軟土真空預壓法加固效果分析

周慶禮，常高奇

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

1 工程概況

1.1 工程地質條件

本工程位于緬甸聯邦共和國某地區，位于沖擊平原上，屬于熱帶季風氣候，年平均氣溫26.3℃，年平均降水量2 701 mm。附近海域海流性質為半日潮流，往復流型，且流速大，懸沙濃度高，底砂粒徑細，活動性極強。該工程真空預壓區出露于地表的主要是第四系全新世的湖沼相沉積層，厚度約為20 m，其下為第四系全新世的陸相沖洪積層。地層主要地質構造為一組NW-SE 走向的向斜構造和一組NE-NW 走向的小斷層構造，由于該工程附近的這兩組構造發育較小，延伸較短，對工程危害性不大，而且并未發現附近有其他較大的不良地質構造。因此，工程所在區相對穩定。

工程所在地地層自上而下主要有：

①粘土：灰黃、黃褐色，高塑性，硬塑狀，含有大量植物根系及不均勻砂顆粒，表層植被發育，雜草叢生，厚度為3.00～5.50 m。

②-1 淤泥：灰色，高塑性，軟塑狀，土質均勻，含大量朽木屑及有機質。

②-2 粘土：灰色，高塑性，可塑狀，含腐植物及大量朽木屑，該層分布較為穩定，厚度大，約為15.0 m 左右，含水量較高。

③-1 粘土及③-2 粉質粘土：灰褐、灰黃、黃褐及棕紅色。中塑性～高塑性，硬塑狀，土質不均，粘土與粉質粘土呈互層狀分布，整個第③層為陸相沖洪積層，在該層底部含不均勻的粗礫砂及礫石，厚度較大，約為7.5 m 左右。

④細砂：灰褐、黃褐色，呈中密～密實狀，飽和，以中細砂為主，含少量粉砂顆粒，顆粒較為均勻，主要礦物成分為長石、石英。該層分布較廣，厚度較大，出露的頂標高大部分在-22.0 m左右。

1.2 真空預壓施工工序

為加固②-1 淤泥、②-2 粘土這兩層土，采用真空預壓方案[1-3]。其主要施工工序如下：第一，因場地受雨季以及潮汐等影響，因此先修建臨時圍埝形成掩護；第二，清除地表層土以及植物根系；第三，吹填砂，標高為+8.3 m；第四，鋪設排水板，插板深度至③-1 粘土及③-2 粉質粘土層；第五，埋設監測與檢測儀器；第六，鋪設濾管、安裝射流泵；第七，挖密封溝、施工防滲帷幕和鋪密封膜；第八，設置沉降標，測量真空預壓前的砂層頂面標高；第九，連接抽真空設備，試抽氣、檢查、正式抽氣；第十，卸載后，再滿夯。

1.3 加固效果檢驗

為研究分析工程真空預壓區的施工工序與加固效果，需要合理布置沉降標、孔隙水壓力儀、深層分層沉降儀、真空度測頭、測斜儀等監測和檢測儀器[4]。另外，在真空預壓前后，在工程真空預壓區合理布置鉆孔，原狀孔和標貫試驗孔各4個，共16 個，鉆孔深度約24 m。然后對土樣進行室內土工試驗，以檢驗真空預壓前、后地層軟土加固效果[5]。

2 真空預壓加固深度分析

分別對真空預壓工程區的16 個鉆孔（原狀孔和標貫孔各8 個）進行室內土工試驗，獲得其物理和力學指標。為便于研究真空預壓的加固深度[6-8]，分別將含水率、孔隙比、壓縮模量、無側限抗壓強度指標進行匯總對比，并根據深度進行線性擬合，以便找出規律。

圖1 是真空預壓前后土樣含水率隨標高變化的情況，由圖1 可知，經過真空預壓地基處理后的地層含水率要小于處理前的含水率，且含水率差異隨深度呈線性縮小，在標高-13 m 深度以下，擬合曲線基本已經重合，說明真空預壓的影響深度標高為-13 m。圖2 是真空預壓前后土樣孔隙比隨標高變化的情況，由圖2 可知，經過真空預壓地基處理后的地層孔隙比要小于處理前的孔隙比，且孔隙比差異隨深度呈線性縮小，在標高-14 m 左右深度以下，擬合曲線基本已經重合，說明真空預壓的影響深度標高為-14 m。圖三是真空預壓前后土樣壓縮模量隨標高變化的情況，由圖三可知，經過真空預壓地基處理后的地層壓縮模量要大于處理前的壓縮模量，且壓縮模量差異隨深度呈線性縮小，在標高-15 m 左右深度以下，擬合曲線基本相交，說明真空預壓的影響深度標高為-15 m。圖四是真空預壓前后土樣無側限抗壓強度隨標高變化的情況，由圖四可知，經過真空預壓地基處理后的地層無側限抗壓強度要大于處理前的無側限抗壓強度，且無側限抗壓強度差異隨深度呈線性縮小，在標高-14 m 左右深度以下，擬合曲線基本相交，說明真空預壓的影響深度標高為-14 m。

圖1 土樣含水率隨標高變化的情況

圖2 土樣孔隙比隨標高變化的情況

因此，根據上述對圖1～ 3 的分析可知，真空預壓的影響深度標高在-14 m 左右。而且，加固后地層的含水率與孔隙比變小，地層的壓縮模量和無側限抗壓強度變大，但變化的差異越來越小。綜合分析地表的標高可知，真空預壓的加固厚度在19 m 左右，且在加固深度范圍內，各層土樣的物理和力學強度指標均有所提升，特別是對軟土，效果明顯。但這種指標的提升程度隨著深度的增加而逐漸衰弱。

圖3 土樣壓縮模量隨標高變化的情況

圖4 土樣無側限抗壓強度隨標高變化的情況

3 真空預壓加固程度分析

為研究工程建設以后的沉降的敏感性影響指標，分別對工程區的16 個鉆孔的孔口標高的變化情況進行統計，了解處理前后的地層沉降情況。

表1 是真空預壓前后鉆孔孔口標高變化情況表，由表一可知，真空預壓前，原狀孔與標貫孔的孔口標高均有所降低，平均降低高度為1.09 m。

表1 真空預壓前后鉆孔孔口標高變化情況

真空預壓前平整場地標高至8.3 m 左右，此時表層的吹填砂經碾壓平整后沉降已完成。③-1 粘土及③-2 粉質粘土的壓縮模量與深度均較大，排水板插板深度位于該層土的上方，真空預壓過程中幾乎無排水，因此，這層土的沉降很小。綜上分析可知，真空預壓后的地層沉降主要是發生在②-1 淤泥質黏土、②-2 黏土這兩層土。

因此，工程建設以后的沉降的敏感性影響指標主要是軟土的物理與力學指標，真空預壓的處理目標主要也是改善軟土（②-1 淤泥質黏土、②-2黏土這兩層土）的強度指標。因此，通過統計加固深度影響范圍內，偏軟黏土的物理力學指標變化情況，了解軟黏土物理以及力學指標的提升或者降低情況。將各鉆孔的室內土工試驗物理、力學指標以及現場標貫試驗擊數等指標進行統計，統計結果見表2 所示，剔除異常數據后計算平均值。

表2 真空預壓前后各鉆孔土樣物理和力學指標變化情況

根據表2 所示可知，經過真空預壓處理后各地層基本滿足含水率、孔隙比、壓縮系數變小，內聚力、內摩擦角、壓縮模量、標貫擊數變大的趨勢，說明經過真空預壓后各地層的物理、力學以及強度等指標都有一定的提升。對于②-1 淤泥質黏土、②-2 黏土這兩層土，含水率與孔隙比降低了10 %～15 %左右，壓縮模量分別提高了40 %和15 %左右，標貫擊數分別提高了50 %和60 %左右，②-1 淤泥質黏土層和②-2 黏土的直剪快剪與固結快剪的黏聚力指標均有升高，而②-1 淤泥質黏土層的內摩擦角升高、②-2 黏土內摩擦角降低。另外，由于真空預壓后②-1 淤泥質黏土層含水量與孔隙比的顯著降低，其定名發生變化，由原來的淤泥質黏土層變為黏土層。

4 結論

1）工程的真空預壓區軟黏土層具有含水量大、孔隙比大、壓縮模量小、強度低等特點，屬于工程的不良因素，需要進行地基處理；

2）經過真空預壓處理后各地層基本滿足含水率、孔隙比、壓縮系數變小，內聚力、內摩擦角、壓縮模量、標貫擊數變大的趨勢，說明經過真空預壓后各地層的物理、力學以及強度等指標都有一定的提升；

3）真空預壓的加固深度標高為-14 m 左右，即加固厚度在19 m 左右，且在加固深度范圍內，各層土樣的物理和力學強度指標均有所提升，特別是對軟土，效果明顯，但這種指標的提升程度隨著深度的增加而逐漸衰弱。

4）真空預壓后②-1 淤泥質黏土層含水量與孔隙比顯著降低，其定名發生變化，由原來的淤泥質黏土層變為黏土層。