真空預(yù)壓法在吹填土加固中的試驗特性分析

張友

摘 要：本文針對真空預(yù)壓法在吹填土加固中的變化過程開展試驗研究，對真空度、排水量、孔隙水壓力等隨時間變化特征進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。在本次試驗過程中，真空度基本保持在90以上，經(jīng)過500個小時的抽真空作用，土樣試品的含水率由最初的187.1%逐漸降低至47.5%左右。試驗結(jié)果表明，在處理高含水率吹填土?xí)r，土中孔隙水壓力發(fā)展規(guī)律呈現(xiàn)出三個明顯的階段特征。

關(guān)鍵詞：吹填土 真空預(yù)壓 加固 試驗特性

1.引言

由于沿海區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口數(shù)量的增長，城市陸地資源緊缺的問題越發(fā)凸顯，填海造陸為解決人地矛盾的問題提供了一種方法。由于吹填土具有含水率高、透水性差、強度低等特點，因此，吹填土需經(jīng)過加固后方能用于工程建設(shè)。真空預(yù)壓法由于具有加載速度快、施工周期短、加固過程無失穩(wěn)現(xiàn)象等特點，被大量應(yīng)用于吹填土、軟弱地基的加固工程之中。真空預(yù)壓法的基本原理如圖1所示，它是排水固結(jié)的一種方法，相比于堆載預(yù)壓方法，真空預(yù)壓法一方面無需進(jìn)行堆載，采用大氣進(jìn)行加載；另一方面，真空預(yù)壓過程中不會發(fā)生堆載預(yù)壓中可能出現(xiàn)的地基失穩(wěn)現(xiàn)象，因此可以被廣泛的應(yīng)用于初期承載力極低的淤泥質(zhì)軟土加固工程中。

采用該方法加固這種高粘性吹填土?xí)r，由于豎向排水體與周圍土體的壓差，吹填土內(nèi)細(xì)顆粒沿水力梯度方向遷移至豎向排水體周邊，形成滲透系數(shù)較低的致密層，導(dǎo)致距豎向排水體較遠(yuǎn)的土體難以排水固結(jié)，從而導(dǎo)致加固效果不理想。因此，為分析真空預(yù)壓法加固高粘性吹填土的效果，本文開展相關(guān)試驗研究。

2.試驗簡介

目前，真空預(yù)壓法室內(nèi)模擬試驗主要有小型和大型模型桶試驗及各種尺寸的模型箱試驗。隨著模型尺寸的增大，室內(nèi)試驗對現(xiàn)場工程的模擬效果也會越好。而相比于大模型桶試驗及模型箱試驗，采用小型模型桶進(jìn)行試驗具有耗泥量小、精細(xì)程度高、便于批量進(jìn)行試驗、檢測方便、試驗周期短等優(yōu)點。

本文主要對真空預(yù)壓法加固吹填淤泥的過程進(jìn)行模擬，對試驗過程中的真空度、孔隙水壓力等指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測，對加固后的土體進(jìn)行了含水率、強度及壓縮性檢測。首先對土樣進(jìn)行洗鹽處理后以六偏磷酸鈉為分散劑進(jìn)行試驗，根據(jù)相關(guān)公式計算處理后可以得到圖2所示的試驗所用吹填土的顆粒分布曲線。可以發(fā)現(xiàn)該吹填土樣的粒徑基本均小于0.075 mm，粘粒（d≤0.005 mm）含量較高，占比接近60%，其平均粒徑d50=0.0032 mm，限制粒徑d60= 0.0051 mm。

分別測量3組吹填淤泥的含水率、濕密度及比重，并結(jié)合相應(yīng)的三相換算關(guān)系，可以獲得如表1所示的吹填淤泥的基本物理性質(zhì)指標(biāo)。

試樣平均含水率高達(dá)187.1%，飽和度為100%，可見該吹填淤泥屬于超高含水率飽和粘土，處于液態(tài)，基本無承載能力，吹填后無法直接通過堆載進(jìn)行地基處理，更適宜采用真空預(yù)壓排水固結(jié)法進(jìn)行地基加固。

3.試驗結(jié)果分析

3.1真空度隨時間變化關(guān)系

通過監(jiān)測可以得知錐形瓶內(nèi)、排水板上部及排水板下部真空度隨時間的變化規(guī)律，如圖3所示。從監(jiān)測數(shù)據(jù)看來，在打開抽氣泵之后，錐形瓶內(nèi)真空度迅速上升至97 kPa，然而隨著時間的推移，在隨后的2天內(nèi)真空度有所回落，之后基本穩(wěn)定在90 kPa以上。

通過在排水板上布置的2個真空探頭的數(shù)據(jù)可以得到膜下15 cm及30 cm處的真空度數(shù)值，對比瓶中真空度可以看出真空度在傳遞過程中有一定程度的削減，并且在啟動真空泵初期，排水板上部及下部的真空度達(dá)到最高，隨著瓶中真空度的回落，排水板上、下真空度也有一定程度的回落，并隨著抽氣的進(jìn)行逐漸穩(wěn)定在90 kPa及86 kPa。從最終穩(wěn)定狀態(tài)下的真空度發(fā)展規(guī)律看來，從錐形瓶到排水板下部真空度約削減了6個單位。整個試驗系統(tǒng)的真空度保持在相對較高的水平，說明真空泵工作穩(wěn)定且系統(tǒng)密閉性良好。

3.2孔隙水壓力隨時間變化關(guān)系

通過固定在鋼架上的孔壓計探頭可以觀測到試樣底端距排水板5 cm處的土中孔隙水壓力在抽真空過程中的變化情況，如圖5所示。該位置處的孔壓總體上的變化趨勢可以分為三個階段：第一階段為開泵至225 h期間，孔壓值緩慢下降，在這個階段孔壓下第二階段為225 h～400 h，相比于第一階段，該階段孔壓下降速率明顯加快，第三階段為400 h之后，孔隙水壓力產(chǎn)生較大幅度的波動，并在波動中緩慢下降并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時對比出水量隨時間變化關(guān)系圖上看，試樣的出水已接近穩(wěn)定。

4.結(jié)語

本文以吹填土為研究對象，進(jìn)行了真空預(yù)壓模擬試驗。試驗過程中對真空度、排水量、孔隙水壓力進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，試驗過程中，抽濾瓶內(nèi)的真空度基本保持在90以上，經(jīng)過500個小時的抽真空作用，試樣的含水率由最初的187%降低至45.9%～48.6%。

真空預(yù)壓室內(nèi)模擬試驗表明，在處理高含水率吹填土?xí)r，土中孔隙水壓力發(fā)展規(guī)律呈現(xiàn)出3階段特征，第一階段為緩慢下降階段，第二階段為快速下降階段，第三階段為波動穩(wěn)定階段。在試樣排水量達(dá)到穩(wěn)定不再增長后，在持續(xù)抽真空作用下，土樣內(nèi)部孔壓仍然持續(xù)波動，此時仍有部分孔隙水以水蒸氣形式排出試驗系統(tǒng)，土樣固結(jié)并未完全停止，因此在進(jìn)行對比試驗時應(yīng)注意控制抽真空時間相等。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋盛淵，王清，孫鐵，等.不同地基處理條件下吹填土孔隙分布特征[J].長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，35（02）：46-51.

[2]邱長林，閆澍旺，孫立強，等.孔隙變化對吹填土地基真空預(yù)壓固結(jié)的影響[J].巖土力學(xué)， 2013，34（03）：631-638.

[3]牛飛，邱長林，閆澍旺，等.真空預(yù)壓下考慮滲透系數(shù)變化的吹填土地基固結(jié)分析[J].中國港灣建設(shè)，2013（01）：29-34.

[4]苑曉青，王清，孫鐵，等.分級真空預(yù)壓法加固吹填土過程中孔隙分布特征[J].吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2012，42（01）：169-176.

[5]陳允進(jìn)，宋晶，夏玉斌，等.真空預(yù)壓法加固吹填土的孔隙水壓力試驗研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2010，18（05）：703-708.

[6]孫立強，閆澍旺，何洪娟，等.吹填土地基在真空預(yù)壓插板期間的沉降計算[J].水利學(xué)報， 2010，41（05）：588-594.