珠海橫琴某厚層軟土場地真空預壓地基處理分析論證

陳嬌

廣東省地質局第一地質大隊 廣東 珠海 519000

1 引言

軟土是指天然孔隙比≥1.0，且天然含水量＞液限的細粒土，包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等。軟土物理力學性能差，軟土地基受振動荷載后，易產生側向滑動、沉降或基礎下土體擠出現象；軟土對建筑物地基沉降有較大影響，對斜坡、堤岸、碼頭和地基穩定性不利；軟土地基上的建筑物沉降量大，軟土地基承載力很低，軟土邊坡穩定性極差；軟土地基在加載初期常出現較高的孔隙水壓力，影響地基強度。對厚層軟土場地，最為常見的地基處理方法為預壓法。預壓法一般分為堆載預壓、真空預壓和真空～堆載聯合預壓三類。本項目采用真空預壓法對厚層軟土場地進行軟基處理，以下擬對項目概況、場地地質條件、設計概況、施工概況和處理效果進行分析探討[1]。

2 項目基本概況及周邊環境

項目位于廣東省珠海市橫琴新區，處理面積約40400㎡。軟基處理前，場地周邊環繞已建成的市政道路和排洪渠，周邊場地均已進行軟基處理。場地內普遍分布巨厚軟土（淤泥和淤泥質土），厚度一般在25～40m之間，為削弱軟土對擬建建構筑物的影響，采取真空預壓對場地軟土進行處理，為加速預壓過程，采用塑料排水板做豎井進行排水。

3 場地地形地貌、氣象條件及水工環地質條件

場地原始地貌為海陸交互相沉積地貌。地面標高1.86～5.94m，平均標高4.37m，地勢平坦。緊鄰多條交通要道，交通十分便利。珠海市位于珠江口伶仃洋西岸，區域氣候屬亞熱帶海洋性氣候。

根據區域地質資料，北東向斷裂及北西向斷裂是本區域產生地震的主要地質構造。在珠海三角洲地區，歷史上發生過10次4至5級地震，最大震級為5級，于1905年發生在磨刀門海域。本場地在鉆探深度范圍內未見斷裂構造。場地及附近未見到崩塌、滑坡及泥石流等其它不良地質現象[2]。

根據鉆探揭露，按巖性、地質年代和成因類型來劃分，場地內巖土層自上而下為第四系人工填土（Qml）、第四系海陸交互相沉積層（Qmc）（主要為淤泥、淤泥質土、粉質黏土和粗/礫砂）、殘積層（Qel）和花崗巖風化層。其中：人工填土主要為雜填土、吹填土，雜填土主要由黏性土、砂土及碎石塊、塊石、建筑垃圾等組成，吹填土主要由吹填砂組成，普遍含較多粉細砂及黏粒，人工填土松散，未完成自重固結，層厚1.00～12.20m，平均厚度3.82m；淤泥呈飽和、流塑狀態，含少量有機質，有泥臭味，局部夾較多石英砂粒及貝殼碎片，層厚13.10～20.10m，平均厚度18.18m；淤泥質土呈飽和、流塑狀態，局部含少量貝殼、砂粒等硬雜質，略具臭味，層厚14.70～24.00m，平均厚度19.02m；粗/礫砂呈飽和，中密狀態，主要為石英，次棱角狀，分選性差，層厚4.20～5.60m，平均厚度5.00m。

擬建場地內除地勢低洼及水塘處有積水外，普遍未有地表水分布。地下水主要為填土層中的潛水和砂層中的承壓水。場地地下穩定水位為0.70m～1.60m，平均埋深1.22m，地下水位標高0.66m～4.99m，平均標高3.15m，地下水位較高。本場地長年水位埋深變化幅度約2.0m。

4 設計概況

根據施工圖，本項目采用真空預壓處理，處理面積40473.33m2，按1個處理區考慮。剖面圖如圖1所示。

處理范圍內主要為淤泥，排水板采用SPB-C型原生塑料排水板，板長最大25m，間距1m*1m，上部預留不小于0.6m（未計入有效樁長）；處理邊界打設粘土密封墻；粘土攪拌樁直徑700mm，樁距500mm，樁底進入淤泥層不小于3.0m。粘土攪拌樁摻入3%水泥；布設真空預壓管系統后鋪設一層200g/m2的編織土工布；鋪設密封膜2層，密封膜下鋪編織土工布2層，上覆水不小于50cm，密封膜周邊壓入密封溝；抽真空裝置：布置1臺節能控制室，配備兩臺節能真空泵，一臺施工，一臺備用，每臺節能真空泵功率55kW。1臺真空泵連接5臺水氣分離罐，每臺水氣分離罐連接8～12個出膜裝置，采用節能泵抽真空。抽氣后膜下真空度應保持≥80kPa。真空泵與真空干管之間設截止閥；停泵時，應先關截止閥。

卸載標準：固結度≥80%、滿載預壓期≥90天、連續5天實測沉降速率≤2mm/d。

竣工驗收標準：表層承載力≥90kPa、處理范圍內十字板剪切試驗代表值≥25kPa。

檢測與監測：監測項目包括淺層沉降觀測、膜下真空度、周邊位移共3項，檢測項目包括鉆孔取土樣試驗和十字板原位試驗。

5 施工概況

項目于2021年4月開工，項目部由項目經理、副經理、技術負責和五大員組成。施工順序如圖2，投入插板樁工、攪拌樁工、土方工等共計40余人，主要施工機械設備為挖掘機、插板樁機、攪拌樁機、XY-100鉆機。施工過程中未發生安全生產事故，文明施工和環境保護均滿足廣東省的文明施工與環保管理辦法。于2021年11月竣工，共計施工232天，竣工驗收合格。

圖2 主要施工工序和施工順序圖

施工過程中遇到的主要技術難題：在最初的排水板和攪拌樁施工中發現場地表層廣泛分布填石和建筑垃圾，且粒徑較大，0.2～1.5m不等，導致排水板和攪拌樁難以順利施工，已施工的排水板和攪拌樁質量很差。與業主、監理協商后采取挖機翻挖的措施，將淺部較大的填石和建筑垃圾翻挖運出場地后再施工。但隨著翻挖工作的推進，發現大部分區域填石、建筑垃圾厚度較大，局部甚至超過10m，因此在翻挖可達深度下部仍有大塊填石和建筑垃圾的區域，采用鉆機引孔后再打設排水板；在引孔后也難以施工排水板的區域，與業主、監理協商后變更排水板長度。受場地工程地質條件影響，施工進度較計劃進度滯后15天[3]。

6 真空預壓軟基處理效果分析與結論

以下分別對監測和檢測數據進行分析，以探討論證本次真空預壓工程對厚層軟土場地的地基處理效果。

6.1 沉降位移數據分析論證

通過對軟基處理前后地表高程的測量，結合場地地質條件、施工情況、淺層沉降監測數據和周邊位移監測數據，得出如下結論：

①場地經真空預壓軟基處理后，地面發生明顯沉降，沉降量0.3～1.6m不等；

②沉降量不均勻。其中，場地北側填石和建筑垃圾較厚區域，因排水板難以施打導致排水板數量少、長度短，沉降量普遍在0.3～0.6m之間；場地南側排水板施工質量較好，沉降量普遍在0.8～1.4m之間。

6.2 鉆孔取土樣試驗和十字板原位試驗數據分析論證

軟基處理前，在7個鉆孔中取土樣進行室內巖土測試；軟基處理后，在2個鉆孔中取土樣進行室內巖土測試。對軟基處理深度范圍內的軟土室內巖土測試參數進行統計，結果如表1。

表1 軟基處理前后軟土（處理深度范圍內）主要室內巖土測試參數統計表

軟基處理后，對6個檢測孔進行了十字板剪切試驗，統計結果如表2。

表2 軟基處理后軟土（處理深度范圍內）十字板剪切試驗參數統計表a

通過對表1和表2的數據分析可得出以下結論：

①真空預壓處理后，軟土物理性質、固結指標和直剪指標變化顯著。其中，含水率降低約12.8%、飽和度降低約4.6%、孔隙比降低約8.9%、壓縮模量增大約19.2%、粘聚力（直接快剪）增大約22.4%、內摩擦角（直接快剪）增大約8.1%。

②處理深度范圍內十字板剪切試驗代表值≥25kPa，滿足設計要求。

③隨處理深度加深，原狀軟土的抗剪強度有逐漸降低的趨勢，軟基處理效果越來越差。

綜上所述，本項目采用真空預壓對厚層軟土場地進行軟基處理效果良好，場地普遍產生顯著地面沉降，軟土天然含水率和孔隙比顯著降低，飽和度降低較少，壓縮模量和粘聚力顯著提高，內摩擦角增大明顯。