真空預(yù)壓在新近回填軟土地基的應(yīng)用分析

張 薊

(上海港灣基礎(chǔ)建設(shè)(集團(tuán))有限公司，上海 200434)

0 引言

真空預(yù)壓是軟土地基處理的一種常用方法，適用于以黏性土為主的軟弱地基，經(jīng)過大量的理論研究和工程實(shí)踐，逐漸形成了一套基本成熟的理論體系和施工工藝。真空預(yù)壓地基處理方法對于處理淤泥及淤泥質(zhì)土具有處理效果好、污染少、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，主要包括自然成因的軟基，比如：海相、湖相以及河相沉積的軟弱粘性土，也包括人工成因的軟基，比如：大面積的圍海吹填造陸成為沿海地區(qū)土地。上述地基，真空預(yù)壓已經(jīng)有較多的成熟應(yīng)用。而對于人工成因的新近陸運(yùn)回填的軟土地基，真空預(yù)壓的應(yīng)用相對而言尚且不多。筆者通過實(shí)際工程應(yīng)用，對真空預(yù)壓在新近陸運(yùn)回填的軟土地基中的指標(biāo)進(jìn)行分析驗(yàn)證，為相關(guān)地基處理提供技術(shù)參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

項(xiàng)目位于東南地區(qū)，場地面積約為7 000 m2，擬建物為住宅。初始場地為池塘，深度5 m～15 m,平均約12 m。先通過陸運(yùn)回填的方式回填，回填土主要為淤泥質(zhì)土?；靥钪筮M(jìn)行地基處理，主要目的是提高回填軟土的強(qiáng)度，消除主要的工后沉降，為上部結(jié)構(gòu)施工提供場地預(yù)處理效果。

1.2 工程地質(zhì)概況

回填完成3個(gè)月后，進(jìn)行場地工期勘察，根據(jù)勘察報(bào)告，本工程所涉及的各地基土層為①回填土，灰色，軟塑，由淤泥質(zhì)土、黏性土組成，土性極不均勻，回填方式為人工回填,回填年限約為 0.5年，高壓縮性;②淤泥質(zhì)黏土，淺灰色，軟塑,土性較均勻；③粉砂，密實(shí)。

各土層主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 工前勘察物理力學(xué)參數(shù)表

2 真空預(yù)壓方案

2.1 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)方案

真空預(yù)壓設(shè)計(jì)分為排水板和真空固結(jié)兩個(gè)主要部分，排水方案設(shè)計(jì)：砂墊層0.5 m,排水板間距1.0 m，三角形布置，設(shè)計(jì)深度為18 m。真空固結(jié)設(shè)計(jì)：真空預(yù)壓80 kPa滿載后,固結(jié)度達(dá)到90%～95%，最后10 d平均沉降速率不超過0.2 cm/d，預(yù)計(jì)的固結(jié)時(shí)間為150 d～180 d。真空預(yù)壓設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。

設(shè)計(jì)階段對①回填軟土的強(qiáng)度增長進(jìn)行了預(yù)測，假設(shè)①回填軟土為正常固結(jié)土,根據(jù)式(1)：

τft=τ0+ΔσzUttanφcu

(1)

其中，τf0為地基土天然抗剪強(qiáng)度，kPa;Δσz為預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)處的豎向附加應(yīng)力,kPa;Ut為t時(shí)刻土的固結(jié)度;φcu為三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)推求的土體內(nèi)摩擦角，(°);τft為t時(shí)刻土的抗剪強(qiáng)度。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 預(yù)測回填軟土強(qiáng)度增長計(jì)算表

2.2 施工工序以及要求

1)鋪設(shè)砂墊層：在原地面鋪設(shè)一層200 g/m2土工布，其上鋪設(shè)0.5 m砂墊層，含泥量不大于5%，干密度不小于1.5 t/m3,滲透系數(shù)大于1.0×10-2cm/s;

2)施打塑料排水板：間距1.0 m,正三角布置，深度18 m，板頭露出砂墊層20 cm,并埋在砂墊層中；

3)安裝水平排水系統(tǒng)：濾管間距6 m，主管間距20 m,均埋設(shè)在砂墊層中,主管與濾管采用四通連接；

4)鋪設(shè)一層200 g/m2的土工布；

5)鋪設(shè)兩層PVC真空薄膜，在場地四周開挖密封溝，埋設(shè)真空膜并回填黏土，密封溝的深度按照開挖至進(jìn)入①回填軟土層1 m為準(zhǔn)；

6)安裝真空射流泵8臺，均勻布置在場地內(nèi)，試抽真空，達(dá)到設(shè)計(jì)真空壓力要求并穩(wěn)定72 h后正式抽真空，并開始進(jìn)行預(yù)壓期計(jì)時(shí)和監(jiān)測；

7)卸載：滿載預(yù)壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，停泵卸載。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 地表沉降

預(yù)壓期設(shè)置3個(gè)地表沉降板進(jìn)行沉降觀測。真空達(dá)到滿載的第一個(gè)月，沉降速率較大，平均在1.0 cm/d～2.0 cm/d,之后沉降速率逐漸變小，平均在0.25 cm/d～1.0 cm/d，至第180天卸載時(shí)的最后10 d，平均沉降速率0.1 cm/d，累計(jì)沉降達(dá)到98.8 cm～124 cm，平均111.4 cm,沉降觀測曲線見圖2，圖3。

3.2 固結(jié)度推算

根據(jù)實(shí)測沉降數(shù)據(jù)，采用Asoka方法進(jìn)行固結(jié)度評估, 各沉降板固結(jié)度推算見表3。

表3 基于Asoka方法的固結(jié)度推算

3.3 物理力學(xué)指標(biāo)對比

真空卸載后14 d，對場地進(jìn)行工后檢測，從含水量和不排水強(qiáng)度曲線(如圖4，圖5所示)可知，經(jīng)真空預(yù)壓處理后，地基土得到了較大的改善。含水量從工前的55.79%降至44.50%，不排水強(qiáng)度從工前的12.71 kPa提高到28.49 kPa。

3.4 應(yīng)用效果分析

1)有效加固深度。

從0.5 m砂墊層算起,排水板深度18 m,則進(jìn)入軟土層的排水板是17.5 m。根據(jù)圖4可知，在排水板深度內(nèi)，0 m～12 m深度改善明顯，12 m～17.5 m改善不明顯，分析如下：

a.0 m～12 m為新近回軟土，欠固結(jié)，初始含水量相對較高，平均為61.95%，按照0.8 kPa/m～2.0 kPa/m真空壓力的衰減,則估計(jì)實(shí)際真空壓力平均為70 kPa,故改善明顯；

b.12 m～17.5 m為原狀軟土，正常固結(jié)，初始含水量相對并不高,平均為49.57%，按照0.8 kPa/m～2.0 kPa/m真空壓力的衰減,則估計(jì)實(shí)際真空壓力平均為55 kPa,故改善不明顯。

故有效加固的深度是12 m。

2)軟土壓縮率。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，沉降98.8 cm～124 cm，平均111.4 cm,有效加固深度12 m，則軟土壓縮率9.28%,而室內(nèi)試驗(yàn)提供壓縮率為10.8%。筆者分析的原因是：室內(nèi)試驗(yàn)的對土樣施加的是80 kPa，而實(shí)際上，場地由于真空壓力的衰減，等效于在地基土中只施加了70 kPa的壓力，故實(shí)際壓縮率低于試驗(yàn)值。

3)強(qiáng)度增長。

0 m～13 m深度內(nèi)初始強(qiáng)度平均為9.7 kPa，經(jīng)過真空預(yù)壓處理后的強(qiáng)度平均為29.3 kPa,與設(shè)計(jì)階段預(yù)測27.67 kPa的比較相符。

4 結(jié)語

1)根據(jù)表層沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)、真空滿載預(yù)壓時(shí)間、固結(jié)度推算和沉降速率結(jié)果可知,加固區(qū)達(dá)到設(shè)計(jì)卸載標(biāo)準(zhǔn)，地基土大部分固結(jié)變形已在真空預(yù)壓期間完成，加固處理效果明顯。

2)對地基土加固前、后物理力學(xué)指標(biāo)對比分析，認(rèn)為加固后含水量和不排水抗剪強(qiáng)度得以改善。含水量從61.95%降至45.45%，改善16.49%，不排水抗剪強(qiáng)度從9.7 kPa升至29.3 kPa，改善幅度300.88%。

3)一般經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，回填黏土在10年左右完成固結(jié)，而本項(xiàng)目在新近回填6個(gè)月左右就進(jìn)行地基加固，故地基土在真空預(yù)壓固結(jié)的同時(shí)，也在完成自重固結(jié)。排水板打設(shè)深度18 m,通過處理前后含水量對比曲線以及壓縮率分析可知，實(shí)際只有0 m～12 m深度的地基土發(fā)生了固結(jié)沉降，其下臥的原狀軟土未發(fā)生明顯的固結(jié)。一方面是由于真空壓力隨深度衰減，但另一方面更主要的是因?yàn)樾陆靥钴浲翞榍饭探Y(jié)，在沉降固結(jié)過程中比原狀土更為顯著，吸收了絕大部分的真空固結(jié)效用。