沿海蠔塘回填區地基真空預壓加固效果分析

張偉帆

近年來沿海港區飛速發展，用地緊張，除大面積圍海造陸外，海岸后方湖塘回填造陸也日益增多。湖塘回填造陸地基一般下臥深厚的軟土，具有高含水量、高壓縮性、低強度等性質，此類地基在建筑施工前必須進行軟基處理。真空預壓法加固軟土地基是一種行之有效的方法［1］。我國自20世紀80年代開始展開對真空預壓法的理論、試驗、施工等研究及應用工作［2］，并取得了大量的成果［3-6］。本文以珠海市某蠔塘回填區軟基處理工程為實例，通過跟蹤真空預壓軟基處理全過程，重點分析軟基處理的加固效果。通過對實測表面沉降、孔隙水壓力、水位等監測數據分析，以及鉆孔取土室內土工試驗、靜力觸探試驗、十字板剪切試驗、平板載荷試驗等檢測項目分析，綜合評價蠔塘區地基真空預壓的加固效果。

1 工程概況

1.1 工程地質條件

珠海某軟基處理工程瀕臨南海，場地原為生蠔養殖塘，采用開山花崗巖風化土進行回填。場地內普遍分布欠固結的淤泥及淤泥質土，具有高壓縮性和觸變性，為主要的特殊性巖土。地質分層情況如表1所示。

表1 地質分層情況 m

1.2 沿海蠔塘回填區軟基特點

淤泥厚，性質差。場地瀕臨大海，鉆探揭露的海陸交互相沉積層中淤泥較厚，最厚達13.4 m。軟土具有高含水量(含水率65%)、高壓縮性(孔隙比1.8)，工程性質差。

軟土固結歷史不一。場地蠔塘堤埂或者拋石路因前期存在預壓歷史，下臥軟土已經有一定程度的固結，而蠔塘內下臥軟土前期固結效應不明顯。

1.3 軟基處理過程

本工程主要采用真空預壓軟基處理方法，共分3個區，如圖1所示。真空預壓軟基處理施工按鋪設砂墊層→塑料排水板→真空預壓幾個階段進行。軟基處理加固效果通過監測、檢測項目開展，判斷標準為設計中的相關規定:加固后地基容許承載力不小于80 kPa，工后殘余沉降不大于20 cm。

2 現場監測數據分析

2.1 固結度及殘余沉降

真空預壓期間，現場實測地表沉降—時間曲線如圖2所示，在真空預壓恒壓前后，沉降速率大，加固后期沉降速率明顯減小并趨于穩定。不同位置的監測點沉降不同，存在固結歷史的拋石路區域沉降量明顯偏小，地表沉降反映了軟土在真空壓力下發生固結壓縮的事實，軟土固結度通過預測最終沉降量根據下式計算:Ut=St/S∞。其中，St為t時刻沉降量;S∞為預測最終沉降量;Ut為t時刻固結度。部分測點的計算估計度如表2所示，平均固結度91.59%，達到卸載標準。

工后殘余沉降量是評價地基加固效果的重要指標，可按下式計算:Sr=S∞－St。其中，Sr為殘余沉降量。部分測點殘余沉降量如表2所示，各測點殘余沉降均小于20 cm，滿足設計要求。

表2 加固區內部分監測點固結度及殘余沉降量

2.2 孔隙水壓力

軟土中孔隙水壓力受真空壓力的影響，孔隙水壓力沿負向逐漸增大。恒壓前后，孔隙水壓力下降最快，隨時間推移逐漸減緩并趨于穩定。真空荷載作用下，土的總應力不變，孔隙水壓力的減小意味著土體有效應力的增加，軟基承載力的提高，孔壓的消散程度一定程度上決定了軟土的加固效果。以A1區為例，不同埋深孔壓計抽真空期間孔隙水壓力消散59.24 kPa～73.08 kPa。

2.3 地下水位

真空預壓期間，水位下降1.53 m～2.49 m，表明軟土中孔隙水隨排水通道不斷排出，地下水位明顯下降，其下降規律與孔隙水壓力變化情況相符。

3 軟基處理檢測分析

3.1 加固前后軟土性質變化

通過加固前后鉆孔取土室內土工試驗，分析軟土物理力學性質指標的變化情況，如表3所示。由表3可知，軟土含水率由64.7%下降到52.2%，下降量12.5%;標貫擊數由不足1擊增加到2擊～4擊。經真空預壓處理后，隨孔隙水的排出，含水率降低，土體固結壓縮，標貫擊數增加，地基承載力提高。

表3 加固前后軟土指標增減變化

3.2 靜力觸探試驗

根據加固前后靜力觸探試驗數據，回填土層、淤泥層比貫入阻力都有一定程度的增長。填土層比貫入阻力由0.15 MPa增長到0.42 MPa，表明經地基處理后，填土經壓密比貫入阻力明顯增大;淤泥層比貫入阻力由0.22 MPa增長到0.40 MPa，表明經地基處理，各土層強度有一定程度的提高。

3.3 十字板剪切試驗

經真空預壓處理后，不同深度土體十字板剪切強度加固前后都有一定程度的增長，軟土層原狀土十字板抗剪強度平均值由20.86 kPa增長到31.49 kPa，表明經地基處理后，軟土強度得到增長，地基加固效果得到體現。

3.4 平板載荷試驗

圖3為平板載荷試驗p—s曲線，由p—s曲線可知，該檢測點在試驗過程中，最大沉降量19.49 mm，最大回彈量5.71 mm，回彈率29.3%，經p—s曲線綜合判斷，該點承載力約為100 kPa，滿足設計承載力要求。

4 結語

1 )根據現場實測數據，蠔塘區各監測點因應力歷史不一沉降量有所不同，計算平均固結度91.59%，預測工后殘余沉降量4 cm～14 cm，孔隙水壓力累積消散59.24 kPa～73.08 kPa，地下水位下降1.53 m～2.49 m。表明在真空壓力下，孔隙水隨排水通道排出，軟土固結壓縮，孔隙水壓力的消散使有效應力增長，土體強度得到提高。2)加固前后淤泥軟土含水率下降了19%，孔隙比下降了17%，壓縮模量提高了24%，粘聚力提高了35%，表明經真空預壓處理后，軟土各壓縮性及強度指標都有一定程度的改良，體現了地基加固效果。3)靜力觸探試驗回填土、軟土比貫入阻力分別增長180%，82%，表明經處理后，回填土層密實度明顯增強，軟土強度有較大幅度增長。4)加固后十字板強度由20.86 kPa增長到31.49 kPa，增幅51%，土體強度明顯增長。5)根據現場平板載荷試驗，地基容許承載力達到100 kPa。6)綜合各項監測、檢測數據分析結果，蠔塘區經真空預壓處理后，工后殘余沉降小于20 cm，地基承載力大于80 kPa，滿足設計要求，軟基處理效果良好。

［1］ 閆澍旺，朱 平，劉 潤.真空預壓法加固軟土地基的效果觀測分析［J］.水利學報，2004(3)：87-92.

［2］ 陳 環，鮑秀清.在負壓作用下固結有效應力［J］.巖土工程學報，1985(5)：39-47.

［3］ 馬云勇，張 波，汪 輝.真空預壓加固軟基先導段現場試驗研究［J］.山西建筑，2008，34(31)：108-109.

［4］ 吳躍東，趙維炳.真空—堆載聯合預壓加固高速公路軟基的研究［J］.河海大學學報，1999(6)：77-81.

［5］ Harvey JA F.Vacuum Drainage to Accelerate Submarine Consolidation at Chek Lap Kok，Hong Kong［J］.Ground Engineering，1997(6)：34-36.

［6］ 朱建才，陳蘭云，龔曉南.高等級公路橋頭軟基真空聯合堆載預壓加固試驗研究［J］.巖石力學與工程學報，2005，24 (12)：2160-2165.