淺談?wù)婵疹A(yù)壓對(duì)軟土地基的機(jī)理和效果

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摘要：真空預(yù)壓法作為一種近年來(lái)興起的軟基處理手段，已成為排水固結(jié)法中的重要組成，其適用范圍日益擴(kuò)大。真空預(yù)壓法的機(jī)理、計(jì)算方法、效果檢測(cè)、施工工藝在大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)資料對(duì)比的基礎(chǔ)上不斷成熟。真空預(yù)壓法在微觀機(jī)理以及三維分析方法等方面有著廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)應(yīng)考慮其環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題。首先對(duì)真空預(yù)壓地基處理技術(shù)的加固機(jī)理進(jìn)行了分析，然后通過(guò)具體實(shí)例對(duì)其效果進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓 軟土地基 機(jī)理 效果

1 概述

近年來(lái)隨著某市建設(shè)的迅猛發(fā)展，圍海造路工程的增多，水力吹填的施工方法被廣泛采用。這就使得在港域區(qū)內(nèi)，部分地面以下5-6m的深度范圍內(nèi)，分布著吹填上來(lái)的海底淤泥質(zhì)土，道路、集裝箱堆場(chǎng)以及各種設(shè)施的建設(shè)都要在這種地基上進(jìn)行，吹填土在剛吹填的初始幾年內(nèi)在上覆土重下難以達(dá)到完全固結(jié)，具有很高的含水量和很低的強(qiáng)度。而且港域地區(qū)廣泛分布著深厚的軟黏土土層，即使在這種吹填土以下的地基土其承載力仍然很低。

2 真空預(yù)壓對(duì)軟土地基的機(jī)理研究

2.1 真空預(yù)壓滲流場(chǎng)理論

在真空預(yù)壓穩(wěn)定預(yù)壓階段，如圖1所示，抽真空作用最終在地基土中較大的孔道中形成一定范圍一定真空度分布的網(wǎng)絡(luò)連通體系——真空滲流場(chǎng)，并使地下水位降到3-3位置。在真空滲流場(chǎng)各處，由于土中較大孔道中流動(dòng)的“真空流體”與土中較小孔道中的水存在壓差，使得較小孔道中的水在這種壓差下被吸出，直到在該處較大孔道中的壓力和較小孔道中的壓力達(dá)到重新的平衡為止，這就產(chǎn)生了固結(jié)現(xiàn)象。伴隨著真空滲流場(chǎng)的形成，地基中的地下水位線由1-1下降到3-3，地下水位的下降將導(dǎo)致地基土體的固結(jié)。

2.2 真空預(yù)壓有效應(yīng)力理論

根據(jù)軟土基有效應(yīng)力理論，總應(yīng)力σ=σ-μ(σ為有效應(yīng)力；μ為孔隙水壓力)。真空預(yù)壓是在總應(yīng)力σ不變的前提下，降低孔隙水壓力μ，從而提高有效應(yīng)力σ，即△σ+△μ=0，亦即表明，土中孔隙水壓力的降低量等于其有效應(yīng)力的增加量。從有效應(yīng)力路徑分析可知，加固前地基中的平均應(yīng)力為P0= (σ30+σ30)/2；由于孔隙水壓力是一個(gè)球應(yīng)力，設(shè)加固過(guò)程中各方向均降低△μ(反向增加，符號(hào)為負(fù))，則地基土內(nèi)的有效應(yīng)力增加△σ=-△μ，平均壓力增加到P，但應(yīng)力圓半徑?jīng)]變;當(dāng)加固結(jié)束卸除后，地基土的強(qiáng)度沿超包線退到F點(diǎn)，和原來(lái)強(qiáng)度相同“荷載”比增加了△τ，所以，加固后強(qiáng)度有了提高。

3 真空預(yù)壓對(duì)軟土地基的效果分析

綜上分析了真空預(yù)壓過(guò)程中土體強(qiáng)度增強(qiáng)機(jī)理。下面結(jié)合某大面積濱海軟基處理工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步闡述真空預(yù)壓中的加固效果與變形特征。

3.1 孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)成果及分析

在真空荷載的作用下，地基土體中的孔隙水壓力不斷減小。圖4給出了不同深度處孔隙水壓力隨時(shí)間變化的曲線。從圖中可以看出，土體中不同深度的孔壓變化在加荷一個(gè)半月到兩個(gè)半月的時(shí)間后，趨于穩(wěn)定。由觀測(cè)結(jié)果可知，80kPa的真空壓力沿豎向塑料排水板均勻分布，說(shuō)明真空壓力的施加是相當(dāng)有效的。

3.2 地面沉降的監(jiān)測(cè)成果及分析

在真空膜的外表面布置表層沉降板監(jiān)測(cè)真空預(yù)壓過(guò)程中的總沉降。同一施工區(qū)內(nèi)其中二塊沉降板相應(yīng)的沉降曲線如圖5所示。需要說(shuō)明的是，在施工塑料排水板過(guò)程中軟土已發(fā)生了一定的沉降， 此沉降值不包括在圖5沉降曲線內(nèi)。從圖5沉降特征看，沉降明顯分為兩個(gè)階段，在開(kāi)始抽真空的30天內(nèi)，沉降速率很大，很快沉降進(jìn)入平緩階段，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間才基本穩(wěn)定，達(dá)到真空預(yù)壓有關(guān)規(guī)范要求的卸載標(biāo)準(zhǔn)。從沉降曲線看，最大沉降均超過(guò)1200mm，最大達(dá)到1400mm。

3.3 側(cè)向位移分析

深層位移監(jiān)測(cè)主要用于監(jiān)測(cè)土體穩(wěn)定， 控制堆載的加載速率， 但真空預(yù)壓加固軟土?xí)r土體水平位移方向向內(nèi)，不會(huì)造成土體失穩(wěn)， 所以對(duì)真空荷載的施加速率不作要求。在北側(cè)2m設(shè)置一根測(cè)斜管 B2，根據(jù)圖6以看出，抽真空期土體水平位移朝向加固區(qū)內(nèi)，水平位移隨深度的增加逐漸減少，管口20m以下基本沒(méi)有水平位移，查看土工試驗(yàn)可知20m以下為含水率低，孔隙比小的粘土，基本上為硬層，所以該處深層位移基本上沒(méi)有變化。抽真空第一周位移速率最大，最上部土體位移達(dá)到4.12mm/d。后期位移速率逐漸減少，卸載前最上部土體位移為0.6mm/d，已趨于穩(wěn)定。所以從位移曲線可看出，土體不會(huì)向外滑移。

3.4 真空預(yù)壓法對(duì)周?chē)h(huán)境的影響

真空預(yù)壓法加固軟土地基時(shí)，加固區(qū)周?chē)馏w有向加固區(qū)內(nèi)位移的趨勢(shì)。很多工程實(shí)例也指出，真空預(yù)壓法或者真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法在加固軟土地基時(shí)，加固區(qū)周?chē)馏w是具有先向加固區(qū)內(nèi)，后向加固區(qū)外移動(dòng)的特點(diǎn)。不管地基土的單內(nèi)位移或是往復(fù)變形都會(huì)對(duì)加固區(qū)周?chē)鷺?gòu)筑物產(chǎn)生一定影響。而影響程度與場(chǎng)地地質(zhì)條件、抽真空作用強(qiáng)度、地下水賦存情況、豎向排水體的存在情況等有關(guān)。

3 真空預(yù)壓法的發(fā)展趨勢(shì)及存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)多年的努力，真空預(yù)壓法已漸成為一種有效的軟基加固措施。并且隨著巖土工程理論水平的進(jìn)步，該技術(shù)還有廣闊的發(fā)展空間。從真空預(yù)壓法的機(jī)理研究方面而言，表現(xiàn)出越來(lái)越細(xì)致、全面的分析。有必要對(duì)真空預(yù)壓機(jī)制作深入的、微觀的分析，以取得土體的抽真空狀態(tài)下，土顆粒、孔隙、水、空氣的微觀變化過(guò)程。取得定量的微觀模型以解決真空下的固結(jié)理論，主、次固結(jié)的劃分，及軟土蠕變時(shí)限等理論問(wèn)題等。真空預(yù)壓工地加固后期周邊容易出現(xiàn)裂縫，這是由于四周土體向真空預(yù)壓場(chǎng)地?cái)D壓的結(jié)果。若周?chē)袚鯄?、堆?chǎng)、道路，極易發(fā)生失穩(wěn)破壞。這些都是真空預(yù)壓法應(yīng)注意的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 真空預(yù)壓法是通過(guò)降低土體中的孔壓來(lái)達(dá)到加固土體的目的，真空預(yù)壓使土體產(chǎn)生等向固結(jié)，不會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力，因此更適合于工期較緊的超軟地基加固。

4.2 真空預(yù)壓時(shí)，加固區(qū)內(nèi)的地下水位并沒(méi)有降低，降低的只是孔隙水壓力中的大氣壓力部分，因此，加固區(qū)中的土體可以按飽和土體考慮。

4.3 真空預(yù)壓的有效加固深度取決于砂井或塑料排水板的阻力和土體的滲透系數(shù)，對(duì)于一般的軟土地基且井阻較大時(shí)，可以認(rèn)為其加固深度與縱向排水體的打設(shè)長(zhǎng)度基本一致。

4.4 在加固區(qū)周?chē)?，土體中的水位可能會(huì)降低，對(duì)加固區(qū)和周?chē)耐馏w產(chǎn)生一定的影響，應(yīng)重視真空預(yù)壓與邊界的相互影響關(guān)系，邊界的密封與否是真空預(yù)壓成敗的關(guān)鍵因素。

4.5 真空預(yù)壓使土體受到各向相等的固結(jié)壓力并產(chǎn)生整體收縮現(xiàn)象，在發(fā)生沉降的同時(shí)也產(chǎn)生向里的水平位移。加強(qiáng)影響范圍(距離)的預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)，對(duì)加固區(qū)周?chē)ㄖ锊扇∵m當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施具有重要的意義。

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