連云港某堆場真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)

韓賓，張永宏，高公略

（1.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071；2.淮海工學(xué)院土木系，江蘇 連云港 222005；3.中國化學(xué)工程南京巖土工程公司，江蘇 南京 210044）

0 引言

真空預(yù)壓法是傳統(tǒng)的軟土地基處理方法，有施工周期短、工后沉降小和加固效果好的優(yōu)點，在軟基處理中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。但對于碼頭堆場等對地基承載力以及工后沉降量要求較高的工程，采用真空預(yù)壓法處理往往不理想，因此經(jīng)常采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)對其軟基進(jìn)行處理。

本文結(jié)合江蘇連云港某堆場地基處理工程，對采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法地基加固效果進(jìn)行分析。闡述了高含水率、低強度、高壓縮性、低滲透性的深厚淤泥質(zhì)軟土地基處理的施工和監(jiān)測過程，對現(xiàn)場實測的沉降量、孔隙水壓力、側(cè)向位移等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并比較了加固前后地基土的土性變化，對地基的加固效果進(jìn)行評價。

1 工程概況及施工

1.1 工程概況

本工程為某散貨碼頭前沿部分，碼頭后方陸域多為鹽堿地。處理區(qū)域?qū)挾?00 m，縱深29 m，處理區(qū)域總面積26 100 m2，分3個區(qū)進(jìn)行處理。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，需要處理軟土層深度為13.1～22.67 m，可劃為2個分層：①淤泥層，厚1～2 m；②淤泥質(zhì)黏土層，厚13.7～22.7 m。軟土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1，可以看出該地基軟土層深厚，土性差，含水率高，孔隙比大，承載力低。

表1 軟土層物理力學(xué)指標(biāo)Table1 Physico-mechanical index of thesoft layer

1.2 施工工藝及監(jiān)（檢）測

地基處理主要施工工藝為：整平陸域，形成工作面，鋪設(shè)1層機織土工布，拋填60 cm厚中粗砂墊層，施打塑料排水板，打設(shè)深度穿過淤泥質(zhì)軟土層，間距為1.0 m。然后鋪設(shè)濾管、挖填膜溝和鋪設(shè)密封膜進(jìn)行真空預(yù)壓，膜下真空度不低于80 kPa。等抽氣穩(wěn)定后進(jìn)行堆載，為防止膜被破壞，鋪設(shè)1層無紡?fù)凉げ?，?0 cm素土，然后回填開山石進(jìn)行堆載，堆載高度為3.5 m，分兩級進(jìn)行，第一級加載1.5 m，第二級加載2.0 m。

整個處理設(shè)計時間140 d，要求平均固結(jié)度達(dá)到65%，預(yù)壓完成后卸除堆載料。

加固區(qū)3個分區(qū)內(nèi)共埋設(shè)沉降板27塊，孔隙水壓力計6組，測斜管5組及分層沉降儀7組，地基處理前后各進(jìn)行十字板原位測試試驗3組，加固后進(jìn)行淺層載荷板試驗及鉆孔取土檢測試驗。鉆孔取土點位置與十字板剪切試驗點位置間距為4 m。施工期控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 施工期控制標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Control standards of construction period

2 監(jiān)測結(jié)果分析

2.1 膜下真空度

在加固區(qū)，膜下按1 000 m2間隔共布設(shè)17個真空表測試膜下真空度，膜下真空度隨時間變化曲線見圖1?？梢钥闯?，在預(yù)壓初期的30 d內(nèi)由于電壓不穩(wěn)定造成真空度變化幅度較大，特別是15～22 d，由于供電不穩(wěn)致使真空度變化劇烈，直至33 d以后，供電持續(xù)穩(wěn)定，真空度維持在80 kPa上下。真空度穩(wěn)定后開始堆載，真空度一直維持在80 kPa左右，符合要求。

圖1 真空度隨時間變化曲線Fig.1 Curveof vacuum degreeover time

2.2 表層沉降

表層沉降量分為插排水板期間沉降和真空堆載預(yù)壓期沉降兩部分。插排水板期間沉降量不大，平均為7 cm。

圖2為加固區(qū)表層沉降量與荷載隨時間變化曲線，從圖1和圖2中可以看出，真空預(yù)壓初期階段沉降較小，從30 d開始，真空度趨于穩(wěn)定，沉降速率也逐漸穩(wěn)定，最終地表累積沉降量達(dá)993 mm。真空度與沉降速率具有良好的相關(guān)性，真空度增大時，沉降速率也隨之增大，真空度減小時，沉降速率也隨之減小，這也從側(cè)面反映了真空度對真空預(yù)壓地基處理效果的重要影響，保持較高的真空度是取得良好地基處理效果的前提。

圖2 地表沉降量隨時間變化曲線Fig.2 Curve of ground surface settlement with time

采用三點法推算最終沉降量S∞，求出相應(yīng)的沉降固結(jié)度。表3為各區(qū)表層總沉降量、固結(jié)度及工后沉降量?？梢钥闯觯庸毯蟮墓探Y(jié)度均大于65%，達(dá)到要求的加固效果。但殘余沉降較大，后期設(shè)計和施工中應(yīng)加強監(jiān)測。

表3 各區(qū)表層總沉降量、固結(jié)度及工后沉降Table 3 The total settlement,consolidation degreeand post-construction of surface layer in all areas

2.3 分層沉降

圖3為加固區(qū)分層沉降變化曲線圖，從圖中可以看出，土層中各深度分層沉降速率變化規(guī)律與表層沉降速率變化規(guī)律類似，真空度增大，沉降速率隨著增大；真空度減小，沉降速率也隨著減小。

2.4 孔隙水壓力

打設(shè)塑料排水板后，在不同深度埋設(shè)孔隙水壓力計來測定孔隙水壓力。圖4為某分區(qū)孔隙水壓力變化曲線。

圖4 某區(qū)孔隙水壓力變化曲線圖Fig.4 Changing curve of pore water pressure in an area

從圖4及圖1可以看出，在真空預(yù)壓開始初期，孔隙水壓力不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)負(fù)壓，這主要是因為施工初期，電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致抽真空斷斷續(xù)續(xù)，真空度變化劇烈導(dǎo)致孔隙水壓力不穩(wěn)定。真空預(yù)壓后期，孔隙水壓力隨真空荷載的增加而逐漸增大，聯(lián)合堆載后產(chǎn)生超孔隙水壓力，在堆載結(jié)束后，孔隙水壓力逐漸減小。

2.5 側(cè)向水平位移

側(cè)向位移變化是預(yù)壓荷載下地基穩(wěn)定性的重要表現(xiàn)。單純堆載預(yù)壓地基處理方式深層水平位移朝向加固區(qū)外，容易引起地基失穩(wěn)，而真空預(yù)壓地基處理方式與其相反，深層水平位移朝向加固區(qū)，利于地基穩(wěn)定?，F(xiàn)場監(jiān)測到的各個深度側(cè)向水平位移變化見圖5，可以看出，在真空堆載預(yù)壓過程中，側(cè)向水平位移先朝向加固區(qū)，再在堆載作用下發(fā)生反向運動，下部位移逐漸小于上部位移，影響深度能達(dá)到18 m。

圖5 加固區(qū)側(cè)向水平位移變化曲線Fig.5 Changing curve of lateral horizontal displacement in consolidation area

3 加固效果評價與檢測

3.1 加固前后土性檢測

加固后，主要加固的淤泥質(zhì)黏土層的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，見表4。淤泥質(zhì)黏土層含水率減小10.3%、孔隙比減小0.299、液性指數(shù)減少了0.075，十字板強度提高了19.5 kPa。說明加固后土性得到改善，地基處理起到了作用。

表4 加固前后淤泥質(zhì)黏土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對比Table 4 Comparison of the physico-mechanical indexesof muddy clay before and after the consolidation

3.2 淺層平板載荷試驗

載荷試驗在堆載料頂面上進(jìn)行，并加砂調(diào)平，試驗點經(jīng)過1 290 min的觀測，設(shè)計荷載100 kPa，最大加載值200 kPa，累計沉降量達(dá)29.23 mm，試驗p-s曲線見圖6。

圖6 淺層平板載荷試驗p-s曲線圖Fig.6 p-s curve of shallow plate load test

由圖6可知，取最大加載量的一半100 kPa作為該點地基土承載力的特征值，可知加固后地基承載力較大，加固效果明顯。

4 結(jié)語

1）縮短地基處理時間

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固碼頭堆場深厚軟土地基效果明顯，加固周期短，在加快工程進(jìn)度方面具有優(yōu)勢。設(shè)計提出約140 d才能達(dá)到65%的固結(jié)度，實際只用了99 d，平均固結(jié)度就達(dá)到了65%以上。

2）有利于加固地基的穩(wěn)定

在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓過程中，位移量先朝向加固區(qū)，在堆載作用下發(fā)生反向運動，位移形式與單純堆載不一樣，一般不會引起處理區(qū)域的失穩(wěn)，可避免一次加載過大帶來的地基不穩(wěn)問題。

[1]何立濤.塑料插板堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在軟基處理中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)，2008（6）：39-42.HE Li-tao.Application of plastic flashboard preloaded drainage consolidation method in soft foundation treatment[J].Engineering Construction,2008(6):39-42.

[2] 王睿，符劍.大面積深厚軟土地基處理的實用方法[J].土工基礎(chǔ)，2008（4）：42-45.WANGRui,FU Jian.Practical method of foundation settlement for wide deep soft soil[J].Soil Engineering and Foundation,2008(4):42-45.

[3]鄭輔江，劉鳳松.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法加固軟土地基效果監(jiān)測分析[J].中國港灣建設(shè)，2009（3）：13-15.ZHENGFu-jiang,LIU Feng-song.Monitoring analysis of consolidation of soft soils by vacuum preloading in combination with surchargefill[J].China Harbour Engineering,2009(3):13-15.