袁偉，劉國祥

(中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266100)

真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法經(jīng)過20多年的發(fā)展，已成為一種新興、快速、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的軟基加固技術(shù)，在珠三角地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用，并且取得了較好的加固效果［1～2］。

1 概述

1.1 真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法的發(fā)展概況

真空預(yù)壓法加固軟土地基的基本原理最早由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院杰爾曼(W．Kjellman)教授提出［3］。多年來由于抽氣設(shè)備、密封材料、垂直排水通道、打設(shè)技術(shù)等方面的原因，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展緩慢，沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。1958年美國費(fèi)城機(jī)場(chǎng)首次在工程上使用真空井點(diǎn)降水與排水砂井相結(jié)合的方法，解決了飛機(jī)場(chǎng)跑道的擴(kuò)建工程。日本橫濱市武豐發(fā)電廠運(yùn)用真空預(yù)壓法加固地基，取得了明顯的加固效果。此外，法國、前蘇聯(lián)也開展了真空預(yù)壓法的研究，用于解決土坡穩(wěn)定性問題［4］。

我國從20世紀(jì)50年代末開始開展真空預(yù)壓技術(shù)的研究，1980年天津一航局科研所在塘沽新港進(jìn)行了幾次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后獲得成功，并于1985年12月通過了國家技術(shù)鑒定［5］。真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法是在真空預(yù)壓法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。我國從1983年開始了真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法的研究，經(jīng)過20多年的努力探索和應(yīng)用，真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法已成為一個(gè)加固軟土基行之有效、常規(guī)實(shí)用的方法。近年來該法廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、工民建、機(jī)場(chǎng)、高速公路等軟土地基工程建設(shè)中，并且取得了很多成功的經(jīng)驗(yàn)［6］。

1.2 真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法的特點(diǎn)

真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法是在真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)，具有真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓的雙重效果。

與真空預(yù)壓相比，真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓具有如下突出特點(diǎn):①提高了加固荷載。真空提供的加固荷載不能滿足使用要求時(shí)，輔助堆載預(yù)壓加以補(bǔ)充就能達(dá)到加固地基的要求［5］。②由堆載預(yù)壓產(chǎn)生的側(cè)向擠出變形可以被抽真空產(chǎn)生的向內(nèi)的水平位移部分平衡，有利于地基的穩(wěn)定［7］。③真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓能夠加快地基的沉降速度，縮短固結(jié)時(shí)間，減少工后沉降。

與堆載預(yù)壓相比，真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法具有如下突出特點(diǎn)［2］:①加載快，真空荷載無須分級(jí)施加，可以一次性快速施加到 80 kPa以上而不會(huì)引起地基失穩(wěn)，抽真空產(chǎn)生的壓力，不僅可以達(dá)到超載預(yù)壓的效果，有利于減少工后沉降，而且還可節(jié)省填土超載等施工。②土體固結(jié)快，在真空吸力和堆載的聯(lián)合作用下易使土體中的封閉氣泡排出，從而使土的滲透性提高、固結(jié)過程加快。③當(dāng)?shù)孛娉两迪嗤瑫r(shí)，該法可以獲得比堆載預(yù)壓法高的土體密實(shí)度和承載力［5］。④縮短了填筑路堤的施工工期，對(duì)于高速公路和鐵路，路堤本身就是一個(gè)非常好的堆載，因此真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓是一種在軟土地區(qū)修筑高速公路和鐵路時(shí)值得推廣的軟基處理方法［8］。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)概況

加固區(qū)位于膠州灣高速公路西側(cè)，原屬膠州灣濱海潮間帶，后經(jīng)人工圍堰吹填、回填所形成的陸域平臺(tái)。場(chǎng)地大部分為第四系沉積層，廣泛分布軟土層。根據(jù)詳勘報(bào)告，該場(chǎng)區(qū)地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，層序較清晰，主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層(Qml4)、海相沼澤化沉積層(Qmh4)淤泥、上更新統(tǒng)陸相沼澤化層(Qh3)組成。第四系成分以人工填土、淤泥、粉質(zhì)粘土、粗礫砂為主。場(chǎng)地巖土層情況由上至下分為:

(1)第四系全新統(tǒng)人工填土(Qml4)

層厚 0.80 m ～10.50 m，層底標(biāo)高:－10.78 m～1.46 m?；野咨?，流塑，很濕，塑性、韌性極差，有光澤，可見腐殖質(zhì)斑塊，有異味，局部以沖填含淤泥粉細(xì)砂細(xì)砂為主。該層為沖填淤泥在區(qū)內(nèi)淤積形成，其厚度較大，成分均一，強(qiáng)度極低，壓縮性大。

(2)淤泥(Qmh4)

該層廣泛分布于場(chǎng)區(qū)，層厚1.20 m～9.40 m。層底標(biāo)高:－17.21 m～－5.10 m。黑灰，灰褐色，軟塑，流塑，很濕，混20% ～30%粉細(xì)砂，塑性較差，局部相變?yōu)榉奂?xì)砂。見有腐殖質(zhì)，有異味，該層頂部多含有貝殼殘屑，高壓縮性，該層局部相變?yōu)榉邸?xì)砂。

(3)粉質(zhì)粘土(Qh3)

該層局部分布。層厚0.40 m～1.90 m，層底標(biāo)高:－12.95 m～－7.24 m?；揖G色，軟塑 ～可塑，具有中等壓縮性，見鐵錳氧化物無結(jié)核，夾有小碎石;無搖振反應(yīng)，切面有光澤，強(qiáng)度中等，韌性中等，差。

(4)粗礫砂(Qal+pl3)

該層分布較廣泛，局部缺失該層。揭露層厚0.30 m ～5.00 m，層頂標(biāo)高:－19.01 m ～－7.24 m。褐黃色，濕，中密，以粗砂為主，分選較差，含15% ～25%粘性土，底部多呈膠結(jié)狀，碎石含量較多，局部為含粘性土粗砂。

2.2 施工工藝

該加固場(chǎng)區(qū)的處理工程按照先北后南的順序分期分區(qū)進(jìn)行。以二區(qū)為例，具體的施工工藝為:整平場(chǎng)地，用人工或機(jī)械分層鋪設(shè) 0.5 m厚的中粗砂墊層，形成水平向排水通道。采用B型塑料排水板作為垂直排水通道，正方形布置，間距 0.8 m。塑料排水板平均長 18 m，進(jìn)入下臥層 0.5 m，地面上端露出砂墊層頂面 0.20 m。埋設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，主要包括7個(gè)表面沉降板，一組深層分層沉降管，一組孔隙水壓力以及真空度，測(cè)斜儀等。其平面和剖面布置分別如圖1和圖2所示，密封膜采用3層聚氯乙烯薄膜。加固區(qū)周邊均采取泥漿攪拌墻施工，攪拌樁樁徑采用Φ60 cm，雙排，搭接 20 cm，深度 18 m，確保加固區(qū)的密封。按照850 m2/臺(tái)的原則設(shè)置真空泵。真空預(yù)壓時(shí)，膜下真空度達(dá)到 80 kPa以上，所有泵 24 h滿負(fù)荷工作。

圖1 二區(qū)監(jiān)測(cè)儀器平面布置示意圖

圖2 二區(qū)監(jiān)測(cè)儀器布置剖面圖

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果分析

3.1 表層沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖3是加固區(qū)CJ6沉降板的表層沉降變化曲線。從圖3可以看出:①當(dāng)膜下真空度達(dá)到了設(shè)計(jì)值時(shí)，沉降速率較大，最大沉降速率為 23 mm/d，隨后沉降速率逐漸減少，累計(jì)沉降量一直增加;②4月30號(hào)完成15堆載以后，累計(jì)沉降曲線斜率變大，沉降速率有8.3 mm/d增加到 19.8 mm/d，說明堆載提高了固結(jié)沉降的速度，有效縮短加固時(shí)間，降低施工成本;③至7月24日停泵為止，最大沉降量為 1 293 mm，真空堆載預(yù)壓法消除沉降的效果極為明顯。

圖3 CJ6表層沉降變化曲線

3.2 分層沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

如圖 4所示，分層沉降顯示了地下2 m、4 m、6 m、8 m、10 m、12 m 處相對(duì)于原始位置的絕對(duì)沉降量隨時(shí)間(2010年5月5日分層管被破壞)的變化，可以得出在地面下 0 m～6 m的沉降量較為明顯。8 m、10 m、12 m處的沉降量較小。隨著的時(shí)間的推移，分層沉降量都日益穩(wěn)定。

圖4 分層沉降變化曲線

3.3 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖5 孔隙水壓力變化量曲線

圖5為真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓區(qū)的孔隙水壓力累計(jì)變化量曲線，分別顯示地面下2 m、4 m、6.5 m、7.5 m、8.5 m、9.5 m、11 m 深度處孔隙水壓力隨時(shí)間變化的曲線。從圖中可以看出:

(1)抽真空階段，因施加負(fù)壓而使孔隙水壓力迅速消散，孔隙水壓力下降，在隨后的堆載預(yù)壓過程中，各深度處孔壓值都出現(xiàn)了跳躍激增，曼德爾效應(yīng)非常明顯。在抽真空和堆載的聯(lián)合作用下，孔隙水壓力逐漸消散，土體的有效應(yīng)力增加，強(qiáng)度也得到了加固。

(2)聯(lián)合堆載預(yù)壓階段，真空預(yù)壓引起的負(fù)超靜水壓力與堆載引起正的孔隙水壓力不會(huì)抵消，也不是兩者簡單的疊加。地表淺土層更易受到附加荷載的作用，地下 2 m處累計(jì)孔隙水壓力變化量由堆載前－4.5 kPa變?yōu)?22.8 kPa，增加了 27.3 kPa，到抽真空結(jié)束時(shí)，地下 2 m處累計(jì)空隙水壓力的變化量為11.1 kPa。隨著深度的增加，地下 7.5 m、8.5 m處受抽真空的作用較大，孔隙水壓力消散較快，分別下降了49.4 kPa和 57.3 kPa;而在地下 11 m處，孔隙水壓力受真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重作用較小，孔隙水壓力變化不大。因此孔隙水壓力累計(jì)變化量并不是在各深度處都顯著變化，而是中間大，兩端小。

4 結(jié)語

通過真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓加固軟土地基的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料分析研究，可以得到如下結(jié)論:

(1)真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法可以加快地基的固結(jié)沉降速度，能有效縮短加固時(shí)間，消除地基沉降，有利于減少工后沉降，是一種行之有效的軟土地基處理方法。

(2)聯(lián)合預(yù)壓階段，堆載引起的正的孔隙水壓力與真空預(yù)壓引起的負(fù)的超靜水壓力不會(huì)相互抵消，也不是兩者簡單的疊加?？紫端畨毫塾?jì)變化量并不是在各深度都顯著變化，而是中間大，兩端小。

(3)真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法作為一種新型的地基處理方法，加固膠州灣軟土地基效果明顯，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保，值得在該地區(qū)推廣的軟土地基處理方法。

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