高雷，陳舉，張帆，尹自強

（1.天津大學(xué)，天津 300072；2.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)重點實驗室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點實驗室，天津 300222）

目前國內(nèi)的真空預(yù)壓普遍采用鋪設(shè)黑砂作為工作墊層，隨著黑砂的大量過度開采，使得砂儲量越來越少，同時也帶來了對海洋的嚴(yán)重污染，為解決這兩大難題，進行直抽式無砂法真空預(yù)壓試驗研究。

1 試驗內(nèi)容

試驗研究主要依托天津港東疆港區(qū)，通過現(xiàn)場試驗進行研究，在天津港東疆港區(qū)進行一項示范工程，對東疆港區(qū)吹填土地基的工程性質(zhì)、加固機理，施工工藝、加固效果、經(jīng)濟性等進行研究，開發(fā)出一套適合用于大面積吹填土地基的無砂墊層新型真空預(yù)壓技術(shù)——直抽式無砂墊層真空預(yù)壓加固新工藝。

2 試驗設(shè)計與主要參數(shù)確定

場地采用無砂墊層直抽式真空預(yù)壓方案，以濾管作為水平排水通道，塑料排水板作為豎向排水通道。排水板間距80 cm，正方形布置，打設(shè)底標(biāo)高-14.5 m。排水板外露長度0.2 m；在每排排水板位置挖濾管溝，溝深30～50 cm，底寬大于15 cm；在溝內(nèi)鋪設(shè)濾管，排水板纏繞濾管1圈半，用自拉鎖固定，同時用土工布纏繞接頭部位；人工填埋濾管溝；一次性在加固區(qū)鋪設(shè)2層密封膜，安裝抽真空設(shè)備，加載抽氣。工藝斷面見圖1，排水板濾管連接見圖2、圖3。

圖1 工藝斷面Fig.1 Processsection

圖2 排水板在壓膜溝內(nèi)示意圖Fig.2 Sketch of drainageboard in film trench

圖3 排水板與濾管正面圖Fig.3 Front view of drainage board and tube

3 試驗區(qū)加固效果檢驗與分析

3.1 孔隙水壓力監(jiān)測分析

加固過程中土體孔隙水壓力不斷下降，表明孔隙水不斷排出，土體有效應(yīng)力不斷增長，物理力學(xué)指標(biāo)不斷得到改善。但在加固的初始階段，孔壓測頭位置為粉土或粉質(zhì)黏土的孔隙水壓力下降速度明顯大于測頭位置為淤泥、淤泥質(zhì)土的孔隙水壓力，例如部分位置存在粉質(zhì)黏土、或粉土夾層加固初期孔壓消散較快；測頭位置為淤泥，加固初始階段土體尚處于黏性變形階段，并沒有形成有效的土骨架，因此有效應(yīng)力增長緩慢，孔壓消散亦比較慢[1]。

3.2 沉降監(jiān)測分析

試驗區(qū)平均沉降曲線見圖4，進行雙曲線擬合，結(jié)果見圖5，推算試驗區(qū)最終沉降量為2 128 mm，已完成沉降量為1 828 mm，其中插板期沉降量為608 mm，卸載時沉降速率為1.4 mm/d，加固后固結(jié)度為85.1%[1-3]。

圖5 試驗區(qū)雙曲線擬合直線Fig.5 Hyperbolic fitting line of experimental area

3.3 加固前后土性指標(biāo)對比

為了更好的顯示試驗區(qū)加固前后主要物理指標(biāo)[4]的變化，對不同土層加固前后含水率、濕密度、孔隙比等平均值進行對比，見表1。

表1 試驗區(qū)加固前后不同土層物理性質(zhì)指標(biāo)變化統(tǒng)計Table 1 Index changesof physical properties of different soil layersbefore and after the reinforcement of experimental area

試驗區(qū)加固后土層1-1平均含水率降低23.2%，濕密度增加6.6%，土層1-2平均含水率降低14.1%，濕密度增加3.7%；土層2-1含水率降低17.5%，濕密度增加5.1%；土層2-2含水率降低14.3%，濕密度增加3.7%；土層2-3含水率降低10.8%，濕密度增長0.9%。

從表1中可以看出，加固前后主要加固土層2-2以上的土質(zhì)物理指標(biāo)得到較大的改善。

3.4 試驗區(qū)十字板強度檢測

試驗區(qū)加固前整個深度十字板平均強度值為15.6 kPa，加固后平均強度值為29.3 kPa，增長幅度達到88.3%。加固前、加固后試驗區(qū)十字板剪切強度隨深度變化曲線見圖6[5]。

圖6 試驗區(qū)十字板剪切強度隨加固深度變化曲線Fig.6 Changing curveof the cross plate shear strength in theexperimental area with the reinforcement depth

4 與傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)對比

某工程和試驗區(qū)相臨，加固前土質(zhì)相似，地基處理總面積為166 671.9 m2，共分為6個加固區(qū)，全部采用真空預(yù)壓處理方式。加固區(qū)表層吹填0.6 m厚的粉細砂，又鋪設(shè)0.3 m厚中粗砂，塑料排水板打設(shè)情況同試驗區(qū)一致。

1）加固施工工藝對比

試驗區(qū)附近某項目采用傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝，試驗區(qū)采用直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝。

2） 荷載對比

某傳統(tǒng)項目地基處理工程采用傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝，在加固區(qū)表層吹填0.6 m粉細砂，0.3 m黃砂。試驗區(qū)采用無砂真空預(yù)壓工藝，沒有鋪設(shè)砂墊層。兩者在加固過程中所受荷載不同，某項目除85 kPa的真空負壓外，比試驗區(qū)增加外荷載相差15 kPa左右。

3）排水板間距對比

某項目排水板間距0.8 m，試驗區(qū)排水板間距0.8 m，排水板間距及打設(shè)深度均相同。

4）抽氣時間及卸載標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)工藝的滿載抽氣時間為不少于90 d，而試驗區(qū)由于缺少砂荷載預(yù)壓，抽真空有效時間增加為100 d（滿負荷抽氣）。

傳統(tǒng)工藝與試驗區(qū)的卸載標(biāo)準(zhǔn)均為：固結(jié)度≥85%（按沉降量曲線計算），且連續(xù)5 d的平均沉降速率不大于3.0 mm/d。

5）加固前后土性指標(biāo)對比

傳統(tǒng)區(qū)與試驗區(qū)加固前后的力學(xué)指標(biāo)對比見表2所示。從土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)分析，試驗區(qū)與傳統(tǒng)區(qū)域指標(biāo)變化相近，加固效果和某項目相當(dāng)[1]。

表2 傳統(tǒng)區(qū)與試驗區(qū)主要物理力學(xué)指標(biāo)對比Table 2 Comparison of the main physical and mechanical indexes of the conventional zone and the experimental area

6）加固前后十字板強度對比

根據(jù)加固前某項目的原位十字板檢測報告，加固前-10 m標(biāo)高以上范圍，土體平均十字板強度為11.3 kPa；試驗區(qū)加固前-10 m標(biāo)高以上范圍土體平均十字板強度為11.5 kPa；加固前十字板強度基本近似，試驗區(qū)表層略好。

根據(jù)加固后某項目的原位十字板檢測報告，加固后-10 m標(biāo)高以上范圍，土體平均十字板強度為24.4 kPa；試驗區(qū)加固后-10 m標(biāo)高以上范圍內(nèi)土體平均十字板強度為27.7 kPa；某項目和試驗區(qū)十字板強度對比見圖7。

從十字板強度分析，試驗區(qū)加固效果與某項目相當(dāng)。

7） 工程造價分析

在大面積施工條件下，直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝工程造價為132元/m2，傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝170元/m2，由于試驗區(qū)未鋪設(shè)粉細砂及黃砂，所以采用直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝能節(jié)約造價38元/m2，每平米節(jié)約成本22.4%。

5 應(yīng)用前景

直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝包括淺層加固和深層加固兩個部分，當(dāng)只進行吹填土淺層加固時可以單獨采用淺層工藝，把排水板綁扎在濾管上，人工打設(shè)排水板的同時把濾管壓入泥下30～50 cm，一次性鋪設(shè)兩層密封膜。當(dāng)?shù)鼗韺哟堤钔翉姸群艿?，采用二次加固，淺層加固和深層加固相結(jié)合，利用淺層加固在地基表層形成可以行走打板機械的硬殼層，卸載后進行深層直抽式無砂法真空預(yù)壓。該工藝減少了吹填土晾曬時間，有效縮短加固工期；工藝簡單，施工人員掌握容易，施工質(zhì)量控制容易；在施工過程中不使用粉細砂和中粗砂等自然資源，避免了砂資源的亂采亂挖，符合環(huán)保和節(jié)約的社會理念；工程造價相對較低，社會效益和經(jīng)濟效益顯著，具有廣泛的應(yīng)用前景。

6 結(jié)語

通過大量的現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗分析，對試驗方案進行了細致研究，總結(jié)如下：

1）提出并驗證了直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝在施工中不使用粉細砂和中粗砂，加固效果與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)，減少了施工工藝，節(jié)省砂源從而降低了工程成本，也避免了砂資源的亂采亂挖，符合環(huán)保的社會理念。

2）某項目加固前后與試驗區(qū)加固前后土性的物理力學(xué)指標(biāo)及十字板變化幅度相近，均滿足設(shè)計要求，試驗區(qū)無砂法真空預(yù)壓工藝與傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝加固效果相當(dāng)。

3）直抽式無砂法真空預(yù)壓工藝適合淺層、深層、或者二次加固，工藝簡單，施工人員容易掌握，施工質(zhì)量容易控制，經(jīng)濟環(huán)保，具有廣泛的推廣價值。