吳雄偉 ，金華輝

（1.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

0 引言

大面積圍海造陸是解決沿海城市土地資源日漸匱乏的有效途徑之一，當前圍海吹填項目越來越多，吹填材料主要為海底淤泥、航道疏浚土，多為流泥和浮泥，相對一般軟土而言，其含水量極高，強度基本為零，另外為解決吹填工程工期緊張、吹填砂源緊缺且造價高等工程建設問題，探索無砂墊層的真空預壓處理技術有著重要工程實踐意義?，F(xiàn)階段相關單位已陸續(xù)開展無砂墊層真空預壓工程試驗工作[1-2]，并已得到了廣泛工程應用。

實踐證明，取消砂墊層后，按傳統(tǒng)真空預壓設計控制指標處理容易產(chǎn)生一些問題[3-7]。目前規(guī)范對于不同處理深度和設計要求的吹填淤泥真空預壓布泵、開泵率、沉降卸載標準沒有差別對待，顯然不甚合理。盡管無砂墊層真空預壓法在我國工程實踐中得到廣泛應用，但由于真空預壓加固理論研究和實踐應用研究的不均衡性，目前對于淺層超軟土地基真空預壓研究仍主要集中在工程應用及試驗階段，人們至今對某些問題仍存有爭議?；谝陨戏治?，結合工程建設實踐，對無砂墊層真空預壓突出問題及沉降卸載標準工程實踐分析是十分必要的。

1 無砂墊層真空預壓處理新技術

淺層超軟土真空預壓加固技術施工順序和工藝為[1-2]：1） 搭設平板泡沫浮橋；2） 鋪設編織布、無紡布；3）人工插板至原涂面；4） 布設濾管（主要為塑料軟濾管在外側(cè)包2層無紡布，采用環(huán)形閉合回路方式）；5） 鋪設無紡布；6） 鋪設2層密封膜；7） 布置真空泵及其抽真空裝置；8）試抽后抽真空加載；9） 預壓卸載檢查評價；10）卸載。詳見圖1。

圖1 加固斷面示意圖Fig.1 Layoutof section reinforcement

2 無砂墊層真空預壓突出問題

浙江某新近吹填淤泥真空預壓工程為近海水力吹填淤泥，地形較為平坦，由西至東呈自然緩坡，最大落差達3.0 m，自然晾曬時間為1.5個月，淺層吹填淤泥呈流動狀，含水量高達130%以上，基本無承載力，受場地地形影響吹填淤泥厚度由西至東呈遞增趨勢，厚度約為3～6 m。場地采用無砂墊層真空預壓地基處理方法，豎向排水板打設至原涂面。

2.1 沉降與場地標高控制

由于新近吹填土高壓縮性、高含水量等特性，在真空預壓過程中會發(fā)生很大沉降，利用以往計算方法計算新近吹填土地基真空預壓沉降與現(xiàn)場實測值存在很大的偏差[5]。根據(jù)大量真空預壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，沉降計算和實測產(chǎn)生偏差主要有以下幾方面原因：

1）吹填土為欠固結土，吹填土地基在晾曬、插板過程中也會產(chǎn)生沉降，吹填土地基產(chǎn)生的沉降是由晾曬、插板期間發(fā)生的沉降和真空預壓期間發(fā)生的固結沉降兩部分組成，但目前的沉降計算中對晾曬、插板期間發(fā)生的沉降未能考慮[5]。

2）吹填后（預壓前）淤泥物理控制指標欠缺，新近吹填淤泥吹填后需排水晾曬一段時間，良好排水晾曬，土體含水量指標下降明顯，根據(jù)該工程質(zhì)檢取樣分析，吹填后表層淤泥含水量可達100%～130%，可見“晾曬”效果對場地最終沉降和標高控制尤為重要，預壓前“超高”含水量淤泥地表沉降突出，一般遠超設計沉降值。

3）無砂墊層真空預壓地基設計承載力一般為50 kPa左右，遠小于真空壓力設計值80 kPa或85 kPa，等效荷載折算后的工后沉降明顯偏小，不能真實反映場地工后沉降。根據(jù)該工程質(zhì)檢取樣揭示，新近吹填淤泥地基真空預壓后1.5 m以下土體呈明顯軟塑狀，后期拋石填筑“擠淤”現(xiàn)象突出，拋石填筑邊界鼓出明顯，尤為密封溝區(qū)域，其不可避免加劇預壓工后沉降量。

2.2 加固效果的不均勻性

由于吹填淤泥厚度、吹填顆粒分布、每個區(qū)塊加固效果不盡完全相同，大面積吹填土真空預壓加固效果存在不均勻性。預壓區(qū)塊水平方向上依靠真空濾管和無紡布傳遞真空壓力，局部濾管“偏管”或“返漿護管”，導致局部區(qū)域加固效果不佳。在垂直分布上，由于“井阻”效應，真空壓力在縱向分布上存在明顯遞減趨勢，加之吹填淤泥厚度不相同，使得加固效果在縱向分布亦呈現(xiàn)明顯不均勻分布。大面積真空預壓需分區(qū)預壓處理，每個區(qū)塊加固效果不盡完全相同，加之密封溝為加固盲區(qū)，加劇了場地整體不均勻性。

2.3 布泵及開泵率

《規(guī)程》[8]要求：抽真空設備宜采用射流泵，其單機功率不宜低于7.5 kW，在進氣孔封閉狀態(tài)下，其真空壓力不應小于96 kPa；抽真空設備宜均勻布置在加固區(qū)四周，必要時也可適量布置在加固區(qū)中部，每臺設備的控制面積宜為900～1 100 m2。施工后期抽真空設備開啟數(shù)量應超過總數(shù)的80%。

對于不同處理深度、不同設計要求的真空預壓區(qū)塊，《規(guī)程》沒有區(qū)別對待，顯然不甚合理：1）現(xiàn)階段為了滿足市政道路工后沉降和高承載力要求，往往需要進行深層二次處理，插板深度可達25 m，遠大于第一次淺層處理深度，其承載力和工后沉降要求遠高于淺層處理；2）真空預壓加固最終沉降量為插板深度范圍內(nèi)土體排水固結所致，深厚吹填淤泥真空預壓沉降效果存在沉降量大、沉降速率收斂慢、同期沉降速率大等特點，因此深厚真空預壓處理區(qū)塊加固效果有進一步提升空間；3）隨開泵率波動，不同處理深度真空預壓處理區(qū)塊沉降速率均有所波動，尤為深層二次處理區(qū)塊。

圖2為淺層處理區(qū)塊開泵率與真空壓力、地表沉降關系曲線。

圖2 開泵率與真空壓力、地表沉降關系曲線Fig.2 Relation curve ofopen pum p rate,vacuum pressure and surface settlement

由圖2可知：

1）真空預壓期，膜下真空壓力隨開泵率下降波動明顯。

2）地表沉降隨著開泵率波動下降明顯，尤為停泵擾動期，地表沉降隨開泵率驟降均明顯反彈。

3）在預壓后期沉降進入收斂期，沉降速率較小，其隨開泵率輕微下調(diào)，沉降速率下降幅度加快，甚至有所反彈，預壓后期開泵率的下降導致沉降速率和固結度的卸載標準“被達標”現(xiàn)象突出。

4）預壓前期維持低開泵率，沉降速率較為突出，且有助預防“泥柱”效應。

3 沉降卸載標準探討與實例分析

預壓卸載停泵的標準歸納起來有兩大類：1）承載力指標，包括質(zhì)檢取樣（物理力學指標計算）或載荷板試驗承載力卸載指標；2）沉降指標，包含沉降速率、工后沉降及固結度指標值。其中沉降控制指標包含卸載時沉降速率、工后沉降及固結度控制指標，其隱含了對地基強度要求。

3.1 沉降卸載標準探討

《規(guī)程》[8]中對地基承載力或抗滑穩(wěn)定性控制的工程，卸載標準根據(jù)地基土強度、平均應力固結度和沉降速率確定，卸載時加固深度范圍內(nèi)地基平均總應變固結度不宜小于80%，但沒有明確給出沉降速率和固結度卸載標準量化計算方法。

沉降速率與土性指標、加固土層的厚度、排水板打設參數(shù)以及施工工藝等有著很大的關系，尤為取消砂墊層后，在超厚淤泥、超差土性、工后要求不高的預壓場地，選擇代表性的場地進行試驗顯得尤為重要[9-12]。

1）預壓期間真空荷載、開泵率波動對沉降速率的影響顯著，預壓期沉降速率發(fā)展隨開泵率增減波動明顯。大面積預壓前開展以“開泵率”和“沉降速率”關系為目的的代表性場地試驗，對量化預壓過程中的開泵率，有效提高預壓效果較為重要。

2）相同施工條件下，不同加固淤泥厚度，其沉降變化特征存在差異，根據(jù)該工程原位監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示，淺層處理區(qū)塊淤泥處理厚度和沉降增比約為2.0∶0.4；在相同施工條件下，深厚處理區(qū)塊沉降速率明顯大于薄淺處理區(qū)塊。由此可見，大面積預壓前開展以“吹填淤泥厚度”、“插板深度”與沉降卸載標準關系為目的的代表性試驗，對進一步提升加固效果較為重要。

3）不同場地設計承載力和建設用地特性的差異性，對地基允許工后沉降要求不一樣，相應的沉降速率穩(wěn)定標準也應有所區(qū)別。尤為市政道路區(qū)塊，其工后沉降及高承載力要求，選擇代表性的場地進行試驗，對優(yōu)化設計較為重要。

3.2 工程實例

浙江某新近吹填淤泥真空預壓工程，主要為了滿足后續(xù)建設機械作業(yè)需要，設計地基承載力遠小于一般軟土地基真空預壓的加固要求，根據(jù)大量工程實踐和前期試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)多方論證，提出淺層處理區(qū)塊卸載標準為：實測地面沉降速率連續(xù)10 d平均沉降量小于或等于3mm/d，固結度大于60%。在達到抽真空時間和沉降卸載標準時，各區(qū)塊地基承載力驗算值均滿足設計要求。

根據(jù)文獻[10]、[12]加固地基沉降量和平均沉降速率估算公式，對淺層處理區(qū)塊的沉降卸載速率進行驗算，表明：驗收結果與前期試驗區(qū)塊監(jiān)測數(shù)據(jù)較相符；對于“實測地面沉降速率連續(xù)10 d平均沉降量小于或等于3mm/d，固結度大于60%”沉降卸載標準較為合理；由于場地東側(cè)區(qū)塊新近吹填淤泥較厚，提出適當延長該區(qū)域抽真空有效時間，以便達到沉降卸載標準。

4 結語

1）布泵和開泵率是真空荷載的直接體現(xiàn)，低開泵率雖然能維持設計真空壓力值，但其對真空壓力向深部土體傳遞能力將顯著下降，預壓中后期合理提高開泵率，避免“土柱”效應，對增加預壓效果尤為重要。

2）由于預壓前吹填淤泥排水晾曬后依然存在高含水量、高壓縮性等工程特性，雖然吹填高程達到設計要求，但預壓期沉降表現(xiàn)突出，往往表現(xiàn)為場地標高達不到設計要求，由此可見，加強預壓前吹填淤泥“晾曬”效果對控制施工質(zhì)量尤為重要。

3）由于加固盲區(qū)“密封溝”以及加固效果在深度和水平方向上存在差異，大面積真空預壓處理場地的不均勻性不可避免。

4）受施工工藝、吹填淤泥厚度、場地設計要求等影響，真空預壓沉降卸載標準存在明顯差異和易控性，在超厚淤泥、超差土性、場地工后要求不高的區(qū)塊，選擇代表性的場地進行試驗顯得尤為重要。

5）浙江某新近吹填淤泥真空預壓工程經(jīng)過前期典型區(qū)塊試驗和驗算，提出較有針對性的沉降卸載標準，對部分新近吹填淤泥較厚區(qū)塊，提出適當延長抽真空時間，較為合理。

[1] 關云飛，唐彤芝，陳海軍，等.超軟地基真空預壓淺層加固現(xiàn)場試驗研究[J].巖土工程學報，2011，33（S1）：97-101.GUANYun-fei,TANGTong-zhi,CHENHai-jun,etal.Field tests on shallow treatment of super-soft ground by vaccum preloading method[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2011,33(S1):97-101.

[2] 應舒，高長勝，黃家青.新吹填淤泥地基淺層處理試驗研究[J].巖土工程學報，2010，32（12）：1 956-1 960.YING Shu,GAO Chang-sheng,HUANG Jia-qing.Experimental study on surface-layer improvement of soft foundation filled by newly dredged silt[J].Chinese JournalofGeotechnicalEngineering,2010,32(12):1 956-1 960.

[3]黃松濤.超軟土地基加固現(xiàn)場常見問題及處理對策[J].水運工程，2012（2）：176-182.HUANGSong-tao.Common problemsaboutconsolidation ofultrasoft soil ground and corresponding countermeasures[J].Port&Waterway Engineering,2012(2):176-182.

[4]趙亮，閆澍旺.吹填土地基道路工后不均勻沉降分析及加固措施研究[J].土木工程學報，2012，45（2）：176-183.ZHAO Liang,YANShu-wang.Study ofuneven settlementand reinforcementmeasure of a roadbed on reclaimed soil foundation[J].China CivilEngineering Journal,2012,45(2):176-183.

[5] 孫立強，閆澍旺，何洪娟，等.吹填土地基在真空預壓插板期間的沉降計算[J].水利學報，2010，41（5）：588-595.SUN Li-qiang,YAN Shu-wang,HEHong-juan,etal.Calculation of vacuum preloading settlement for soft soil foundation during PVDs installation[J].JournalofHydraulic Engineering,2010,41(5):588-595.

[6]趙治廣，李華鑾，徐傳獲.真空預壓法加固軟土地基施工有關問題的討論[J].地質(zhì)與勘探，2005，41（5）：86-89.ZHAO Zhi-guang,LIHua-luan,XU Chuan-huo.Vacuum press law in advance consolidate some problem in soft land base construction generalstate[J].Geology and Prospection,2005,41(5):86-89.

[7]邵祎，張亮，宮云增.真空預壓施工質(zhì)量控制要點與常見問題的應對措施[J].港工技術，2013（3）：65-68.SHAO Yi,ZHANG Liang,GONG Yun-zeng.Key to cacuum preloading quality controlandmeasures to dealwith common problems[J].PortEngineering Technology,2013(3):65-68.

[8]JTS 147-2—2009，真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程[S].JTS 147-2—2009,Technical specification for vacuum preloading technique to improve softsoils[S].

[9]付長宏，蔣華忠，鄭利濤.對《真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程》JTS 147—2009一些問題的探討 [J].水運工程，2014（1）：178-182.FU Chang-hong,JIANGHua-zhong,ZHENG Li-tao.Issues concerning Technical Specification for Vacuum Preloading Technique to Improve SoftSoils[J].Port&Waterway Engineering,2014(1):178-182.

[10]婁炎，楊守華，高長勝.對真空預壓加固中沉降穩(wěn)定標準的討論[J].中國港灣建設，2004（1）：23-26.LOU Yan,YANG Shou-hua,GAO Chang-sheng.Discussion on convergence standard of settlement curve in vacuum preloading[J].China Harbour Engineering,2004(1):23-26.

[11]熊熙，王杰光，曹輝，等.控制沉降真空預壓停泵的標準研究[J].土工基礎，2012，26（3）：64-66.XIONG Xi,WANG Jie-guang,CAO Hui,et al.Criteria for the pumping termination in vacuum preloading[J].Soil Engineering and Foundation,2012,26(3):64-66.

[12]曹永華，楊京方.真空預壓沉降速率及卸載標準的影響因素[J].中國港灣建設，2008（4）：23-27.CAO Yong-hua,YANG Jing-fang.Influencing factors soft settlement velocity and unloading standard in application of vacuum preloading[J].China Harbour Engineering,2008(4):23-27.