劉 斌 金培陽

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司城地院，湖北 武漢 430063； 2.同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092)

真空預壓聯(lián)合堆載預壓下軟土地基工程特性研究

劉 斌1金培陽2*

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司城地院，湖北 武漢 430063； 2.同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092)

通過真空預壓聯(lián)合堆載預壓的現(xiàn)場試驗研究了預壓過程中地基土的工程性能，監(jiān)測了地表沉降和孔隙水壓力消散規(guī)律，依據(jù)平均固結(jié)度理論，計算了預壓完成時場地的平均固結(jié)度，采用基于應變形式和應力形式定義的場地平均固結(jié)度均在90%以上，表明真空預壓聯(lián)合堆載預壓下地基土已完成了大部分的沉降，明顯地減少了工后沉降，取得了滿意的處理效果。

真空預壓聯(lián)合堆載預壓，現(xiàn)場試驗，軟土地基，平均固結(jié)度

0 引言

真空預壓聯(lián)合堆載預壓是在真空預壓的基礎上，為滿足某些工程使用荷載大、承載力高、工后沉降小等要求而發(fā)展的軟基處理方法[1]。它兼具真空預壓和堆載預壓的雙重效果，具有工期短、成本低、工后沉降和不均勻沉降小等優(yōu)點[2]。近年來，真空預壓聯(lián)合堆載預壓已在碼頭堆場、機場、發(fā)電廠、高速公路等諸多工程實踐中得到了廣泛應用，取得了明顯的經(jīng)濟和社會效益[3，4]。

本文依托某軟基處理工程開展了真空預壓聯(lián)合堆載預壓的現(xiàn)場試驗研究，在試驗過程中監(jiān)測了地表沉降和孔隙水壓力的變化規(guī)律，并通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，推算了真空預壓聯(lián)合堆載預壓下地基的最終沉降量。研究成果對類似工程的設計和施工具有借鑒價值。

1 現(xiàn)場試驗方案

1.1 工程地質(zhì)條件

表1 土層基本物理力學參數(shù)

1.2 地基處理方案

軟基處理后要求工后沉降小于20 cm，地基承載力大于120 kPa。加固區(qū)大致呈矩形狀，長約185 m，寬約100 m。場地整平后，首先在地表鋪設0.5 m厚中粗砂墊層，作為水平向排水體；接著打設塑料排水板，塑料排水板采用SPB-IB型(厚4.5 mm，寬100 mm)，間距1.0 m，設計長度9 m～13 m；然后安裝真空預壓裝置，密封膜采用三層聚乙烯膜，真空泵每1 000 m2布置一臺，在密封膜上鋪設0.5 m厚細砂作為密封保護層，然后填黏土至高程為3.5 m，真空預壓施加時，要求預抽真空7 d～10 d，當膜下真空度維持在80 kPa后開始計算真空預壓時間，要求連續(xù)抽真空時間為150 d；最后，進行堆載預壓，堆載體采用干重度不小于16.5 kN/m3的黏土，堆載高度為3.7 m，分兩級加載，第一級為2 m，第二級為1.7 m，堆載的過程中進行逐層壓實。加載歷程如圖1所示。為控制堆載速率，要求場地沉降速率小于30 mm/d，單級加載孔壓系數(shù)B≤0.6。真空卸載標準為連續(xù)5 d實測沉降速率不大于2 mm/d。

1.3 現(xiàn)場監(jiān)測方案

在試驗過程中對加固區(qū)域膜下真空度、地表沉降、孔隙水壓力進行了監(jiān)測。監(jiān)測點平面布置如圖2所示。膜下真空度、淺層沉降板各布置12個測點，孔壓共布置4個測點。淺層沉降板布置在砂墊層與淤泥層的交界面，以監(jiān)測淤泥層頂面下總沉降量的變化情況；孔壓于每個測點布置3個探頭，分別位于淤泥層頂面下1.0 m、淤泥層中部、淤泥層底面上1.0 m處。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 地表沉降量

各測點預壓完成后地表沉降量監(jiān)測結(jié)果如表2所示，表中斷面1～4如圖2所示。由表可見，場地最大沉降出現(xiàn)在場地中心(Zb-8)，為1 360 mm；對任意橫斷面，中心沉降均大于邊緣沉降，各斷面不均勻沉降最大值為123 mm，均值為89 mm，且兩側(cè)斷面不均勻沉降較大。由此可見，真空預壓聯(lián)合堆載預壓作用下場地沉降仍呈現(xiàn)加固區(qū)中心大、四周小的鍋底形態(tài)。

表2 地表沉降量

2.2 超孔隙水壓力

圖3為Wb-1測點不同深度地基中超孔壓歷時曲線。從圖中可以看出，在真空荷載預壓過程中超孔隙水壓力均為負值，且隨著深度的增加超孔隙水壓力的絕對值在減小，表現(xiàn)出真空度隨著深度的增加逐漸衰減。在堆載階段，在地基土中逐漸產(chǎn)生正的超孔隙水壓力，在第二次填土階段(由標高5.5 m堆至7.2 m)，超孔隙水壓力增長較快。雖然真空預壓不需要考慮地基的穩(wěn)定性問題，但進行真空預壓聯(lián)合堆載預壓時，如果堆載速率過快，仍需要對地基的穩(wěn)定性進行驗算。

2.3 平均固結(jié)度推算

1)固結(jié)理論推算的平均固結(jié)度。JTS 147—2—2009真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程[5]中對分級加荷條件下地基在某時間的平均總應力固結(jié)度的計算采用改進太沙基法，計算公式如下：

(1)

瞬時加荷條件下地基的平均固結(jié)度按下式計算：

(2)

(3)

Urz=1-(1-Uz)(1-Ur)

(4)

其中，Uz為地基豎向平均應力固結(jié)度；Ur為地基徑向平均應力固結(jié)度；Urz為地基平均總應力固結(jié)度；ch為地基水平向固結(jié)系數(shù)；cv為地基豎向固結(jié)系數(shù)；Fn為井徑比因子；de為豎井有效排水直徑；H為排水面至不透水面的垂直距離；t為固結(jié)時間。

根據(jù)固結(jié)試驗結(jié)果及淤泥層相關物理力學指標，采用上述方法計算了基于應力形式定義的場地平均固結(jié)度。預壓完成時地基平均固結(jié)度達到了91.3%。

2)以實測沉降推算的平均固結(jié)度。JTS 147—2—2009真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程[5]中指出可根據(jù)實測沉降推算地基的應變固結(jié)度，計算公式如下：

(5)

其中，Uε為地基應變固結(jié)度；st為t時間的實測沉降量；s∞為最終沉降量。

采用雙曲線法推算地基最終沉降量，計算公式如下：

(6)

(7)

其中,s0為滿載開始時的實測沉降量；t為滿載預壓時間，從滿載時刻算起；α，β均為待定系數(shù)，根據(jù)實測沉降資料確定。

選取場地中心沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，工程滿載時間點為2011年12月16日，即聯(lián)合預壓的第133天，s0=1 246 mm，依據(jù)上述方法可得，α=0.238，β=0.008，s∞=1 371 mm，工后沉降Δs=1 371-1 304=67 mm<200 mm，滿足設計要求。根據(jù)式(5)可計算出卸載前，地基平均固結(jié)度達到了95.2%。

采用基于應變形式和應力形式定義的場地平均固結(jié)度均在90%以上，表明真空預壓聯(lián)合堆載預壓下地基土已完成了大部分的沉降，明顯地減少了工后沉降，取得了滿意的處理效果。

3 結(jié)語

1)在真空預壓聯(lián)合堆載預壓下，地表沉降呈現(xiàn)出“中心大、周圍小”的鍋底狀。

2)真空度隨深度的增加逐漸減??；在堆載預壓期間，超孔隙水壓力增長較快。在進行真空預壓聯(lián)合堆載預壓時，如果堆載速率過快，仍需要考慮地基的穩(wěn)定性問題。

3)采用基于應變形式和應力形式定義的場地平均固結(jié)度均在90%以上，表明真空預壓聯(lián)合堆載預壓下地基土已完成了大部分的沉降，明顯地減少了工后沉降，取得了滿意的處理效果。

[1] 葉觀寶,高彥斌.地基處理[M].第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 彭 劼,劉漢龍,陳永輝.真空—堆載聯(lián)合預壓法軟基加固對周圍環(huán)境的影響[J].巖土工程學報,2002(5):656-659.

[3] 吳躍東,殷宗澤,郭紀中.真空聯(lián)合堆載預壓法加固水工建筑物軟基效果檢驗[J].巖土力學,2007(4):738-742.

[4] 童 中,汪建斌.軟土路基真空聯(lián)合堆載預壓位移監(jiān)測與分析[J].巖土力學,2002(5):661-666.

[5] JTS 147—2—2009,真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程[S].

Research on performance of soft soil improved bya combined method with vacuum and surcharge preloading

Liu Bin1Jin Peiyang2*

(1.ChengdiInstitute,ChinaRailwayFourthSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Wuhan430063,China;2.GeotechnicalandUndergroundEngineeringKeyLaboratoryofMinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Through the field test of vacuum and surcharge preloading researched the engineering properties of foundation soil in preloading process, according to average consolidation theory, calculated the site average consolidation degree after preloading finish, using the site average consolidation degree was more than 90% based on the strain and stress definition, showed that the foundation soil had completed most of the settlement of vacuum and surcharge preloading, significantly reduced the settlement after construction, achieved satisfactory treatment effect.

vacuum and surcharge preloading, field test, soft soil foundation, average consolidation degree

2015-02-01

劉 斌(1979- )，男，工程師

金培陽(1989- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)11-0054-03

TU471.8

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