.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.4.1 砂土試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)記錄的砂土最終沉降量與沉降位置關(guān)系繪制如圖5所示砂土實(shí)驗(yàn)沉降與理論沉降對(duì)比圖。圖中沉降量較大的曲線是試驗(yàn)沉降值，沉降相對(duì)較小的曲線是理論沉降值。由圖5可知，雖然實(shí)測(cè)沉降量上下浮動(dòng)，但理論沉降和實(shí)際沉降曲線的走勢(shì)相近，理論沉降量始終比實(shí)際沉降量小，并且理論與實(shí)測(cè)沉降量曲線變化趨勢(shì)基本一致。

圖5 砂土沉降對(duì)比曲線

1.4.2 淤泥質(zhì)土試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)記錄的淤泥質(zhì)土最終沉降量與沉降位置關(guān)系繪制如圖6所示淤泥質(zhì)土實(shí)驗(yàn)沉降與理論沉降對(duì)比圖。圖中理論沉降量和實(shí)測(cè)沉降量由近及遠(yuǎn)都呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，而沉降量較大的曲線是試驗(yàn)沉降值，沉降相對(duì)較小的曲線是理論沉降值；理論沉降曲線和實(shí)際沉降曲線變化趨勢(shì)基本相近，理論沉降量始終比實(shí)際沉降量小；理論沉降曲線均勻遞減，實(shí)際沉降曲線呈現(xiàn)出上下波動(dòng)。

圖6 淤泥質(zhì)土沉降對(duì)比曲線

1.4.3 黏性土試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)記錄的黏性土土最終沉降量與沉降位置關(guān)系繪制如圖7所示粘性土實(shí)驗(yàn)沉降與理論沉降對(duì)比圖。圖中沉降量較大的曲線是試驗(yàn)沉降值，沉降相對(duì)較小的曲線是理論沉降值。由圖7可知，理論沉降和實(shí)際沉降曲線變化趨勢(shì)基本一致。

2 結(jié)論

本文通過(guò)試驗(yàn)研究砂土、淤泥質(zhì)土以及黏性土理論沉降與實(shí)際沉降曲線走勢(shì)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)以下結(jié)論：

(1)理論解析與試驗(yàn)結(jié)果走勢(shì)相近，基本符合理論預(yù)測(cè)情況。

圖7 黏性土沉降對(duì)比曲線

(2)三種土體實(shí)際沉降均大于理論沉降是由于土體轉(zhuǎn)運(yùn)填埋過(guò)程中孔隙率變大。

(3)結(jié)果顯示其沉降量由大及小分別是淤泥質(zhì)土、黏性土和砂土，沉降量減小速度由大及小分別是黏性土、淤泥質(zhì)土和砂土，因?yàn)樯巴镣馏w壓縮模量最大，所以沉降量最小，砂土孔隙率最大，附加荷載地基速度慢，所以沉降地基速度最慢；淤泥質(zhì)土由于孔隙率大于黏性土，所以沉降量大于黏性土，又其孔隙率大，附加荷載遞減速度小于黏性土，因此沉降地基速度小于黏性土。沉降對(duì)比曲線顯示，理論沉降與實(shí)際沉降的差值在一定的誤差范圍內(nèi)，符合實(shí)際應(yīng)用要求。