高潮

（中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

0 引言

在我國沿海和內(nèi)陸的湖沼地區(qū)經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基的問題，特別是近年來沿海灘涂的開發(fā)及圍海造陸工程的進(jìn)行，需要對新吹填的軟土進(jìn)行處理。

對大面積軟土地基進(jìn)行處理尤其是對新吹填土進(jìn)行處理時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到表層土很差，處于流塑狀的淤泥甚至流泥，這種新吹填的土顆粒極細(xì)、含水量很大、壓縮性很高、強(qiáng)度極低、固結(jié)速率極慢，機(jī)械設(shè)備無法在地基土上操作，因此給軟基處理施工帶來很大困難。目前主要采用在地基表面鋪設(shè)土工布荊芭等材料后，用人工填土、填砂形成墊層[1-3]，再用輕型機(jī)械進(jìn)行打設(shè)排水板等施工作業(yè)。這種方法存在的主要問題是：

1）由于工期需要，直接在新近吹填的軟土上鋪設(shè)傳統(tǒng)墊層，施工難度大甚至難以實(shí)現(xiàn)，安全隱患也大；

2）由于墊層下土質(zhì)很差，打設(shè)排水板時(shí)，大量泥漿沿排水板孔噴出，造成砂墊層污染，影響排水效果。

這些都為后期的預(yù)壓處理帶來困難，影響軟基處理的效果。因此迫切需要開發(fā)一種快速便捷的淺層軟土加固方法。

“真空吸水淺層軟土加固法”的基本原理與真空預(yù)壓相同，是直接對地基表層進(jìn)行加固（加固深度可控），形成硬殼層，可在其上直接鋪設(shè)砂墊層，較好地解決了上述兩個(gè)問題。

在一些僅需淺層加固即可達(dá)到使用要求的地基或場地，可采用“真空吸水淺層軟土加固法”結(jié)合人工插排水板使地基土達(dá)到固結(jié)要求。

1 施工工藝

在某港口新近吹填區(qū)選取一塊8 m×10 m場地，進(jìn)行真空吸水淺層軟土加固試驗(yàn)，試驗(yàn)深度為1 m。需要的材料包括無紡布、土工格柵、塑料排水板、塑料密封膜、濾管、真空預(yù)壓出膜裝置、真空泵、孔隙水壓力測頭等。

在試驗(yàn)前先將現(xiàn)場需用材料進(jìn)行組裝，具體步驟為：

1）鋪一層無紡布；

2）無紡布上鋪一層土工格柵；

3）土工格柵上平鋪一層塑料排水板，要求塑料排水板排列緊密，不留縫隙，并和土工格柵以及無紡布綁扎牢靠；

4）按照豎向塑料排水板正方形布置，間距為60 cm，在平鋪的塑料排水板上做出標(biāo)記，并預(yù)留插豎向塑料排水板的插口，要求插口穿透土工格柵和無紡布；

5）將事先剪好的長度為2.6 m的塑料排水板兩頭插入相鄰的兩個(gè)預(yù)留的插口中，并穿透土工格柵和無紡布，保證無紡布下每個(gè)塑料排水板外露1 m；

6）將以上組裝好的材料卷好運(yùn)至施工現(xiàn)場，從一邊開始攤開，邊展開邊將外露的塑料排水板插入地基中；

7）埋設(shè)孔隙水壓力測頭，擺放真空濾管，安裝出膜裝置；

8）上鋪一層無紡布；

9）鋪三層塑料密封膜；

10）將真空泵與出膜裝置進(jìn)行連接，開始真空抽氣施工。

2 加固效果

本次試驗(yàn)進(jìn)行真空預(yù)壓施工，累計(jì)預(yù)壓時(shí)間為23 d。

2.1 十字板檢驗(yàn)

按GB50007-2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值公式[4]為：

式中：fa為由土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值；Mb，Md，Mc為承載力系數(shù)；γ，γm分別為基礎(chǔ)底面以下和以上土的重度；ck為土的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值。

當(dāng)ck采用原位十字板抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，φ=0，則Mb=0，Md=1，Mc=3.14，則

不考慮地基土埋深修正，利用下式可求出地基承載力特征值：

式中：Cu為十字板抗剪強(qiáng)度。

在真空預(yù)壓施工前先進(jìn)行了加固前的十字板檢驗(yàn)，加固前后的檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 十字板強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表kPa

2.2 載荷試驗(yàn)

載荷試驗(yàn)相當(dāng)于基礎(chǔ)受荷時(shí)的模型試驗(yàn)，比較直觀，普遍認(rèn)為成果比較可靠，在地基處理效果檢驗(yàn)中被廣泛采用，所以在本試驗(yàn)中也使用載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)加固后的效果。

本試驗(yàn)采用0.5 m2方形載荷板，載荷共分8級，每級加荷為20 kPa，每級荷載下的沉降分別為：20 kPa，1.89 mm；40 kPa，3.98 mm；60 kPa，8.04 mm；80 kPa，13.45 mm；100 kPa，19.26 mm。試驗(yàn)過程中，當(dāng)載荷加至120 kPa時(shí)沉降急劇增大，故終止試驗(yàn)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，確定該處地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為50 kPa[4]。載荷試驗(yàn)的荷載-沉降曲線見圖1。

圖1 荷載-沉降曲線

2.3 孔隙水壓力檢驗(yàn)

插完塑料排水板后在加固區(qū)內(nèi)布置了6個(gè)孔隙水壓力測頭，埋設(shè)深度分別為3個(gè)0.3 m和3個(gè)1.0 m。圖2為真空預(yù)壓過程中孔隙水壓力消散過程線，根據(jù)孔隙水消散計(jì)算地基固結(jié)度[5]：

式中：Ut為計(jì)算點(diǎn)某時(shí)刻的固結(jié)度，%；Δu為計(jì)算點(diǎn)某時(shí)刻孔隙水應(yīng)力實(shí)際消散值，kPa；P為預(yù)壓荷載（膜下真空度或設(shè)計(jì)預(yù)壓荷載80 kPa和由欠固結(jié)引起的超孔隙水壓力之和）。

圖2 真空預(yù)壓過程中孔隙水壓力消散過程線

利用孔隙水壓力消散結(jié)果推算出的固結(jié)度僅代表孔隙水壓力傳感器埋設(shè)處的固結(jié)度，根據(jù)孔隙水壓力消散結(jié)果，計(jì)算土層內(nèi)不同深度的固結(jié)度如表2所示。

表2 土層內(nèi)不同深度的固結(jié)度

2.4 強(qiáng)度增長

根據(jù)加固前的鉆孔取土指標(biāo)、現(xiàn)場原位測試結(jié)果及對監(jiān)測資料的分析，根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》采用的強(qiáng)度增長公式，對加固區(qū)進(jìn)行強(qiáng)度增長推算[5]，結(jié)果見表3，可見強(qiáng)度增長效果明顯。

式中：Cu為十字板強(qiáng)度；Ut為固結(jié)度（根據(jù)孔隙水壓力計(jì)算的固結(jié)度）；Δσ為先期附加應(yīng)力；φcu為固結(jié)快剪內(nèi)摩擦角；τ為強(qiáng)度增長值；f為地基承載力。

表3 強(qiáng)度增長推算結(jié)果

2.5 加固前后土性指標(biāo)變化

為檢驗(yàn)加固效果，在加固前后各進(jìn)行了2孔取土試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 土工試驗(yàn)成果匯總表

從土工試驗(yàn)成果匯總表看，加固前后不同深度處土的物理指標(biāo)改善較大，含水量大幅度降低，密度增加，孔隙比、壓縮指數(shù)等指標(biāo)降低，加固效果明顯。

2.6 加固效果分析

根據(jù)載荷試驗(yàn)結(jié)果看，加固后的地基承載力達(dá)到了50 kPa，這是比較直觀和準(zhǔn)確的，與通過強(qiáng)度增長公式推算的地基承載力基本相吻合。根據(jù)十字板強(qiáng)度推算的地基承載力1.0 m深度處數(shù)值為58.8 kPa，也和通過載荷試驗(yàn)結(jié)果比較接近，說明加固后地基承載力基本在50 kPa左右。十字板強(qiáng)度在0.3 m處強(qiáng)度偏高，有檢驗(yàn)點(diǎn)的選取和具體的實(shí)際操作以及十字板強(qiáng)度檢驗(yàn)本身的局限性造成。

3 結(jié)論

通過本次真空吸水加固軟土地基的試驗(yàn)，可以看出經(jīng)過短時(shí)間的真空預(yù)壓抽氣施工，新近吹填的超軟土地基表層土加固后地基的強(qiáng)度增長明顯，基本滿足上部輕型機(jī)械的使用要求，為進(jìn)一步深層地基的處理提供理想的條件。

試驗(yàn)所用真空吸水材料經(jīng)過改進(jìn)加工可成為重復(fù)使用的定型產(chǎn)品，進(jìn)一步降低費(fèi)用，加快周轉(zhuǎn)速度。

真空吸水淺層軟土加固法，是一種全新的淺層加固法，它主要處理超軟土地基，豐富了淺層地基處理的方法。

[1]張敬.塑料排水板在天津港口建設(shè)中的研究和應(yīng)用[C]//水運(yùn)工程科技論文選編.天津：天津港灣工程研究所，2005.

[2]楊京方，季宏民，武霄.沿海潮差帶黏性土地基上的一種新型圍埝結(jié)構(gòu)[J].中國港灣建設(shè)，2009（3）：30-33.

[3]李衛(wèi)，白金勇，楊京方，等.淺層真空預(yù)壓法在加固新吹填粉土及粉質(zhì)黏土地基中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè)，2010（4）：12-14.

[4]GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]JTJ250-98，港口工程地基規(guī)范[S].