臨近真空預壓加固區邊界的海堤路基防護技術研究

中交四航局廣州南沙工程有限公司，廣東 廣州 510230

隨著沿海城市的經濟發展，港口、機場等用地日趨緊張，填海造陸已成為一種重要的土地擴張方式。真空預壓法作為新一代軟基加固方法，因加固效果好、工期短、施工安全、工程造價低、無環境污染等優點而廣泛應用于填海造陸工程的軟基處理中，但真空預壓也會對周邊地基變形產生影響。若地基變形過大，會危及上部結構物的安全，造成路面開裂、管道斷裂、墻體拉裂倒塌、路堤被毀等重大工程事故。

珠海某工程為新吹填超軟弱土和原狀深厚軟土地質條件下的軟土地基處理工程，根據真空預壓固結沉降理論計算，地基處理后地基沉降量將達到2m左右，真空預壓加固區外土體會發生朝向加固區的位移及不均勻沉降。臨近加固區一側為新建海堤路基，為防止海堤路基發生拉裂或塌陷，在加固區外一定范圍內插設豎向排水板，并對防護效果進行了監測試驗研究。在真空預壓加固過程中，海堤路基土體穩定，沒有出現明顯破壞性的不均勻沉降及位移。通過對土體的孔隙水壓力、地下水位、深層土體側向位移情況的監測分析可得出抽真空對周邊土體影響的規律性特征，可知真空預壓加固區外插設豎向排水板可有效減弱抽真空對海堤路基土體的不利影響。

1 插排水板減少抽真空影響的機理

1.1 真空預壓對加固區外作用的機理

（1）真空預壓屬于負壓排水固結，利用抽真空的方法，使土體中形成一個局部的負壓源，在總應力不變的情況下，通過降低土體中的孔隙水壓力而使孔隙水排出，然后通過增加有效應力來壓密土體。因此，真空預壓固結過程中不僅產生垂直沉降，側向也會產生向著負壓源的位移。

（2）由于加固區邊界與外界無法做到完全封閉隔離，在抽真空傳遞效應下，加固區外土體也會發生朝向加固區的側向位移；同時，抽真空導致周邊土體孔隙水壓力降低，地下水位下降，形成降水預壓作用，地基產生固結而發生不均勻沉降[1]。

1.2 插排水板對減少抽真空影響的機理

抽真空前，在真空預壓加固區外一定范圍內的土體中插設豎向塑料排水板，通過豎向排水，提前釋放土體中的應力，改變土體排水條件，降低孔隙水壓，加速土體自然固結，使土體側向壓力系數降低、土體變形模量增加，提高土體剛度及抵抗真空預壓引起的側向變形。同時，排水板使土體內部與大氣連通，能削弱真空度在土體中的增長，減少抽真空負壓作用。

2 試驗工況及監測布置

2.1 試驗工況

監測試驗選擇在真空預壓加固2區外地基進行，2區上部土層為新近吹填超軟弱土，層厚8.4～13.7m；下部為原狀深厚軟土。2區加固區北側為納泥區，土質條件與2區相似，為未加固軟土區。2區加固區西側15m范圍內為C區，即插板固結區，C區地質條件與2區一致。距離C區西側邊界7～8m為海堤路基頂面，該范圍地基上部1～2m為石渣、雜填塊石，下部土體地質條件不明。

2.2 試驗監測儀器布置

該試驗監測分2組，即第1組在2區加固區北側，第2組在2區加固區西側。試驗監測包括孔隙水壓力、水位、深層測斜。

3 監測結果

3.1 對周邊未加固地基的影響

（1）孔隙水壓力監測分析。在該項目中，15m以上土層孔壓降隨深度自下而上逐漸減小，這是因為密封溝的密封作用阻礙了真空度的側向傳遞。真空度主要從密封溝以下深度向加固區外側土體傳遞，由于加固區外土層無密封措施，且傳遞過程中發生真空度沿程損失，負壓衰減，使孔壓降自下而上逐漸減小。而且同深度孔壓降隨著與加固區邊界距離的增加而迅速減少，這說明真空傳達有沿程損失，加固邊界外某一距離的土層中存在“0”真空度點。將各深度孔壓降與加固區邊界距離關系的回歸趨勢線延長，可得到深度為3m、9m、15m處土體的孔壓降衰減至0的水平距離分別為22.08m、26.86m、28.21m。

（2）地下水位監測分析。地下水位降與真空預壓邊界距離的關系曲線如圖1所示。北側監測點共埋設3根水位管，水位管埋深為10m，由圖1可知，水位降隨著與加固區邊界距離的增加而迅速減小，成線性衰減趨勢，將回歸趨勢線延長可得到水位降減小至0時的水平距離約為27.77m，這與9m深處孔壓降關系曲線推算的影響距離基本一致。

圖1 地下水位降與真空預壓邊界距離的關系曲線

（3）深層土體側向位移監測分析。北側監測點共埋設2根測斜管，加固區外土體，距地表越近的土體側向位移越大，側向位移隨著土體深度的增加而減少，且存在一個臨界深度，當土體深度超過該深度后，土體側向位移迅速衰減[2]。北側試驗觀測土體側向位移的臨界深度約為17～18m，與該區排水板插設深度一致，但在18～20m時，仍有少量側向位移，說明真空度影響深度大于排水板打設深度。

同時，距離真空預壓加固邊界越遠，同深度土體側向位移越小，說明抽真空對加固區外土體的側向位移有影響，隨著與加固區距離的增加而衰減，且側向位移衰減速度由真空負壓的衰減速度決定。試驗測點距地表0.5m深處的側向位移線性衰減速率約為13.26mm/m，由此推算土體側向位移影響范圍約為35.7m。

3.2 對周邊已插豎向排水板固結地基的影響

（1）孔隙水壓力分析。抽真空對插板固結區孔壓降的影響關系與北側未加固區監測結果一致[3]。15m以上土層孔壓降隨深度自下而上逐漸減小，同深度孔壓降隨真空預壓邊界距離增加而迅速減少。將各深度孔壓降與加固區邊界距離關系的回歸趨勢線延長，可得到深度為3m、9m、15m處土體的孔壓降衰減至0的水平距離分別為16.07m、17.98m、21.42m。

在水平方向上，距加固邊界2m處，插板固結區孔壓降與未加固區孔壓降相比減少了38.2%～47.7%，距離5m處同比減少了39.1%～51.4%，距離15m處同比減少了44.4%～ 59.2%。

（2）地下水位分析。插板固結區水位降隨著與加固邊界距離的增加而迅速減小，成線性衰減趨勢，由回歸趨勢線延長可得到，水位降減小至0時的水平距離約為19.28m，這與9m深處孔壓降關系曲線推算的影響距離基本一致。對比2組試驗監測結果可知，在距加固邊界同等距離條件下，插板固結區水位降約為未加固區水位降的20.05%～ 42.64%。

（3）深層側向位移分析。抽真空對插板固結區土體側向位移的影響關系與北側未加固區監測結果一樣。距離加固邊界越遠，同深度土體側向位移越小，插板固結區2處測點距地表0.5m深處側向位移的線性衰減速率約為9.6mm/m，由此推算土體側向位移影響范圍約為28.04m。插板固結區土體側向位移的臨界深度約為18～19m。

另外，在距加固邊界同等距離、深度條件下，插板固結區土體側向位移比北側未加固區明顯較小。在深度為0.5m處土層中，距加固區邊界2m時，插板固結區土體側向位移約為未加固區土體側向位移的55.88%；距離15m時，插板固結區土體側向位移約為未加固區土體側向位移的45.53%。

4 結論

文章結合工程實例，借助試驗監測，得到以下結論：

（1）真空預壓加固區外地基孔壓降隨深度自下而上逐漸減小，同深度孔壓降隨與加固邊界距離的增加而迅速減少。同時，在一定深度范圍內，孔壓降水平影響范圍隨深度的增加而增大。

（2）真空預壓加固區外地基水位降隨著與加固邊界距離的增加而迅速減小，成線性衰減趨勢。

（3）真空預壓加固區外土體側向位移隨深度的增加而減小，距地表越近位移越大，且存在一個臨界深度，當土體深度超過該深度后，土體側向位移迅速衰減。同時，土體的側向位移隨著與加固區距離的增加而衰減，且衰減速度由真空負壓的衰減速度決定。

（4）在真空預壓加固區外一定范圍內插設豎向排水板，在加速土體自然固結、提高土體強度的同時，使加固區外土體內部與大氣連通，有效減弱真空度在土體中的增長，減小由抽真空導致的土體側向張拉應力，減小孔壓降及地下水位下降，從而有效抑制加固區外土體的側向位移及不均勻沉降，對海堤路基起到了較好的防護作用。