馬永政，盛初根，蔡可鍵，王開(kāi)太，宋小文

（1.寧波工程學(xué)院，建筑與交通工程學(xué)院，浙江 寧波 315016；2.寧波市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315192）

濱海填埋場(chǎng)增壓式真空預(yù)壓法軟基處理研究

馬永政1，盛初根2，蔡可鍵1，王開(kāi)太2，宋小文2

（1.寧波工程學(xué)院，建筑與交通工程學(xué)院，浙江 寧波 315016；2.寧波市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315192）

依托寧波濱海工業(yè)固廢填埋場(chǎng)工程，研究采用增壓式防堵真空預(yù)壓法對(duì)濱海圍填灘涂地區(qū)進(jìn)行軟基處理。針對(duì)該工程為大面積塊狀場(chǎng)地，且周邊有高壓電線塔需要保護(hù)等特點(diǎn)，采用了水泥土攪拌樁圍護(hù)場(chǎng)地基坑，且對(duì)高壓電線塔塔基采用鉆孔灌注樁加固保護(hù)處理，對(duì)地基處理全過(guò)程進(jìn)行了有效跟蹤監(jiān)測(cè)，包括地基沉降位移、孔隙水壓力與水位、膜內(nèi)真空度等變化情況，以及對(duì)周圍電線高塔等環(huán)境物進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明在進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)處理后，高塔受大面積軟基處理影響小。工后檢測(cè)表明處理后軟基的平均固結(jié)度、地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

增壓式真空預(yù)壓；軟基處理；水泥土攪拌樁；監(jiān)測(cè)；高壓電線塔

0 引言

我國(guó)沿海地區(qū)軟土地層深厚，具有壓縮性高、滲透性差、固結(jié)慢等特點(diǎn)，地基處理困難，特別是濱海圍填灘涂地區(qū)軟基處理問(wèn)題值得研究關(guān)注。

軟基處理一般可采用堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法以及聯(lián)合法等[1]。盡管傳統(tǒng)真空預(yù)壓法可使得地基承載力大幅提高，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，但仍存在容易淤堵、真空作用能效不高，以及后期沉降等問(wèn)題。于是人們開(kāi)始重視相關(guān)技術(shù)工藝的研究，如：通過(guò)試驗(yàn)分析塑料排水板（PVD）濾膜淤堵機(jī)理以及研究防淤堵工藝[2-3]；在常規(guī)方法基礎(chǔ)上研究密閉式真空預(yù)壓技術(shù)，即直排式真空預(yù)壓法，以提高排水板內(nèi)真空壓力和真空作用能效，如王軍等[4]研究改進(jìn)型直排式真空預(yù)壓法。目前新型的增壓式防淤堵真空預(yù)壓技術(shù)，則是通過(guò)在PVD圍成的平面格柵中央插入增壓管，利用增壓泵進(jìn)行間歇式增壓形成增壓管的正壓力，與PVD內(nèi)負(fù)壓形成壓力差，可增加排水固結(jié)效果，具有真空利用率較常規(guī)方法高、更加防淤堵、節(jié)省原材料、降低工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)研究如：沈宇鵬等[5]通過(guò)對(duì)比表明了增壓法比常規(guī)法軟基處理效果更明顯；丁海龍等[6]依托工程評(píng)估了增壓法地基處理的良好效果；劉浩等[7]通過(guò)試驗(yàn)段工程對(duì)比了增壓式真空預(yù)壓法與直排式方法的處理效果，表明增壓式軟基處理效果比直排式方法更好。

顯然，濱海圍填灘涂軟土層地質(zhì)條件差，適合用改進(jìn)型真空預(yù)壓法，如增壓式防淤堵方法，來(lái)進(jìn)行軟基處理。但上述相關(guān)研究一般針對(duì)軟基處理效果本身，對(duì)于周邊環(huán)境影響，特別是對(duì)有一定高度的環(huán)境物體影響評(píng)估與應(yīng)采取的保護(hù)措施缺少研究關(guān)注。本文依托寧波鎮(zhèn)海石化區(qū)某圍填灘涂垃圾填埋場(chǎng)工程，研究應(yīng)用增壓式防堵真空預(yù)壓法進(jìn)行軟基處理。由于周邊有高壓電線塔，還需要對(duì)塔基采取合理保護(hù)措施。本文結(jié)合施工監(jiān)測(cè)以及工后檢測(cè)分析，綜合評(píng)估軟基處理效果、對(duì)電線塔等的影響以及相應(yīng)保護(hù)措施的有效性。

1 工程概況

1.1 基本概況

所依托工程項(xiàng)目位于寧波石化區(qū)嵐山片區(qū)，總用地面積11 hm2（163.5畝），有效庫(kù)容74.76× 104m3，庫(kù)底最大壓力約90 kPa。區(qū)域周邊共4座高壓電線塔，塔高35 m，塔腳四周原為水泥土攪拌樁圍護(hù)。場(chǎng)地施工前狀況如圖1所示。

圖1 場(chǎng)地施工前現(xiàn)況Fig.1 The site status before foundation treatment

1.2 工程地質(zhì)

本工程地層由上至下依次為：①素填土、雜填土層，厚度3.0~8.0 m；②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（mQ42），流塑，厚度3.7 m；②2層：粉土（al+mQ41），厚度6.0 m；②3層淤泥質(zhì)黏土（mQ41），流塑，厚度10.6 m；③層粉砂（al+mQ41），中密，飽和，厚度3.3 m；④層粉質(zhì)黏土（mQ41），流塑，飽和，厚度3.1 m；⑤1層粉質(zhì)黏土（al+lQ32），可塑；⑤2層粉砂（al+mQ32），中密，飽和。

主要地層的物理力學(xué)指標(biāo)如下：第②1層，天然含水量41%，液限36.2%，塑限20.3%，地基承載力50 kPa；第②2層，天然含水量26%，液限27.3%，塑限17.6%，地基承載力120 kPa；第②3層，天然含水量47.9%，液限40.6%，塑限21.7%，地基承載力60 kPa；第③層，地基承載力150 kPa；第④層，天然含水量33.1%，液限30.4%，塑限18.7%，地基承載力70 kPa。

2 增壓式真空預(yù)壓法設(shè)計(jì)與施工

2.1 增壓式真空預(yù)壓法簡(jiǎn)介

常規(guī)真空預(yù)壓法是采用真空管網(wǎng)連接防淤堵排水板，通過(guò)抽真空形成一定負(fù)壓（以真空度標(biāo)量），使得地層中的水通過(guò)排水板濾出。增壓式真空預(yù)壓法是在排水板之間額外插入增壓管，通過(guò)增壓泵輸送方式間隙式增壓。增壓式真空預(yù)壓法縱向布置如圖2所示，其中主要包括：塑料排水板、手型接頭、真空管網(wǎng)；增壓管以及增壓管網(wǎng)?？梢钥闯?，由于抽真空形成負(fù)壓以及增壓泵正向增壓的聯(lián)合作用，塑料排水板和增壓管之間會(huì)產(chǎn)生壓力差，可增強(qiáng)土層固結(jié)排水效果。

圖2 增壓式真空預(yù)壓法縱向示意圖Fig.2 The vertical sectional profile of air-boosted vacuum preloading

2.2 設(shè)計(jì)施工說(shuō)明

將場(chǎng)地分為A~E五個(gè)區(qū)，開(kāi)挖3 m深的基坑，并在周圍施工2排直徑φ80 cm、深度10 m左右的水泥攪拌樁進(jìn)行圍護(hù)。考慮到基坑開(kāi)挖以及坑底地基處理對(duì)四周鐵塔塔基穩(wěn)定性的影響，進(jìn)行塔基加固處理，即主要通過(guò)設(shè)置4根長(zhǎng)度為30 m的鉆孔灌注樁，并在上部設(shè)置圈梁維護(hù)。地基處理設(shè)計(jì)指標(biāo)主要包括：真空預(yù)壓加固范圍內(nèi)平均固結(jié)度達(dá)到90%以上；經(jīng)過(guò)碾壓處理后交工面地基承載力要求不小于90 kPa。

采用防淤堵型塑料排水板，平面上按正方形布置，間距1.2 m，深度13~15 m，形成排水豎井。塑料排水板上端高出地表面0.6 m。增壓管插置于4個(gè)小正方形中心位置，間距3.6 m。鋪設(shè)真空管，連接排水板。四周開(kāi)挖密封溝，鋪設(shè)土工布、密封膜設(shè)置覆水圍埝，進(jìn)行漏氣檢查。對(duì)沉降后形成的陷坑進(jìn)行回填并壓實(shí)至交工面標(biāo)高。真空預(yù)壓時(shí)間為90 d左右。

3 監(jiān)測(cè)方案與結(jié)果分析

3.1 監(jiān)測(cè)基本情況

包括地基處理施工過(guò)程監(jiān)測(cè)以及電線塔等環(huán)境物的保護(hù)性監(jiān)測(cè)。

1）施工監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：表層沉降與水平位移監(jiān)測(cè)、膜下真空度、增壓管內(nèi)的正壓值、孔隙水壓力、地下水位監(jiān)測(cè)等，分別介紹如下：

表層沉降與水平位移監(jiān)測(cè)時(shí)，地面沉降觀測(cè)點(diǎn)布置為5 000 m2/點(diǎn)，且每個(gè)區(qū)布設(shè)6個(gè)點(diǎn)。抽真空初期24 h觀測(cè)1次，預(yù)壓滿1個(gè)月后48 h觀測(cè)1次；水平位移監(jiān)測(cè)時(shí)每個(gè)區(qū)布設(shè)4個(gè)測(cè)點(diǎn)，其他同上。真空度監(jiān)測(cè)包括膜內(nèi)真空度、垂直排水體內(nèi)真空度和土體真空度，膜下觀測(cè)點(diǎn)布置為10 000 m2/點(diǎn)，且每區(qū)不少于4個(gè)點(diǎn)?？紫端畨毫εc地下水位監(jiān)測(cè)時(shí)，每個(gè)區(qū)布設(shè)4個(gè)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共20個(gè)點(diǎn)，采用國(guó)產(chǎn)XS-186振弦式孔隙水壓力計(jì)，每周讀數(shù)1次；地下水位測(cè)點(diǎn)沿水泥土帷幕外側(cè)布置，布孔間距100 m，共18個(gè)點(diǎn)。

2）環(huán)境物體保護(hù)性監(jiān)測(cè)

除了地下管線等，主要指對(duì)周邊電線塔塔基位移跟蹤監(jiān)測(cè)。在每個(gè)電線塔基的邊緣四角處通過(guò)埋設(shè)反光片的方式分別設(shè)置1個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)和水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)時(shí)間要求：從庫(kù)區(qū)基坑開(kāi)挖時(shí)開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)，至庫(kù)區(qū)進(jìn)行填埋后沉降、水平變位趨向穩(wěn)定為止。監(jiān)測(cè)頻率：真空預(yù)壓完成前1次/d，當(dāng)監(jiān)測(cè)值接近預(yù)警值時(shí)應(yīng)增加。監(jiān)測(cè)預(yù)警值：連續(xù)3 d沉降變化速率達(dá)到2 mm/d，沉降累計(jì)值達(dá)到50 mm，同一電線塔基礎(chǔ)傾斜斜率達(dá)到0.002；連續(xù)3 d水平位移變化速率達(dá)到2 mm/d，水平位移累計(jì)值達(dá)到50 mm。

本文采集數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位布置圖Fig.3 Layout of monitoring data acquisition positions

3.2 監(jiān)測(cè)過(guò)程及結(jié)果分析

1）地基位移監(jiān)測(cè)

包括地表沉降量監(jiān)測(cè)以及表層水平位移監(jiān)測(cè)。沉降量監(jiān)測(cè)方面，在坑內(nèi)各分區(qū)分別布置沉降板，測(cè)得沉降板沉降量隨時(shí)間變化曲線如圖4。隨著抽真空開(kāi)始，沉降量變化逐漸增大；6月下旬至7月中旬，沉降變化明顯，之后的沉降變化趨緩。最大沉降為533 mm，在區(qū)域中部靠近北側(cè)。水平位移變化趨勢(shì)類似，最大水平位移為49.3 mm，在區(qū)域中部靠近南側(cè)，見(jiàn)圖5。

圖4 地基沉降量隨時(shí)間變化曲線Fig.4 The curves of foundation subsidence vs.time

圖5 表層水平位移隨時(shí)間變化曲線Fig.5 The curves of foundation surface horizontal displacements vs.time

2）孔隙水壓變化

以壩上KX-6以及坑底KX-15號(hào)孔為例，測(cè)得4 m、8 m、12 m鉆孔深度的孔壓變化情況如圖6所示。

可以看出負(fù)孔壓值隨抽真空作業(yè)時(shí)間增加而遞增；另外在7月11日工地臨時(shí)停工，以及在8月上旬臺(tái)風(fēng)來(lái)襲等因素導(dǎo)致停工影響下，水位回升，有負(fù)孔壓臨時(shí)反彈現(xiàn)象。

圖6 不同孔深的孔隙水壓隨時(shí)間變化曲線Fig.6 The curves of pore water pressure at different depths vs.time

3）水位變化

所選監(jiān)測(cè)點(diǎn)SW1、SW3、SW5、SW14的水位測(cè)試結(jié)果如圖7所示，在真空預(yù)壓期間累計(jì)水位變化量整體上呈不斷增加的趨勢(shì)，顯示滲水排水效果良好；7月11日停電、8月上旬臺(tái)風(fēng)來(lái)襲等停工因素影響下水位上升，但之后恢復(fù)正常。

圖7 累計(jì)水位變化時(shí)程曲線Fig.7 The curves of accumulated underground water level vs.time

4）真空度變化

本文主要進(jìn)行了膜下真空度監(jiān)測(cè)，其中3個(gè)真空度監(jiān)測(cè)點(diǎn)位MX-3、MX-5、MX-15的測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

從6月24日開(kāi)始抽真空，負(fù)壓值逐漸增加，最大負(fù)壓值在-90 kPa左右；在7月中旬停電、8月上旬出現(xiàn)泄露，之后通過(guò)補(bǔ)救恢復(fù)正常；9月11號(hào)結(jié)束真空預(yù)壓過(guò)程，負(fù)壓變?yōu)?。

圖8 真空度隨時(shí)間變化曲線Fig.8 The curves of vacuum degree vs.time

5）環(huán)境影響監(jiān)測(cè)

主要對(duì)周圍的4個(gè)電線塔進(jìn)行了沉降與水平位移監(jiān)測(cè)，每個(gè)塔四周塔角埋設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，每個(gè)塔分別選取1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)T1-4、T2-4、T3-2、T4-4，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖9，可以看出塔腳最大沉降為12 mm、水平位移為18 mm左右，發(fā)生在8月中旬，在該時(shí)間點(diǎn)的沉降板監(jiān)測(cè)到坑區(qū)沉降位移開(kāi)始趨于穩(wěn)定，之后電線塔位移也基本上趨于穩(wěn)定?？傊两蹬c水平位移相對(duì)較小，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到警戒值50 mm。

圖9 塔基位移-時(shí)間變化曲線Fig.9 The curves of tower foot displacements vs.time

4 軟基處理效果檢測(cè)評(píng)估

主要采用靜載試驗(yàn)評(píng)估地基承載力。靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，承壓板為1.0 m2的正方形鋼板，下鋪設(shè)20 mm厚粗砂墊層，通過(guò)千斤頂施壓，承壓板上安裝百分表讀數(shù)，以測(cè)定地基沉降值。其中測(cè)點(diǎn)①~③的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，檢測(cè)點(diǎn)P-S曲線如圖10所示，表明軟基處理后土體物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了顯著改變，提升后的地基承載力均大于90 kPa，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖10 靜載試驗(yàn)P-S曲線Fig.10 The P-S curves of static load tests

5 結(jié)語(yǔ)

依托寧波濱海圍填灘涂地區(qū)某工業(yè)固體廢棄物填埋場(chǎng)的地基處理項(xiàng)目，本文研究采用新型增壓式真空預(yù)壓法。該處理方法經(jīng)濟(jì)性好，效率高，比較適合該類場(chǎng)地條件。監(jiān)測(cè)與檢測(cè)結(jié)果表明，地基處理基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保護(hù)好了周圍高聳環(huán)境物體。

1）增壓防堵性真空預(yù)壓技術(shù)對(duì)濱海圍填灘涂軟土地基固結(jié)排水效果良好，本項(xiàng)目中沉降板監(jiān)測(cè)累計(jì)最大沉降533 mm，平均沉降值350~400 mm，基本上達(dá)到平均固結(jié)度90%以上的設(shè)計(jì)要求；監(jiān)測(cè)孔壓與地下水位變化情況也很明顯。

2）采用該方法對(duì)濱海深厚軟基處理后，地基承載力增加明顯，本文靜載試驗(yàn)表明土層地基承載力特征值從平均60 kPa提高到90 kPa以上，增幅達(dá)50%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3）由于采用該方法時(shí)軟基沉降與水平位移幅度大、孔壓與地下水位變化明顯等，需要重視對(duì)環(huán)境的影響，尤其對(duì)高聳物體的保護(hù)。本文在電線高塔塔基原水泥土攪拌樁支護(hù)基礎(chǔ)上，采用鉆孔灌注樁加圈梁等措施加固維護(hù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明塔基沉降與水平位移遠(yuǎn)低于預(yù)警值，表明保護(hù)措施效果良好。

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Study on soft soil foundation treatment by air-boosted vacuum preloading at coastal landfill site

MA Yong-zheng1,SHENG Chu-gen2,CAI Ke-jian1,WANG Kai-tai2,SONG Xiao-wen2
（1.Ningbo University of Technology,School of Civil and Transportation Engineering,Ningbo,Zhejiang 315016,China; 2.Ningbo Communications Planning Institute Co.,Ltd.,Ningbo,Zhejiang 315192,China）

Based on the project of Ningbo coastal industrial-waste landfill,the air-boosted vacuum preloading method is applied to treating with soft soil foundation in coastal reclamation area.Since this landfill project has a large soil foundation area,and is surrounded by high-voltage power wire towers need to be protected,the cement-soil mixing piles are lined around the foundation pit,the foundations of the power towers are reinforced using bored piles.During the construction procedure, some monitoring work is carried out in this project,including monitoring the soil foundation settlement,changes of pore water pressure,underground water level,and vacuum degree within plastic sheeting,etc.,the displacements of surrounding power towers and other environmental objects are also monitored.The results show the project of large-area soft soil foundation treatment has little influence on the surrounding high towers with proper protections.The check work after foundation treatment shows the average degree of consolidation of soft soil foundation and the bearing capacity of foundation can meet the design requirements.

air-boosted vacuum preloading;soil foundation treatment;cement-soil mixing pile;monitoring;high-voltage power wire tower

U655.544.4；TU447

A

2095-7874（2016）12-0029-06

10.7640/zggwjs201612006

2016-06-05

2016-08-31

浙江省自然科學(xué)基金（LY13E080009）；寧波市交通規(guī)劃課題（201506）

馬永政（1975— ），男，湖南常德人，博士，副教授，從事巖土數(shù)值方法理論與物理試驗(yàn)研究。E-mail：107723274@qq.com