不同真空預壓工藝處理軟土地基效果分析

周俊輝，董淑海，金暉

（中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032）

0 引言

真空預壓法自20世紀80年代引入中國以來得到了廣泛的應用和發展，是處理軟土地基最為快速、有效和經濟的工法之一，理論基礎[1-3]逐步成熟，應用實踐日益積累，真空預壓處理工程已超過200 km2。與堆載預壓法相比，由于真空預壓的快速加壓、不需堆載料和節約時間的特點，在缺乏砂石料的地區，真空預壓優勢越發明顯。在常規工法日益成熟的基礎上，真空預壓的應用也得到不停的探索，如淺層真空預壓、低位真空預壓、直排式真空預壓[4]等，均是為了尋求更為經濟、有效的處理工藝，使地基加固效果更佳，適應性更強，并節約成本、縮短工期，但新工藝的研究和應用案例還偏少，成果也存在差異。

本文基于越南河靜鋼廠基地工程的軟基處理試驗，對傳統真空預壓、直排式真空預壓、水平排水帶真空預壓等工藝進行典型試驗，通過現場監測數據和加固后效果檢測，對不同工藝、加固效果、成本等進行綜合分析評價，為本工程大面積地基處理提供設計和施工參數，也確定大面積處理的驗收依據。本試驗和研究成果也為真空預壓的發展提供堅實的數據資料和案例。

1 真空預壓加固機理

真空預壓加固原理已逐步成熟，眾多文獻[1-3]對其進行了詳細論述，也形成了相應的規程[5]。總體來說，真空預壓通過真空抽水，引起土中孔隙水壓力降低，使土中形成負的超靜孔隙水壓力，在總應力沒有增加的情況下，降低的孔隙水壓力就等于增加的有效應力，從而使土體發生固結。

常規真空預壓法通過設置排水砂墊層和豎向排水通道，真空度的傳遞從排水主管，經砂墊層再傳至塑料排水板，進而加固下臥軟土層。一些工程測試數據顯示，由于真空度的傳遞經過排水主管、支管、砂墊層及塑料排水板，傳遞途徑的多樣造成了真空度的損失，影響了真空預壓的效果。另外，由于大部分地區砂石料價格飛漲，使真空預壓整體費用增加，或者尋找不到滿足要求的中粗砂墊層，造成加固效果不佳。為了盡量縮短預壓時間，提高固結效果，降低地基處理的費用，直排式真空預壓等工法應運而生，在一些工程中被應用和總結。

直排式真空預壓是將排水主管通過轉接器、支管直接與塑料排水板連接，或僅設置條帶砂墊層包裹真空管，使真空壓力直接通過排水主管、轉接器、支管傳入到塑料排水板內的一定深度。簡言之，減少砂墊層或不用砂墊層，將真空管與排水板直接連接，目的是希望改變真空度的傳遞途徑。減少真空度的傳遞損失，提高排水板中的真空壓力，另外，節約砂墊層也節約了大量成本。

2 真空預壓典型試驗

2.1 工程概況

擬建工程位于越南中北部河靜省奇英縣東部約15耀20 km的三面環山、一面臨海的灘涂濕地，工程占地面積約21 km2，擬建為鋼鐵生產基地，場區采用吹砂造地，場地最終設計標高平均為4.5 m。場區天然泥面標高為原0.5耀+1.0 m，存在較深厚的軟土層，軟土分布呈“鍋底”狀，工程外圍軟土較薄，0~3 m，中間區域3~8 m，中心區域8~18 m，主要軟土層為于1層深灰色淤泥。主要物理力學指標[6]見表1。

表1 于1層土的物理力學性質指標表（平均值）Table1 Physical mechanical parameters of于1 stratum(average)

2.2 典型試驗參數

由于本工程面積巨大，場區上部使用要求較高，在場地存在深厚軟弱土層的情況下，選用合適的地基處理工法至關重要，既要消除沉降、提高承載力滿足使用要求，也要控制工期和造價。為此，針對本區地質分布特點，專門進行了典型試驗，包括強夯試驗（試驗不同的夯擊能量、參數適應場區周邊無軟土區域）、動力排水固結（尋找適合工藝處理較薄軟土區域），以及真空預壓試驗（尋找適合加固深厚軟弱土層的參數），本次試驗為本工程后續大面積地基處理提供工藝參數和驗收標準。因現場條件所限，本次真空預壓試驗選取了軟土厚度8~10 m左右的區域，試驗區總面積2.0萬m2，劃分為4個子區，試驗參數及工藝見圖1。

圖1 真空預壓分區圖Fig.1 Layout of vacuum preloading subarea

VC-1和VC-4區為直排法工藝（VC-1區采用了50 cm厚和50 cm寬的砂墊層條帶包圍濾管、VC-4區采用排水板與排水帶直接連接），VC-2區和VC-3區為傳統真空預壓法，試驗不同排水板間距下的加固效果差異，4個區域排水板均為C形板。4個試驗子區軟土平均厚度依次為9.8 m、9.3 m、8.2 m、8.9 m。

2.3 試驗區施工情況

圖2為不同試驗區現場施工情況。

圖2 現場施工Fig.2 Construction site

2.4 觀測資料分析

真空預壓的主要觀測內容為膜下真空度、孔隙水壓力、地下水位平均降深、總沉降量、區邊側向位移等，本試驗區主要觀測數據見圖3及表2，并對各項數據進行分析比較。

圖3 各區膜下真空度記錄曲線Fig.3 Curves of vacuum degree under membrane at each subarea

表2 各區主要觀測數據表Table 2 Main monitoring data of each subarea

1）膜下真空度

從圖3可以看出：真空抽氣10 d左右，VC-2、VC-3區逐漸趨于穩定，真空抽氣20 d左右，VC-1區逐漸趨于穩定，真空抽氣40 d左右，VC-4區才逐漸趨于穩定。從本次試驗成果來看，傳統真空預壓膜下真空度更容易提高并趨于穩定，直排式排水板纏繞濾管工藝的真空傳遞能力稍弱；水平排水帶傳遞真空度較慢，且不穩定。

由表2可以看出，真空度穩定期間，VC-1—VC-3區平均真空壓力均達80 kPa左右，基本滿足加載標準；VC-4區真空穩定后，平均真空度僅達到75.2 kPa，基于對水平排水帶工藝的分析及國內類似項目的經驗總結，是由于連接方式、細顆粒進入排水帶等原因引起真空壓力的傳遞衰減，這也是目前水平排水帶工法普遍公認的一個弊端。

2）沉降值

沉降值最為直觀地反映了地基加固的效果，由表2可以看出，各試驗區真空抽氣120 d，各區的平均總沉降量值關系為VC-3（0.8 m間距排水板）躍VC-2（1.0 m間距排水板）躍VC-1（直排法）躍VC-4（水平排水帶）。VC-4區沉降量較其它區小較多，表明水平排水帶工法效果較差。

3）地下水位觀測

各試驗子區內分別布置了2組水位觀測孔，從地下水位降深來看：真空預壓初期，地下水位下降較快，后期逐漸趨于平緩。各試驗區水位降深值關系為 VC-2躍VC-3躍VC-1躍VC-4，水位下降與真空度觀測成果是吻合的。VC-4區由于水平排水帶在真空抽氣作用下受擠壓導致排水通道受阻，且局部因擠壓破裂泥砂等進入排水帶影響土體的縱向排水，從而影響下部土體排水固結。

4）深層水平位移觀測

本次在試驗區外側3耀5 m處均勻埋設8組深層水平位移觀測孔，在真空預壓過程中，試驗區周邊上部土體位移量較大（基本發生在表層0~2 m范圍），隨著深度的增加位移量逐漸減小。位移呈內縮形式，最大位移量為235.8 mm，最大側向位移發生在VC-3區，沉降最大值也發生在該區，反應出處理效果的吻合性，各試驗區周邊深層水平位移值見表3。

表3 深層水平位移觀測表Table3 Horizontal displacement at deep stratum

2.5 地基加固效果分析

地基加固前后各試驗分區于1深灰色淤泥的物理力學性質統計見表4、表5。

表4 加固前后于1土層的主要物理指標表Table4 Main physical parametersof于1 stratum before and after improvement

表5 加固前后于1土層的主要力學指標表Table5 Main mechanical parametersof于1 stratum before and after improvement kPa

表4、表5指標顯示，真空預壓后于1深灰色淤泥的物理力學性質均有改善，各區指標變化為：軟土含水量下降了9.8%~13.6%，孔隙比下降了0.31~0.39，液限降低了17.3%~21%，物理指標的改良幅度達到20%~35%；力學指標中，三軸UU提高了2~5 kPa，十字板原狀土強度提高了3.3~8.2 kPa（VC-1—VC-3區均有50%左右的提高），加固效果基本達到預期，本次加固試驗效果或對土體強度的改善關系為：VC-3躍VC-2躍VC-1躍VC-4。

3 結語

1）從對比試驗地基土物理力學指標改良效果來看，VC-2、VC-3區傳統工藝較直排法VC-1區處理效果略佳，水平排水帶工法的效果較差，真空度的傳遞改良仍有研究空間。傳統工法中VC-3區（垂直排水帶間距0.8 m）加固效果較VC-2區（垂直排水帶間距1.0 m）略優，即針對該軟土層，排水板間距小于1.0 m后，效果提高不明顯。

2）本次對比試驗顯示：直排式真空預壓法從真空壓力的傳遞、地基土的預壓沉降量、影響深度及加固效果等方面雖稍遜于傳統真空預壓法，但考慮到直排式真空預壓法可以節省中粗砂墊層，成本更節約，因此，直排式真空預壓的運用仍有較好的市場前景。

3）本次真空預壓試驗后確定本工程大面積地基處理主要采用傳統真空預壓法，輔以部分直排式工藝，為大面積處理提供了設計和施工參數。4）真空預壓新工藝的工程實例日益增多，因其處理效果還不穩定，還需對真空傳遞接口、排水板形式等進行試驗與對比，需在加固時間、效果、經濟性等方面積累不同地區的經驗，逐步推廣應用并進入規范。