王 彬，顧鳳祥，李學東，王玉海，殷愛峰

(江蘇蘇州地質工程勘察院， 江蘇 蘇州 215129)

長江流域和東部沿海地區(qū)是我國經濟發(fā)展相對發(fā)達地區(qū)，近年來，隨著社會的進步，經濟的發(fā)展，興建了大量的基礎工程設施，例如軌道交通、高層建筑深基坑、碼頭以及市政工程等。在軟土地區(qū)的各種工程建設中的問題隨之而來，由于軟土路基承載力低、易于變形，難于滿足工程要求，必需對其進行加固處理。

目前軟土路基處理方法主要有堆載預壓法、真空預壓法及真空-堆載聯合預壓法、換填墊層法、水泥土攪拌樁法等[1,2]。真空-堆載聯合預壓法是在真空預壓法和堆載預壓法基礎上發(fā)展起來的軟基加固方法，具有真空預壓和堆載預壓的雙重效果，與其他加固方法相比，具有加快土體固結速度，增大加固深度、減少后期固結沉降和防止剪切破壞的優(yōu)點[3,4]。

蘇州工業(yè)園區(qū)桑田島地區(qū)市政道路沿線分布有大量的軟土，該地區(qū)軟土不僅有含水量高、孔隙比大、強度低、滲透性小的共性，還具有有機質含量高，縱橫向分布不均勻的特性。為確保公路建設的安全和質量，選取代表性路段作為試驗段，采用真空-堆載聯合預壓法進行加固。通過對監(jiān)測數據分析表明，本試驗段采用真空-堆載聯合預壓法處理是成功的。

1 真空-堆載聯合預壓法加固機理

真空-堆載聯合預壓法是在堆載預壓的同時借助大氣壓力，使兩者聯合發(fā)揮作用，加快土體固結。其原理就是通過抽真空設備，使加固土體內部與排水通道砂墊層之間產生壓差，在此壓差作用下，土體內孔隙水壓力大于塑料排水板內孔隙水壓力，在塑料排水板內外形成水力梯度，促使土體內孔隙水排出，達到加固軟土的目的[5]。

根據太沙基有效應力原理公式σ=u+σ′，真空-堆載聯合預壓加固軟基的實質是將孔隙水壓力轉化為有效應力。其加固過程可以表示為σ+σ1=u1+σ1′+u2+σ2′(式中：σ表示土中任意點的總應力；σ1表示堆載產生的總應力；σ1′、σ2′為土體骨架所承擔的有效應力；μ1表示堆載產生的超孔隙水壓力的絕對值，μ2表示真空度產生的孔隙水壓力的絕對值)，可以看出，真空-堆載聯合預壓法就是通過增加總應力的同時減少孔隙水壓力來增加土體的有效應力，從而加速土體的固結與沉降[6～8]。

2 工程地質條件

桑田島位于蘇州工業(yè)園區(qū)內，隸屬于長江三角洲東南緣太湖水網平原東部。受沉積環(huán)境、工程水文地質條件、自然環(huán)境條件、水流的影響形成了桑田島軟土特有的工程性質。本地區(qū)第四紀以來，運動以沉降為主，廣泛接受堆積，形成廣闊的沖積、湖積平原地貌。

根據勘查資料，桑田島地區(qū)土層分布自上而下依次為：①素填土：灰色，松散，以粘性土為主，面局部含少量碎石、磚塊，含較多植物根莖。層頂標高-2.67～3.12 m。②1淤泥質粉質粘土：灰色，流塑，高壓縮性，稍有光澤，中等韌性，中等干強度。層頂標高-3.57～1.2 m。②2淤泥質粉質粘土：灰色，流塑，高壓縮性，稍有光澤，中等韌性，中等干強度，無搖震反應。層頂標高-16.58～-1.78 m。③粉質粘土：灰色，軟塑，中偏高壓縮性，稍有光澤，中等韌性，中等干強度。層頂標高-12.86～0.99 m。③1淤泥質粉質粘土：灰色，流塑，高壓縮性，稍有光澤，中等韌性，中等干強度，無搖震反應。層頂標高-1.05 m。各土層物理力學性質見表1。

表1 各土層主要物理力學性質指標

3 現場工作布置

桑田島市政道路總長度5.5 km，其中東延路試驗段長度260 m，里程樁號為K1+450～K1+710，該區(qū)域地形地貌特征，尤其是軟土空間分布情況，具有很強的代表性。

為研究真空-堆載聯合預壓處理方法的地基沉降變形規(guī)律，在監(jiān)測斷面埋設測斜管、分層沉降環(huán)、孔隙水應力計等設備對路堤施工實行動態(tài)觀測。監(jiān)測內容主要包括：①地表沉降觀測；②地基分層沉降監(jiān)測；③地基孔隙水壓力監(jiān)測；④地下水位監(jiān)測；⑤水平位移監(jiān)測；⑥十字板剪切試驗。限于篇幅，這里僅給出地表沉降和水平位移觀測的有代表性監(jiān)測結果。

在本試驗段共布置3個主要監(jiān)測斷面。斷面里程號分別為：K1+480、K1+580、K1+680。與斷面里程號相對應的沉降觀測點號分別為：C1、C2、C3。每個觀測斷面又分為三個監(jiān)測點，分別編號1、2、3，其中1、3號點位于路肩，2號點位于路中。深層水平位移監(jiān)測點分別位于監(jiān)測斷面兩側路肩位置。沉降板在鋪膜后抽真空前埋沒，其它儀器則在鋪膜埋管前埋沒，為取得孔壓、分層及測斜數據穩(wěn)定值，相應儀器必須在距離抽真空前3d埋設。觀測系統的平面布置見圖1。

4 觀測結果及分析

4.1 地表沉降分析

地表沉降觀測是軟基沉降分析的基礎，其變化規(guī)律是控制公路路基施工進度和安排后期施工的重要依據[9]。整個聯合預壓處理過程歷時169 d，抽真空3 d后膜下真空度穩(wěn)定在600 mmHg柱以上(相當于80 kPa以上的等效壓力)，最終整體堆土高度3 m。表2是三個觀測斷面在真空-堆載聯合預壓歷時169 d時的地表沉降觀測資料。

由表2可以看出，單次沉降量和變化速率最大處均位于K1+480監(jiān)測斷面。根據現場踏勘及勘查報告分析其原因，是由于K1+480斷面淤泥層厚度比K1+580、K1+680斷面厚度大?？梢娬婵?堆載聯合預壓法在處理深厚軟土路基時效果尤為明顯。

表2 加固區(qū)測點地表沉降統計表

由表2可以看出，單次沉降量和變化速率最大處均位于K1+480監(jiān)測斷面。根據現場踏勘及勘查報告分析其原因，是由于K1+480斷面淤泥層厚度比K1+580、K1+680斷面厚度大?？梢娬婵?堆載聯合預壓法在處理深厚軟土路基時，其效果尤為明顯。

圖2為整個施工過程中9個觀測點的地表沉降曲線。最大沉降量位于斷面K1+680處C1-2觀測點，沉降量為1639 mm，斷面最大平均沉降為1541 mm，有效減少了后期固結沉降。從聯合堆載的處理機理上分析，塑料排水板形成豎向排水通道，縮短排水路徑，在真空預壓和填土荷載聯合作用下，有利于整個軟土層的孔壓消散和固結沉降。同時由于作用在路中的荷載大于路肩，因此路中與路肩變形不協調，存在沉降差，導致路基沉降向路中收斂。

4.2 固結沉降速率分析

圖3為地表沉降平均變化速率時程曲線，可以看出，在真空預壓前期階段，隨著膜下真空度的提升，沉降速率變大，最高達60 mm/d。當膜下真空度上升到80 kPa，預壓45 d后沉降速率逐漸變小，維持在5 mm/d以下，沉降逐漸趨于穩(wěn)定。此時，可以進行下一階段的堆載聯合預壓。由此可知，蘇州河湖相軟土在真空預壓45 d后可以進行填土的堆載施工。

圖2 地表沉降曲線

截至10月25日平均速率為0.83 mm/d，連續(xù)10天路中監(jiān)測點平均沉降速率為0.84 mm/d，達到設計提出的路中心點沉降速率連續(xù)10天的平均值小于1 mm/d的要求。同時表明真空-堆載聯合預壓加速固結沉降，消除工后沉降效果極為明顯。

圖3 地表沉降平均變化速率時程曲線

由圖3還可以看出，真空預壓初期及堆載初期地表沉降速率較大，隨時間的延長沉降速率變緩，說明在荷載不變的情況下，土體的固結是隨時間而收斂的[10]。

4.3 水平位移分析

在負壓的作用下，土體側向變形是收縮變形，表現為水平位移向加固區(qū)中心移動，并且位移量隨深度增加而減小[11]。圖4和圖5是K1+480監(jiān)測斷面位于路基兩側即路肩位置的水平位移曲線。

圖4 CX1-1(路肩)深層土體水平位移曲線

圖5 CX1-2(路肩)深層土體水平位移曲線

從圖中可以看出，在聯合預壓開始后，0～26 m深度范圍內土體向路中位移較明顯，靠近地面處位移達374.32 mm，說明處理影響深度達26 m，為路基聯合處理的主要壓縮層。0～20 m內水平位移為正值，表明真空預壓的水平位移是“向心”的，該區(qū)域土體整體向路基內收縮變形，避免了由于擠出變形而造成的地基失穩(wěn)。

20～26 m深度內，隨著離加固區(qū)距離變大，這種“向心”作用明顯減小，收縮變形與擠出變形由相抵消變?yōu)閿D出變形占優(yōu)勢，表明26 m以下土體變形受堆載預壓影響比受真空預壓影響大。

5 真空預壓處理效果分析

通過室內土工試驗，對加固前后同一深度的土層物理力學參數指標進行對比。從表1、表2加固前后路基土物理力學性質指標可以看出，加固后土層含水率總體上減小。淺部含水率減小幅度較大，深部相對較小，這也與淺部土體變形位移較大、深部較小相吻合。加固后土體的孔隙比較加固前減少,并且淺部減少的幅度大，深部減少的幅度小。

表3 加固后各土層主要物理力學性質指標

在深度20 m范圍內，含水率、孔隙比等物理力學性質指標均發(fā)生了較大的變化，表明真空聯合堆載的效果是明顯的。

6 結 論

(1)采用真空-堆載聯合預壓法加固軟土路基，在河湖相軟土地基處理中效果顯著，大幅度提高了軟土地基的物理力學性質及承載能力，在類似工程中推廣應用是可行的。

(2)地表沉降在空間上分布不均勻，表現為路基邊緣沉降相對較小，中心沉降較大，路基向中心收縮變形。因此，在合理控制堆載荷載的大小及堆載速度下，能抵消因堆載引起的向外擠出變形，保證整個加固區(qū)路基的安全穩(wěn)定。

(3)在真空預壓階段，抽真空45 d后，地表沉降速率趨于穩(wěn)定且小于5 mm/d。聯合預壓階段，歷時169 d后，路中沉降速率連續(xù)10天平均值小于1 mm/d。

(4)在本工程中，路基加固影響深度達到26 m及以上，其中有效壓縮層為0～20 m以內；路基沉降最深達1639 mm，斷面最大平均沉降為1541 mm，有效減少了后期固結沉降。

(5)在河湖相軟土地區(qū)，采用真空-堆載聯合預壓加固軟土路基，在膜下真空度維持在80 kPa時，填土高度不超過3 m，路基的堆載是安全的。

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