新近吹填軟土真空預壓卸荷反彈變形規律分析

金華輝，陸泰然

（1.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規劃設計研究院），浙江 杭州 310020；3.中國農業大學，北京 100083）

1 問題的提出

新近吹填淤泥真空預壓法具有施工設備輕型簡單，滿足吹填淤泥低承載力的要求，荷載可一次性加載，節約大量堆載石材，加固工期短和造價低等優勢，已在溫州、天津、廣州等市的諸多吹填軟土地基處理工程中得到廣泛應用[1-4]。巖土工作者針對軟土地基卸荷變形特性開展一系列研究，并已取得一定工程應用[5-6]。同時也在真空預壓處理工程實踐中發現真空壓力卸載后產生一定的反彈變形[7]，隨著真空預壓應用和研究的不斷深入，吹填軟土真空預壓卸荷條件下的變形和力學特性也引起關注，明經平等通過對原狀軟黏土土樣進行常規三軸儀等向壓縮與膨脹試驗，以及CKC 三軸儀壓縮膨脹試驗，模擬真空預壓地基中各種應力狀態下的土體單元在卸除真空球形壓力后的變形特征，對真空預壓卸荷反彈變形進行試驗理論解釋[8]。

為更進一步直觀、深入分析真空預壓軟基卸荷反彈變形特性，根據溫州市某真空預壓試驗區工后變形監測數據，分析真空預壓卸載停泵、工后地表沉降和孔隙水壓力反彈變化規律，并就工后場地覆水和排水晾曬對軟土地基影響進行量化分析，探究不同加載條件下軟土地基卸荷反彈變化規律，研究成果可為真空預壓實踐和理論研究提供參考。

2 工程概況

溫州市某圍區采用無砂墊層淺層真空預壓地基處理法，吹填淤泥主要為浙東南濱海區河口相沖海積淤泥，自然晾曬時間為1.5 個月，流動狀，含水率高達130%以上，基本無承載力；受場地地形影響，吹填淤泥厚度由西至東呈遞增趨勢，厚度為3.0～6.0 m，其中試驗區塊吹填厚度約3.5 m；一般地塊區排水板打設至原灘面，正方形布置，間距0.8 m，抽真空時間115 d；道路區采用二次真空預壓處理，第一次排水板打設至原灘面，抽真空時間45 d，第二次采用有砂墊層真空預壓法處理，正方形布置，間距0.8 m，抽真空時間135 d，第二次軟基處理根據設計道路高程不同，采用不同的插板深度（設計道路高程Hd≤4.5 m，排水板打設底高程為-3.5 m；4.5 m ＜Hd≤5.0 m，排水板打設底高程為-9.0 m；Hd＞5.0 m，排水板打設底高程為-19.0 m）。

為保證真空預壓加固效果，各區塊布置膜下真空度、地表沉降、孔隙水壓力等監測設施，并就大面積真空預壓處理開展典型示范先行區（試驗區），本文以試驗區監測數據為主要研究對象。試驗區于2012 年7 月8 日開始真空預壓，11 月4 日完成第三方質檢取樣（開泵率和真空壓力下降明顯），11 月14 日完全停泵，停泵后由于陸續開始大面積真空預壓處理，試驗區處于覆水狀態，次年3 月初大面積掀膜排水晾曬，工后安全監測于次年10 月結束。

3 卸荷變形

為掌握軟土地基工后沉降發展規律，對試驗區進行長期工后變形監測。

3.1 地表沉降

典型地表沉降卸荷反彈過程曲線見圖1（由于掀膜晾曬后沉降測量方法變更，晾曬期沉降數據未列入圖中），試驗區工后沉降/反彈統計見表1。由圖1 和表1 可知：

（1）各區塊于11 月4 日陸續卸載，地表累計沉降量于當日達到最大值，11 月4—14 日為膜下真空度和開泵率驟降期（期間開泵數量基本維持1～3 臺，真空度亦維持在較低水平），地表沉降反彈速率最為明顯。

（2）區塊地表沉降在卸荷后30 d 內反彈依舊明顯，反彈均值-31.0 mm，反彈比達-4.8%；受地表覆水影響，隨后120 d 區塊地表沉降持續緩慢反彈-50.0 mm，反彈比達-7.9%，反彈量依舊較大。

（3）全區僅試-8、試-9 兩個區塊在卸荷后地表沉降有持續緩慢發展趨勢，在卸荷20 d 后地表沉降達最大，隨后步入緩慢反彈期，反彈均值-42.5 mm，反彈比-7.2%，反彈規律與一般區塊較為相似。

（4）掀膜晾曬后（高溫期）地表沉降有所增加，期間沉降141.0 mm，沉降比21.9%，經表層取樣揭露晾曬后0.5 m 表層土體含水率較停泵時又下降5.0%左右，但下部土體無明顯下降。

圖1 典型地表沉降卸荷反彈過程曲線圖

表1 試驗區工后沉降/反彈統計表

3.2 孔隙水壓力

典型孔隙水壓消散卸荷反彈過程曲線見圖2，試驗區孔隙水壓力消散工后統計見表2。掀膜晾曬期間孔隙水壓力計遭到破損，掀膜晾曬后孔隙水壓力消散效果未能監測到位。由圖2 和表2 可知：

（1）埋深為1.5，3.0 m 的孔隙水壓力計在卸載前夕11月2 日孔隙水壓力消散值達最大，11 月4 日隨膜下真空度和開泵率驟降，淺層埋深1.5 m 孔隙水壓力消散反彈較為明顯，埋深3.0 m 孔隙水壓力消散反彈輕微且滯后1～3 d。

（2）11 月4—14 日為第三方質檢取樣，歷時10 d，期間維持較低開泵率和膜下真空度，孔隙水壓力消散反彈依舊較為突出，埋深1.5，3.0 m 的孔隙水壓力消散平均反彈比-41%、-6%。

（3）11 月14 日后120 d（覆水期）孔隙水壓力呈緩慢反彈并逐步趨于穩定，但埋深1.5，3.0 m 孔隙水壓力消散反彈比達-75%、-26%，反彈比更加明顯，與地表沉降反彈規律呈較好關聯性。

（4）掀膜晾曬（高溫期）時僅試-5、試-6 孔隙水壓力計得到保留，其余由于掀膜割排水管板遭破壞，經上述2區孔隙水壓力計顯示，埋深1.5，3.0 m 孔隙水壓力消散增加22%、13%，與地表沉降發展規律相似，表明排水晾曬效果較好。

圖2 典型孔隙水壓消散卸荷反彈過程曲線圖

表2 試驗區孔隙水壓力消散工后統計表 kPa

4 不同加荷時間條件下卸荷反彈規律探究

在典型示范先行區真空預壓完成后，陸續開展大面積真空預壓處理，期間由于電力故障導致個別區塊停泵，本文對停泵間歇2～5 d 的區塊進行統計分析，探究不同加荷時間條件下軟土地基卸荷變形：

（1）道路區淺層第一次處理主要是為第二次深層處理大型插板機械提供入場條件，卸載時地表沉降無反彈現象，且預壓區邊角沉降板有繼續緩慢沉降趨勢。

（2）大面積真空預壓處理中，預壓前期（前50～60 d）停電停泵卸荷時地表沉降也無反彈現象，但孔隙水壓力迅速反彈且幅度較大，隨膜下真空度的恢復也能較快恢復；預壓后期地表沉降隨膜下真空度驟降（停電停泵）地表沉降明顯變緩（輕微反彈），孔隙水壓力依舊隨膜下真空度消失迅速反彈且幅度明顯，膜下真空度的恢復孔隙水壓力難以恢復到原有消散水平且持續時間較長。

（3）道路區二次深層處理先鋪設砂墊層，插板深度達20.0 m，卸載停泵時地表沉降無卸荷反彈現象，孔隙水壓力僅距地表5.0 m 以內的2 支孔隙水壓力計有所反彈，其中第一支孔隙水壓力（砂墊層下1.0 m）計最為突出。

5 結 論

根據上述分析，可以得出以下結論：

（1）試驗區淺層真空預壓處理卸荷時地表沉降、埋深1.5 m 和3.0 m 孔隙水壓力消散反彈比占-4.8%、-40.8%、-5.9%，后期吸水反彈比達-7.9%、-73.1%、-26.0%。其中后期吸水反彈比例較為突出，表明真空預壓卸載后軟土吸水反彈危害大，預壓卸載后應避免場地覆水。

（2）試驗區排水晾曬后地表沉降增加141.0 mm，沉降比21.9%，埋深1.5 m 和3.0 m 孔隙水壓力消散增加22%、13%，表明真空預壓工后掀膜晾曬排水效果可觀，預壓卸載后應加強場地掀膜排水晾曬。

（3）地表沉降卸荷反彈隨真空預壓處理時間增加表現更明顯，孔隙水壓力消散隨著真空預壓消失均迅速反彈，但預壓后期停泵孔隙水壓力難以恢復至原消散水平且恢復時間較長，表明預壓后期應避免停泵、大面真空預壓損失等現象，保證預壓效果。