緬甸蒂洛瓦真空預壓法地基處理效果分析

牛建光，劉拴龍

(中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220)

引言

預壓法按處理工藝可分為堆載預壓、真空預壓、真空和堆載聯合預壓，適用于處理淤泥質土、淤泥、沖填土等飽和黏性土地基。真空預壓是使密封膜下形成負壓，利用豎向排水通道和水平排水通道，使土體中的水和空氣排出，以增強土體抗剪強度和承載力，滿足工程使用要求。真空預壓法由于具有節(jié)省預壓材料，下降工程造價；固結快，工期短；施工簡潔，工作效率高；加固深度較深等優(yōu)點，近年來在國內外軟弱地基處理中得到了廣泛的應用，地基處理加固效果良好。

《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ 79-2012）中規(guī)定真空預壓的膜下真空度應穩(wěn)定地保持在86.7 kPa（650 mmHg）以上，且應均勻分布，排水豎井深度范圍內土層的平均固結度應大于90 %。真空預壓地基最終豎向變形計算使用的沉降經驗系數ε可按當地經驗取值，無當地經驗時，ε可取1.0～1.3[1]。

為了控制施工質量，滿足設計要求，在真空預壓施工過程中需要對膜下真空度、地基表層豎向變形、孔隙水壓力、地基土分層沉降、地下水位等進行監(jiān)測，以便及時反饋現場情況，指導施工。地基處理完成后進行效果檢測。

1 工程概述

1.1 場地位置

緬甸位于中南半島西部，東北部與中國相鄰，東接泰國和老撾，西北與印度和孟加拉國為界，西靠印度洋孟加拉灣和安達曼海。緬甸處于印度板塊與印支板塊之間，在地質演化歷史上既具有發(fā)育的古生代沉積建造，又有較完整的中、新生代地層序列，然而它們之間又表現出明顯的分帶性，從而使緬甸在地層與構造上具有明顯的分區(qū)性[2]。

仰光河由勃固（Pegu）河和密瑪加（Myitmaka）河在仰光匯合而成，注入東南40 km處的馬達班（Martaban）海灣。本工程位于緬甸蒂洛瓦地區(qū)，地處仰光河東岸，距離河流入海口約30 km。

1.2 地質概況

勘察結果表明，鉆探揭露深度內土層分布較有規(guī)律，各土層分布特征分別敘述如下[3]：

1）沖填土層

沖填土（中砂）：灰黃色，松散狀，含少量粘粒，土質不均。該填土層為新近吹填形成，層厚0.3～4.7 m。平均標貫擊數N=3.8擊。

2）全新世沖積層

①粘土：灰黃色、褐黃色，軟塑狀，局部可塑狀，高塑性，夾淤泥質土薄層與腐殖質，表層含大量植物根系，土質不均。該層分布連續(xù)，層厚1.5～6.6 m。平均標貫擊數N=3.4擊。

上述第一大層的層底高程為4.66～-0.60 m。

3）全新世湖沼相沖積層

②1淤泥：灰色，流塑狀，高塑性，含腐殖質，夾植物根系，土質均勻。該層分布范圍小，層厚1.0～7.0 m。平均標貫擊數N＜1.0擊。②2淤泥質粘土：灰色、青灰色，軟塑狀，高塑性，含大量朽木及腐殖質，土質不均。該層分布連續(xù)，層厚5.1～15.5 m。平均標貫擊數N=1.8擊。②3粘土：灰色、青灰色，軟塑狀，局部可塑狀，高塑性，夾淤泥質土薄層，含少量朽木屑及腐殖質，局部含大量朽木，土質不均。該層分布連續(xù)，層厚4.0～11.6 m。平均標貫擊數N=3.3擊。

上述第二大層的層底高程為-10.58～-17.98 m。

4）上更新世陸相沖積層

③1粘土：灰褐色、灰黃色、黃褐色及棕紅色，可塑～硬塑狀，高塑性，夾銹斑與朽木，局部混圓礫，土質不均。該層分布連續(xù)，層厚1.0～8.6 m。平均標貫擊數N=11.9擊。③2粉質粘土：灰褐色、灰黃色及黃褐色，硬塑狀，中塑性，夾砂斑與銹斑，局部混少量粉細砂，土質不均。該層分布不連續(xù)，層厚0.5～8.5 m。平均標貫擊數N=11.3擊。③3粉土：灰色、褐灰色，稍密狀，土質不均。該層層厚1.4～2.8 m。平均標貫擊數N=12.5擊。③4粉土：褐灰色，中密～密實狀，局部混少量粉細砂，土質不均。該層分布不連續(xù)，層厚0.45～7.2 m。平均標貫擊數N=24.2擊。上述第三大層的層底高程為-18.98～-29.51 m。

5）上更新世陸相沖積層

④1細中砂：灰褐色、褐黃色，稍密～中密狀，含少量粘粒，土質不均。該層分布不連續(xù)，揭示層厚0.8～11.5 m。平均標貫擊數N=22.5擊。④2細中砂：灰褐色、褐黃色，密實狀，含少量粘粒，土質不均。平均標貫擊數N=47.5擊。

2 設計技術要求

本工程真空預壓區(qū)共分為Z1、Z2、Z3三個區(qū)，其中Z1區(qū)長154.7 m，寬151 m；Z2區(qū)長154.7 m，寬151 m；Z3區(qū)長115.6 m，寬159 m。要求如下：

1）在原地層上鋪設一層砂墊層，作為水平排水體，砂墊層厚度應高出交工高程1.4 m，作為預留沉降量。

2）打設塑料排水板，打設深度應穿透軟土層，但不應進入下臥透水層。

3）埋深監(jiān)測儀器，包括地表沉降標，分層沉降標，孔隙水壓力計，水位計等。

4）荷載標準：膜下真空度穩(wěn)定地保持在85 kPa以上，連續(xù)抽真空有效時間160 d。

5）卸載標準：按實測沉降曲線推算的固結度大于90 %，連續(xù)5天實測平均沉降速率不大于1.5 mm/d。

6）卸載結束后，通過原位試驗和室內試驗進行檢測，評價地基處理效果。

3 現場監(jiān)測內容分析

3.1 膜下真空度監(jiān)測

通過在場地布設真空表對膜下真空度進行監(jiān)測。當真空度低于設計值時，及時通知施工單位查找漏點，恢復壓力，保證地基處理效果。為反映場地整體情況，每個預壓區(qū)設置11塊真空表進行真空度監(jiān)測。下面以最具代表性的Z2區(qū)監(jiān)測數據進行分析，繪制了真空度與時間關系曲線[4]，詳見圖1。

圖1 Z2區(qū)真空度—時間曲線

由圖1可知，該區(qū)的真空表在整個預壓期壓力值保持穩(wěn)定，真空度滿足設計要求。當真空表讀數下降時，曲線產生波動，需及時查找原因（可能是場地存在漏點），保證施工過程正常進行。

3.2 地基表層豎向變形監(jiān)測

通過在預壓區(qū)表層布設地表沉降標，對地基表層豎向變形進行監(jiān)測。為反映整個場地的變化情況，每個預壓區(qū)設置16個地表沉降標。下面以最具代表性的Z2區(qū)數據進行分析，繪制了沉降與時間關系曲線[5]，詳見圖2。

圖2 Z2區(qū)沉降—時間曲線

由圖2可知：

1）Z2區(qū)抽真空期最大沉降點為場地中心附近的D6點（沉降量為802 mm），最小沉降點為場地邊緣的D4點（沉降量為362 mm）。這是因為在真空預壓區(qū)邊緣，由于真空度會向外部擴散，其加固效果不如中部，所以為了使預壓區(qū)加固效果比較均勻，預壓區(qū)應大于建筑物基礎輪廓線，并不小于3 m。

2）在真空預壓后期階段，隨著沉降速率的減緩，沉降逐漸趨于穩(wěn)定。在達到設計要求卸載條件時，依據監(jiān)測數據實測沉降曲線，利用雙曲線法計算加固土層的最終沉降量和固結度。經計算，插板期間平均沉降量為141 mm，真空預壓階段推算的平均最終沉降量為713 mm，施工期間總沉降量平均值為854 mm。

3）依據實測沉降曲線推算的最終沉降量與理論計算的沉降量有明顯的差別，分析原因為缺乏該地區(qū)真空預壓地基當地經驗，沉降經驗系數ε取值為1.0～1.3偏于保守。根據監(jiān)測結果可知，沉降經驗系數ε取值為0.9時，則實測沉降曲線推算的最終沉降量與理論預估沉降量基本吻合[6]。

3.3 分層沉降標監(jiān)測

分層沉降標由PVC管和磁環(huán)組成，通過監(jiān)測磁環(huán)的變化來監(jiān)測各土層的沉降情況。每組布置7個監(jiān)測點，分別布置在高程7 m、4 m、1 m、-2 m、-5 m、-8.5 m、-11 m處。下面以最具代表性的Z2區(qū)數據進行分析，繪制了分層沉降與時間曲線[7]，詳見圖3。

圖3 Z2區(qū)分層沉降—時間曲線

由圖3可知，分層沉降速率最大處為高程-2 m的監(jiān)測點，對應土層為淤泥質黏土層；表層7 m的監(jiān)測點沉降量最大，該點反映了地面以下各層的累計沉降量，與附近的地表沉降標監(jiān)測數據基本一致。

3.4 孔隙水壓力監(jiān)測

孔隙水壓力計每組布置7個監(jiān)測點，分別布置在高程5 m、2 m、-1 m、-4.5 m、-8 m、-11.5 m、-15 m處。通過監(jiān)測不同深度孔隙水壓力計的數值變化情況，可以反映地基土的孔隙水壓力消散和有效應力增加的情況。下面以最具代表性的Z2區(qū)數據進行分析，繪制了孔隙水壓力與時間曲線[7]，詳見圖4。

圖4 Z2區(qū)孔隙水壓力—時間曲線

由圖4可知：施工開始階段，各層土孔壓消散較快，特別是上層土，受抽真空壓力較大，反應靈敏，孔壓斜率大，隨深度的增加，真空壓力的影響逐漸減弱。隨著抽真空的進行，各土層的孔壓曲線趨于平緩，各土層孔壓值相對固定。根據孔壓的消散情況，結合地表沉降標數據，為真空預壓卸載時間提供參考。

4 檢測數據分析

為了檢測真空預壓地基處理的效果，在每個區(qū)域的中心點附近，在地基處理前后分別進行了十字板剪切試驗、標準貫入試驗、原狀土樣的采取，室內土工試驗等。

4.1 原位測試結果分析[7]

為判斷場地的處理效果，地基處理前后分別進行了十字板剪切試驗，試驗成果見圖5。

圖5 處理前后十字板剪切強度—高程曲線

由圖5可知：地基處理后，軟弱土層十字板剪切強度明顯增加，平均值由36.5 kPa增加到47.9 kPa，平均增加31 %。③1粘土層十字板剪切強度變化不大，原因是該土層埋藏較深，真空預壓法有效處理深度約20 m。

4.2 室內土工試驗結果分析

地基處理前后對各土層分別采取原狀土樣進行室內物理力學試驗[8]，包括含水率、孔隙比、液性指數、粘聚力、摩擦角、無側限抗壓強度、壓縮模量等，試驗結果對比見表1和表2。

表1 加固前后土層物理指標對比

表2 加固前后土層力學指標對比

由表1和表2可知，加固后原軟弱土層的物理力學指標有了較大的提高，土質得到了改善。③1粘土層的各項指標變化不大。

5 結語

真空預壓區(qū)邊緣加固效果不如中部，為了使預壓區(qū)加固效果比較均勻，預壓區(qū)應大于建筑物基礎輪廓線，并不小于3 m。理論計算沉降量時，沉降經驗系數ε的取值至關重要，根據本次監(jiān)測可知，該地區(qū)的沉降經驗系數ε取0.9是合適的。

通過對真空預壓過程場地真空度、沉降標、孔隙水壓力等監(jiān)測，及時反饋現場情況，有效指導現場施工，保證了加固效果。通過檢測結果可知，本次真空預壓對淤泥、淤泥質土的加固效果明顯，有效處理深度約20 m，對深層粘土層的加固效果一般。

通過對真空預壓全過程的監(jiān)測和檢測，該方法適用于緬甸蒂洛瓦地層的地基處理，加固效果良好。為后續(xù)同類工程優(yōu)化設計、節(jié)約成本積累了寶貴經驗。