直排式真空預壓法加固吹填土地基應用效果研究

王 文，李滄粟，李衛國

（1.臺州市椒江城市發展投資集團有限公司，浙江 臺州 318000；2.臺州開放大學，浙江 臺州 318000；3.臺州市社會發展工程管理有限公司，浙江 臺州 318000）

0 引言

臺州灣新區位于浙江省東部，部分沿海區域采用“圍海造田”的方式，解決土地短缺的問題。采用吹填造地技術快速加固淺層土體，使地表形成具有一定強度的硬殼層，讓原本的海域變成了陸地。然而，通過這種“圍海造田”技術形成的地基，只能滿足人員和輕型施工設備進場的需要，在工程建設前，還需要采用注漿、換填、預壓或樁基等方法對軟土地基進行二次加固，才能滿足工程建設要求［5，6］。本文通過浙江臺州灣新區在建工程項目實例，對浙江沿海區域大面積“圍海造田”吹填土地基采用直排式真空預壓法進行二次加固的效果進行研究。

1 工程概況［7］

某在建工程位于浙江臺州灣新區東側圍海造田陸域，項目用地約 18.1 萬 m2。項目四周規劃有城市道路，但均未建成，目前均為臨時道路，其中西側臨時道路路面已硬化。根據建設需求和現場實際情況，設計單位對整個場地分區塊采用不同方法進行加固處理，其中 12.0 萬 m2的地基采用直排式真空預壓法進行加固，剩余的 6.1 萬 m2采用其他工藝進行處理（后處理）。設計將真空預壓場地分四個區域，編號 1～4，各分區面積約為 3 萬 m2。具體平面布置及分區劃分情況如圖1 所示。

圖1 地基處理平面布置圖

真空預壓工程于 2020 年 3 月 11 日開工，4 月 18 日開始預抽真空，4 月 22 日開始全面抽真空（開泵率要求達到 100 %，膜下真空度 80 kPa 以上），8 月 25 日真空預壓卸載。真空預壓滿載施工時間為 125 d。

2 地質條件

建設場地屬沿海海涂地貌，表部為人工吹填淤泥，經淺層真空預壓固結處理，呈軟塑狀，地形平坦開闊，地面平均高程為 2.600 m。場地地下水水位埋深一般在 0.20～0.50 m，平均水位高程 2.250 m。根據地質勘察資料和現場調查，地基處理影響范圍內土層分布如下。

1）①1層。吹填土。淺黃灰色，原呈流塑狀，為吹填施工形成淤泥狀人工堆積物，物理力學性質極差。經淺層真空預壓固結處理，現表部呈軟塑狀，底部呈流塑狀，物理力學性質差。平均厚度約 3.36 m。

2）②1層。淤泥質粉質黏土。淺黃灰色，流塑，厚層狀，局部含粉土細團及貝殼碎屑，無搖振反應，韌性中等，干強度中等，局部為淤泥質黏土。具高壓縮性，物理力學性質差。平均厚度約 7.79 m。

2.8嚴格執行交接班制度,晨會交班、不同班組的交接班、與臨床科室的交接、與外來器械的交接、滅菌消毒流程中各環節的交接過程中,進一步發現問題、不斷完善,做到和諧、有序、銜接。

3）②2層。淤泥質黏土。灰色，流塑，厚層狀，偶含有機質及貝殼碎屑，無搖振反應，切面光滑，有光澤，韌性高，干強度高。具高壓縮性，物理力學性質差。平均厚度約 8.09 m。

4）②3層。淤泥。灰色，流塑，厚層狀，含少量有機質及貝殼碎屑，無搖振反應，切面光滑，有光澤，韌性高，干強度高，局部為淤泥質黏土。具高壓縮性，物理力學性質極差。平均厚度約 8.11 m。

3 設計要求

在真空預壓地基處理區域，按照每隔8 0 0～1 200 m2均勻布置一套射流真空泵要求，共布置真空泵 121 套。排水板采用可測深塑料排水板（B 型），排水板打設深度 15.0 m，間距 1.0 m，正方形布置。真空預壓期間，膜下真空度穩定在 80 kPa 以上，真空預壓滿載時間≥ 120 d。卸載時，根據監測數據，真空預壓區地表平均沉降量連續 5～10 d 每天≤2 mm，地基土體固結度達到 85 % 及以上。真空預壓施工中，需委托第三方進行過程監測。真空預壓完成卸載后，需進行施工質量檢測。

4 施工監測及檢測

施工監測主要是為了評價地基處理工程效果。通過監測數據，推算地基處理固結度和工后沉降量等數據，為確定卸載時間和評價地基處理效果提供依據。同時，通過地面測量，也為合理計算土石方量提供依據。根據設計要求，結合工程的實際情況，真空預壓監測項目及內容如表1 所示。第三方監測單位于 4 月 7 日進場作業，4 月 18 日開始監測，8 月 21 日完成全部監測工作。真空預壓前期監測頻率為每天一次，待地基沉降逐步趨于穩定后，監測頻率逐步調整至 4～5 d 一次。

表1 真空預壓監測項目及內容一覽表

施工檢測主要是為了檢驗施工質量和檢查設計是否符合實際要求。檢測內容包括十字板剪切強度試驗、平板載荷試驗和室內土工試驗等。檢測單位于8 月 26 日進場作業，9 月 6 日完成工作任務。

5 加固效果

5.1 場地地表沉降

地表沉降主要是由于土中水、氣的排出，土顆粒之間的孔隙減小，土體固結。地表沉降情況可以通過觀測真空膜表面的地表沉降標識得到。地表沉降的數據最能直觀反映軟土地基加固的效果。本項目在真空預壓區內均勻設置了 18 個沉降觀測點，以抽真空滿載日期 4 月22 日作為監測的起始時間，繪制場地地表沉降趨勢圖（見圖2）。

從平均沉降量來看，在真空預壓的第 15 d（5 月 7 日），沉降量達到真空預壓期間總沉降量的5 0.0 %；第 32 d（5 月 24 日），沉降量達到真空預壓期間總沉降量的 70.0 %；第 44 d（6 月 5 日），沉降量達到真空預壓期間總沉降量的 80.0 %；第 69 d（6 月 30 日），沉降量達到真空預壓期間總沉降量的 90.0 %。

從平均沉降速率來看，可以分為三個階段。第一階段，真空預壓開始至第 15 d，地表的沉降速率最大，可以達到 29.2 mm/d；第二階段，真空預壓第 15～44 d，沉降速率稍有放緩，但還是保持較快，沉降速率為 9.1 mm/d。第三階段，真空預壓第 44～120 d，降速率為 2.3 mm/d，沉降速率逐漸降低并趨于穩定。

在整個監測時間段里，真空預壓期間的最大沉降量為 941 mm，最小沉降量為 643 mm，總平均沉降量為 875 mm，最后 10 d 的平均沉降速率為 1.4 mm/d，小于設計要求 2.0 mm/d，利用三點法推算的地基平均固結度為 91.8 %，達到了設計要求的卸載標準。

5.2 孔隙水壓力

孔隙水壓力的消散值是衡量真空度傳遞和土體固結情況的重要指標。真空預壓區場地內埋設了 18 個孔隙水壓力監測孔點，每點布置 6 個孔隙水壓力計，孔隙水壓力計埋深為-3、-6、-9、-12、-15、-18 m，用以觀測預壓期間每個深度段孔隙水壓力消散情況。本文以第 11 個監測孔 CJ11 為例，繪制孔隙水壓力時程曲線圖（見圖3），分析真空預壓過程中，各深度孔隙水壓力消散情況。

由圖3 可見，在抽真空的前 15 d，孔隙水壓力消散最為明顯；在抽真空前 44 d，孔隙水壓力消散較快，隨著時間延續，后期孔隙水壓力消散趨于平緩。在時間上，孔隙水壓力時程曲線圖反應的孔隙水壓力消散情況，與場地地表沉降情況是相一致的。同時可以發現，孔隙水壓力計各深度的時程曲線圖的波形基本一致，這說明在抽真空過程中，真空度在向排水板深度傳遞過程中的損耗不大，地基處理影響范圍包含在整個地基的深度。

5.3 分層沉降

分層沉降監測點埋設于孔隙水壓力監測旁，共布置 18 個監測點，各磁環埋深位置為-3、-6、-9、-12、-15、-18 m。通過深層分層沉降儀觀測得到各環的沉降量，繪制土層各深度的沉降時程曲線。

本文以第 11 個監測孔 CJ11 為例，繪制分層沉降趨勢曲線圖（見圖4），分析真空預壓過程中，地基土分層沉降情況。曲線圖顯示，在抽真空初期，不同深度的磁環均下降明顯，前 15 d 沉降速率較大，各分層的沉降量均達到真空預壓期間總沉降量的 50 % 以上；至第 44 d，各分層的沉降量均達到真空預壓期間總沉降量的 85 % 以上。隨著時間軸的推移，各點的沉降速率開始逐漸變小，沉降曲線趨于緩和。

圖4 CJ11 監測點分層沉降趨勢圖

另外，對比各埋置深度的沉降曲線后發現，埋深較淺的土層，抽真空期間沉降值和沉降速率均明顯大于埋深較深的土層；深度＞12 m 的土層，沉降曲線在抽真空的全過程中一直比較平緩。這說明，真空預壓的效果隨著土層深度的增加不斷減弱。

5.4 深層土體水平位移

在真空預壓區場地的周邊，共布置 12 個深層土體位移測斜孔，監測不同深度土體在真空預壓期間產生的水平位移量和位移方向。

根據監測，12 個監測孔位的深層土體均發生水平位移，主要水平位移發生在 10 m 以上的土層，位移量以地表處最大，隨著深度的增加，土體水平位移量不斷減少。各監測孔位最大位移值及相應的位置如表2 所示。最大水平位移位于 CX5 監測點，水平位移最大值為 172.2 mm，位于土層表面。根據監測，所有深層土體水平位移方向均朝向真空預壓區，由于土體水平位移是向內的，并未發生周邊土體失穩現象。

表2 深層土體最大位移及位置一覽表

向內的水平位移導致了場地周邊土體產生較大開裂，根據現場測量，本項目西側地面最大裂縫寬度達到 15 cm。由于本項目周邊無建（構）筑物和重要城市道路，在抽真空期間，僅采取常規如制定應急處置預案、加強監測等措施，而未對開裂部位進行加固和防護。

5.5 地下水位

場地周邊共布置 12 個水位監測孔，水位管孔深 18.0 m，用于監測抽真空期間地下水位變化情況。初始平均水位 2.250 m，抽真空 120 d 后，平均水位降至-6.506 m，整個抽真空期間水位平均下降 8.756 m。根據各水位監測孔的監測數據，取水位平均值，繪制地下水位變化趨勢圖（見圖5）。

圖5 地下水位變化趨勢圖

根據曲線圖，在抽真空的前半期，地下水位一直持續下降，至第 65 d（6 月 25 日），水位平均下降值已基本達到最終的下降值。在抽真空的后半期，地下水位變化曲線逐漸趨于平緩，地下水位保持在相對穩定的深度。

5.6 周邊地面

在場地外的東西兩側的臨時道路側邊，共布置 12 個沉降監測點。根據監測數據分析累計沉降值與點位的關系，三個較大沉降值的點位均距離場地較近，其中最大值為 126 mm，位于西側中段。三個較小沉降值的點位均距離場地較遠，其中最小值為 17 mm，位于東側道路的最北點位。說明本項目真空預壓施工對于周邊道路影響總體是較小的，周邊地面、道路的變形是穩定可控的。

5.7 地基土層物理力學性能指標

真空預壓施工結束后，經過工后取樣與室內土工試驗，列表對加固前后的土體的物理力學性能指標進行比較（見表3）。數據表明，經過真空預壓，排水板埋置深度范圍內的②1層淤泥質粉質黏土和②2層淤泥質黏土的含水率分別降低了 12.98 % 和 8.86 %，孔隙比分別降低了 17.34 % 和 11.19 %，其他指標如天然重度、壓縮模量等指標均有所提高。經過真空預壓，土體的物理力學性能指標得到了明顯改良，加固效果顯著。

表3 真空預壓前后地基土體的物理力學指標

5.8 淺層平板荷載試驗和十字板剪切試驗

真空預壓完工后，進行淺層平板載荷試驗和十字板剪切試驗。淺層平板荷載試驗共隨機選取了 6 個點位，試驗壓板面積為 1.0 m2，根據 GB 50007－2011《建筑地基基礎設計規范》，試驗點的地基承載力特征值為 60 kPa，檢測試驗結果均能滿足設計要求（地基承載力特征值≥60 kPa），荷載試驗具體情況如表4 所示。十字板剪切試驗共進行了 20 個孔位的試驗，檢測試驗結果均滿足設計要求（3 m 以上≥15 kPa，3 m 以下≥10 kPa）。兩項試驗表明，經過真空預壓，地基承載能力有了大幅提高。

表4 淺層平板載荷試驗成果表

6 結論和建議

1）在海相沉積和早期吹填形成的軟土地基，采用直排式真空預壓法，土體的物理力學性能指標得到了明顯改善，地基承載能力有了大幅提高，加固效果明顯，加固技術可行。

2）采用直排式真空預壓法，土體在各向同性的應力作用下發生整體向內收縮的固結，因此不會發生因抽真空加載速率過快而引起的土體失穩，場地周邊的土體是安全的，這也是直排式真空預壓相比堆載預壓法的一個明顯優勢。

3）從監測的孔隙水壓力時程曲線圖來看，排水板在各深度位置傳遞真空度的損耗不大，但從分層沉降趨勢曲線圖來看，深度＞12 m 的土層，沉降曲線在抽真空的全過程一直比較平緩，深度過大的土層加固效果則不佳。根據本項目實踐，綜合考慮經濟性和加固效果，排水板打設深度不宜＞15 m。

4）根據本項目真空預壓期間的地表沉降、孔隙水壓力、分層沉降、地下水位等監測數據，綜合分析，加固區土體固結主要發生在抽真空的前 60 d，后期抽真空施工是為了減少工后沉降。在類似地質條件下，如項目對工后沉降要求不高且工期較緊，抽真空施工時間可以按 60 d 考慮。

5）因項目所在臺州灣區為吹填成陸，軟土層厚度大，豎向排水管未穿透軟土層，建議后期可對項目進行長期跟蹤觀測，取得直排式真空預壓法處理軟土地基后的場地長期沉降數據，為同類工程提供參考。Q