真空預壓法在沿海軟基加固中應用與分析
——以福州沿海某工業園區軟基加固工程為例

郭堯順

(福建省華廈能源設計研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

隨著現代工業發展，各類大規模的工業園區在全國各地落地生根。為解決園區的用地問題，在沿海一帶常是圍海造陸用于園區的建設，往往在該類園區內分布有大厚度的飽和軟土層。該類軟土層一般呈流塑狀態，自身天然含水量大，壓縮性高，承載力低，且具有透水性差、排水固結慢的特點。在上部荷載及軟土自重的持續作用下，該類軟土層將會長期緩慢地固結沉降，導致園區路面、地面、地下管網在工后相當長時間持續沉降破壞，勢必影響園區正常作業，甚至會因地下管網破裂而導致有毒化工產品泄漏，造成重大中毒及爆炸安全事故。

真空預壓法作為一種重要的軟基加固方法，在我國得到了推廣應用。本文以福州沿海某工業園區的軟土地基加固工程作為工程實例，從方案布置及固結度、沉降變形量驗算等方面，分析探討了真空預壓法在沿海軟土地基加固中的應用，并得到現場監測、檢測數據的驗證，以求能給相類似的軟基加固工程提供參考與借鑒。

1 工程實例

1.1 工程概況

工程場地位于福州福清市某工業園區內，占地面積約54.4萬m2(約合816畝)，擬建設MDI、甲醛、ODC鹽酸電解等化工生產裝置及配套的輔助設施、公用工程等。場地原為濱海潮間地帶，后期人工圍海造陸形成陸域，表層填砂層之下分布有典型的海相沉積軟土層(②淤泥質土層)，今后場地尚需回填土約2.5m高。為解決場地地基沉降變形及承載力問題，該工程在建設前選擇真空預壓法對填砂層下的軟基土層(②淤泥質土層)進行預壓排水固結加固處理。

根據場地條件及周邊環境，該地基加固處理范圍為該工程用地紅線向內退讓約20m～30m的所有區域，擬處理總面積約48萬m2，內退未處理區域根據用地功能另行進行軟基處理。為滿足項目分區交工及規范[1-2]要求，該工程場地共分為A、B、C、D、E…等15個加固區，每個加固區面積控制在2～4萬m2之內。

為便于闡述，本文選擇其中具代表性的D加固區為工程實例。D加固區為一塊約192m×189m方形地塊，占地面積約3.63萬m2，現地面標高約3m，地面較平坦，后期尚需回填高約2.5m至設計地面標高。場地巖土層自上而下主要為：①回填中砂層，呈松散狀態，平均厚度約2.5m，回填時間約8年；②淤泥質土層，呈流塑狀，為高壓縮性的軟弱土層，平均厚度約15.0m；③圓礫層，呈稍密～中密狀，平均厚度約5.0m，其下臥層為風化巖層。各巖土層相關參數如表1所示。

表1 巖土層相關參數

1.2 軟基加固設計

擬加固的②淤泥質土層受到上部前期回填中砂層的荷載作用，利用單向(豎向)滲流固結理論計算其平均固結度已達到96.7%，且依據土工固結試驗數據計算其超固結比OCR≈1，故,擬加固的②淤泥質土層可視為正常固結土。

該工程在擬加固的②淤泥質土層中布設SPB-C型塑料排水帶作為豎向排水體，加快軟土層排水固結。排水帶間距按1m×1m正方形排列布設，打設深度按②淤泥質土層的層底標高向上0.5m控制，不穿透②淤泥質土層。

利用場地表層①回填中砂層作為水平排水墊層。加固區周邊的密封措施采用淤泥攪拌樁密封墻及密封溝，沿加固區邊界設置，結合密封膜將加固區連成一連續的密封體。淤泥攪拌樁布置兩排，橫縱向互相搭接200mm，施工深度至嵌入②淤泥質土層不少于2m。

采用射流真空泵作為真空抽氣設備，按每臺設備可抽真空面積1000m2考慮，沿加固區四周均勻布置，共布置36臺真空泵。濾管按主管30m間距、支管5m間距布置。密封膜上覆水深度1m，膜下真空度要求達到86.7kPa以上。試抽真空恒定后進入正式抽真空階段，膜下真空度達到設計要求之日作為加載計時起點，加載過程視為瞬時加載。

真空預壓卸載須滿足以下條件：(1)滿載預壓時間達到90d以上；(2)實測的平均沉降速率連續5d小于2mm/d；(3)按實測沉降曲線推算的軟土固結度達到90%以上。另外，加固后的②淤泥質土層承載力特征值需達到80kPa以上。

軟基加固設計方案布置如圖1～圖2所示。

圖1 斷面布置示意圖

圖2 真空泵及濾管平面布置示意圖

1.3 固結度驗算

1.4 沉降變形量估算

2 現場監測分析

為了對軟基加固施工過程進行全程監控，確保工程質量和安全，D加固區預壓過程對膜下真空度、地基變形(表層沉降、分層沉降、側向位移)、孔隙水壓力、地下水位以及加固區周邊建構筑物等進行監測，監測周期至軟基加固達到要求并卸載后。該工程D加固區滿載預壓總時長95d。

2.1 膜下真空度監測

D加固區共均勻布置8個膜下真空度監測點，每3h觀測1次，全程監測到的膜下真空度范圍值為86.9kPa～99.0kPa，平均值92.8kPa，滿足膜下真空度需達到86.7kPa以上的要求。

2.2 表層沉降監測

D加固區共均勻布置45個表層沉降監測點。經分析45個監測點的沉降數據，表層沉降量范圍值701mm～929mm，平均沉降量820mm。整體而言，固結沉降較大的監測點相對位于加固區的中部一帶，越往加固區邊緣，沉降呈逐步減少趨勢，沉降較小的監測點相對位于加固區邊緣一帶，說明加固區邊緣的加固效果不如中部。究其因主要是由于加固區邊緣一帶的真空度會向加固區外部擴散而影響到加固效果的緣故。

以最大沉降量、最小沉降量監測點的沉降數據和45個監測點的平均沉降數據，繪制表層沉降時間-沉降量曲線圖，如圖3所示。根據時間-沉降量曲線圖，t135d、t265d、t395d的平均沉降量分別為s1619mm、s2755mm、s3820mm，依據公式：

圖3 表層沉降時間-沉降量曲線圖

2.3 分層沉降監測

D加固區共均勻布置3組分層沉降監測點，各監測點在②淤泥質土層面以下1m、3m、5.5m、8.5m、11.5m、14.5m、17.5m深度處分別埋設沉降磁環。根據3組沉降監測點同一深度的平均沉降量數據，繪制時間-沉降量曲線圖，如圖4所示。經測算分析，整體相對而言，土層表部單位厚度土體的固結沉降量較大，隨著土層深度的增加，其單位厚度土體的固結沉降量在逐步減少，說明隨著土層深度的增加加固效果逐步減弱。采用雙曲線法推算的土層平均固結度為90.8%～93.9%，大于90%，符合預壓卸載標準，且滿足設計對固結度的要求。

圖4 分層沉降時間-沉降量曲線圖

2.4 孔隙水壓力監測

2.5 地下水位、側向位移及周邊建構筑物變形監測

在D加固區距壓膜溝外邊緣1.0～1.5m處，共布置5個地下水位監測點和5個側向位移監測點，在周邊已有建構筑物上共布置6個變形監測點。根據監測數據，預壓期的地下水位變化幅度533～678mm，場地側向位移量0～91.6mm，周邊已有建構筑物豎向沉降變形量0～3.2mm、水平位移變形量0～3.4mm，均未見明顯異常的現象，符合預期。

3 加固效果檢測分析

真空預壓前后，對D加固區分別進行靜力觸探試驗、十字板剪切試驗及鉆孔取土試驗等檢測項目，檢測軟基加固效果，并進行預壓前后對比分析。試驗檢測點按間距80m～100m網格狀布置，共布置9個靜力觸探試驗點、9個十字板剪切試驗點和9個鉆孔取土點，前后兩次檢測位置相距約1.0m，取樣及試驗深度為加固深度范圍內。

預壓前檢測在打設排水帶之前進行，預壓后檢測在卸載14d之后進行。預壓加固前后的②淤泥質土層主要物理力學性質指標如表2所示。對比可知，預壓加固后的②淤泥質土層物理指標和力學指標均得到很大程度改善，土層承載力特征值從60kPa增長到84kPa，表明軟基加固效果明顯，達到了預期效果，且滿足設計要求。

表2 加固效果對比表

4 結論

(1)該工程采用真空預壓法對場地內的軟基土層(②淤泥質土層)進行預壓排水固結加固處理，依據多種監測、檢測數據綜合分析，實測沉降量以及推算的沉降量、固結度均與理論計算值相近，未見明顯異常現象，符合預期，且加固處理后的軟基土層(②淤泥質土層)物理指標及力學指標均得到很大程度的改善，表明軟基加固效果明顯，技術上可行，且滿足規范[1-2]及設計要求。

(2)真空預壓法加載時不存在超載的地基穩定問題，可瞬時加載，相對堆載預壓法而言可大大縮短超載預壓時間，縮短工期，且避免了堆載料取土對環境的破壞及揚塵污染等問題，也不存在預壓后超載部分的棄土問題。真空預壓法具有能耗小、造價低、無噪音、無污染等諸多特點，尤其類似該工程這種大面積、大厚度的軟基加固處理，產生的社會效益和經濟效益就更為明顯。

(3)真空預壓加固區中部的加固效果相對好于加固區邊緣，且加固效果隨土層深度的增加逐步減弱。在大型大面積的真空預壓加固區分塊應盡可能大且呈方形，面積以2～4萬m2為宜，不僅方便施工加快工程進度，也有利于消除軟基更多的固結沉降量。

(4)由于軟基處理屬于隱蔽性工程，在施工中應采用科學的監測、檢測方法，信息化施工，以保證施工質量及加固效果。