真空聯合堆載預壓法處理軟基

陳春銀

(江蘇長江機械化基礎工程公司，江蘇鎮江 212000)

0 引言

在沿海和內陸地區廣泛分布著海相、湖相和河相沉積的軟弱粘土層，具有高含水量、高壓縮性、低強度、低滲透性等特點，在建筑物荷載作用下會產生較大的沉降，地基承載力和穩定性差，不能滿足工程需要。為有效消除軟土的沉降變形，提高地基承載力和穩定性，應對地基進行加固處理以滿足工程建設的需要。

真空預壓法［1-3］是排水固結法的一種，主要由排水系統和加壓系統兩部分組成。在實施真空預壓法的同時在地基上部進行堆載(包括堆土、充水等)，真空預壓與上部堆載聯合作用就形成了真空聯合堆載預壓法。真空聯合堆載預壓法［4-6］加大了超載壓力，堆載預壓中的超載部分為真空壓力，增大了地基土體內的附加應力，同時發揮真空預壓和堆載預壓各自的優勢，可提高加荷速率、縮短工期、增大加固深度，使地基沉降在施工期內得以基本完成，從而有效減少地基工后沉降。真空聯合堆載預壓法對地基實施超載預壓加固，超載部分由真空荷載來代替，其最大荷載可達80 kPa～90 kPa，相當于4 m～5 m的填土荷載，大大超過地面設計荷載;真空荷載施加方便、迅速，幾天之內就可達到80 kPa以上，不存在分級施加的問題;由于有真空預壓，只要塑料排水板有足夠大的通水量，真空度就可以傳遞到土層深部而損失較小，使地基深層軟土得到較好加固，從而在加固期間能消除較多的地基沉降。

本文結合某深厚淤泥質軟基處理工程，介紹真空聯合堆載預壓設計方法，并對處理效果進行分析。

1 工程概況

擬建場地現為農田，除場地局部分布的水渠和池塘外，地形平坦，勘探點標高一般在2．5 m～3．9 m之間，最大高差為1．4 m。地貌單元屬山前沖積平原。主要地層結構(自上而下)如下:

①填土:主要為碎石、磚塊、煤渣、粘性土等，均勻性差，局部分布。層厚0．4 m ～0．8 m，層底標高2．93 m ～3．28 m。

②粘土:灰黃～褐黃色，可塑，干強度高，韌性中等，平均壓縮系數0．58 MPa－1，屬高壓縮性土。場區普遍分布，層厚0．5 m～2．5 m，俗稱“硬殼層”，層底標高0．76 m ～2．94 m。

③-1淤泥:灰色，流塑，土質軟，局部含有機質，平均壓縮系數2．07 MPa－1，屬高壓縮性土。場區普遍分布，層厚 5．8 m ～16．0 m，層底標高 －13．70 m ～ －3．72 m。

③-2淤泥質粘土:灰色，流塑～軟塑，局部含少量有機質，平均壓縮系數1．11 MPa－1，屬高壓縮性土。場區局部分布，層厚0．5 m～10．8 m，層底標高 －12．12 m ～ －6．03 m。

③-3粉細砂:灰色～黃色，松散～稍密，飽和，顆粒級配一般，局部含粉土。場區局部分布，層厚0．4 m～7．6 m，層底標高－12．63 m ～ －5．68 m。

③-4粉質粘土:灰色，可塑～軟塑，含腐殖質等，干強度中等，韌性中等，平均壓縮系數0．35 MPa－1，屬中等壓縮性土。場區局部分布，層厚0．3 m ～4．6 m，層底標高 －13．75 m ～ －9．63 m。

④-1粉質粘土:灰褐色～黃褐色，可塑～硬塑，含腐殖質等，干強度中等，韌性中等，平均壓縮系數0．35 MPa－1，屬中等壓縮性土。場區局部分布，層厚0．3 m～4．6 m，層底標高 －13．75 m～－9．63 m。

地基土主要物理力學性質如表1所示。根據場地工程地質情況的描述，③-1層淤泥和③-2層淤泥質粘土普遍分布，埋深淺，厚度大，具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強度等典型的軟弱土特性，為場地不良地基土層，是軟基處理的重點對象。

表1 地基土物理力學性質指標分層統計表(平均值)

工勘報告表明在總裝車間的場地地基內分布③-3粉細砂地層，而粉細砂地層屬良好透氣地層，采用真空預壓處理軟基時應充分了解該地層的分布情況，若砂層埋深較淺，則在施工時必須采取有效工程措施隔斷透氣通道，若砂層埋深大，厚度大，則在確保加固效果的前提下設計豎向排水體，打設深度應小于砂層的埋深。根據工勘報告提供的各勘探點工程地質剖面圖繪制場地砂層三維立體分布如圖1所示。

圖1 場地砂層三維立體分布圖

可見，在擬建的總裝車間場地內，地基土內砂層分布較為廣泛，局部區域缺失。其中西北角區域內普遍分布有粉細砂地層，局部有中砂層，砂層埋深自西向東、自北向南逐漸增大，其最淺埋深為8．5 m，最大厚度達6．4 m。場地中東部區域砂層普遍埋深在10．0 m～12．0 m。場地西北偏東區域及靠近東、南部場地邊緣砂層埋深較大，普遍在12．0 m ～14．0 m，厚度普遍在1．0 m ～2．0 m，局部厚度近6．0 m。場地局部區域砂層埋深達14．0以下。

根據上述分析，進行軟基加固時應依據砂層埋深特點設計不同豎向排水體深度，豎向排水體深度應在砂層埋深以上1．0 m～2．0 m，這樣可最大限度地完成對整個軟土層的加固，確保加固效果，減少地基殘余沉降;排水板深度控制在砂層以上一定距離，又能防止排水板施工時不小心插入砂層造成漏氣，影響加固效果。

2 真空聯合堆載預壓軟基處理方案

根據上述計算分析，設計軟基處理方案為:豎向排水體采用B型塑料排水板，呈正三角形布置，間距1．0 m，根據場地粉細砂地層分布特點，設計排水板打設深度為砂層埋深以上1．0 m～2．0 m，分別為8．0 m，8．5 m，9．5 m，10．0 m 和11．0 m，如圖2 所示。考慮到該地區砂料欠缺，砂價較貴，水平排水體統一采用φ50 mm的軟式透水管。考慮到真空預壓的邊界效應，實際加固區域邊界應在總裝車間軸線占地邊界的基礎上往外延伸5 m。由于場地西南邊凸出85 m×10 m的一小塊區域，在該區域與其東部區域相連的直角拐彎處場地密封施工難度較大，為確保整個場地密封效果良好，故取消直角拐彎，自豎直邊角點與區域邊界線中點拉成直線。本工程真空聯合堆載預壓斷面布置見圖3。

圖2 場地加固區域分布圖及設計參數（單位：m）

圖3 真空聯合堆載預壓斷面示意圖

加荷過程:0 d～10 d抽真空10 d真空度達80 kPa，開始填土，30 d完成填土1．9 m，持續抽真空至第90天結束，施工總歷時120 d。

3 現場監測

為掌握真空聯合堆載預壓施工過程中地基土變形規律及固結狀態，需進行加固過程的現場監測。在預壓期間及時整理地表沉降過程曲線、孔隙水壓力曲線以及膜下真空度沿深度分布曲線等相關曲線，用以評價分析地基加固效果和施工質量。

擬設置5個監測斷面K1，K2，K3，K4和K5。

每個監測斷面布置地表沉降標3只，監測地基沉降。

在區域中心處K3斷面中心及離南部邊緣33 m兩處設置:1)沿深度每2 m/支埋設孔隙水壓力計，每處埋設孔壓計5支，監測加固過程中地基土內不同深度孔隙水壓力的分布及消散規律，判斷地基土體固結狀態及加固效果;2)沿深度3 m，5 m，7 m和9 m埋設真空度測頭，每處埋設真空度測頭4支，監測真空壓力沿深度的傳遞規律，以分析地基土的深層加固效果;3)深層沉降管，深度20 m，每孔沿深度每2 m設置沉降環共6個，監測不同深度地基土壓縮變形及分層沉降規律。在加固區西邊及南邊(K3斷面)距密封溝邊緣分別埋設3根測斜管，孔深26 m，監測真空預壓加固過程中地基土側向水平位移情況及加固區側向變形對周圍區域的影響。監測斷面及儀器平面布置見圖4。

圖4 監測布置平面圖（單位：m）

4 地基處理效果分析

根據各斷面施工過程中的沉降觀測數據，采用曲線擬合方法［6］對最終沉降及工后沉降進行預測，計算結果見表2。由表2數據可見，該場地最終平均沉降58．9 cm，沉降差異最大達8．3 cm;工后平均沉降2．5 cm，最大沉降差異達4．5 cm，有效完成預定的地基加固效果，滿足工程建設需要。

表2 觀測斷面工后沉降計算

5 結語

采用真空聯合堆載預壓法可以有效處理深厚砂層軟土地基。進行軟基加固時應依據砂層埋深特點設計不同豎向排水體深度，豎向排水體深度應在砂層埋深以上1．0 m～2．0 m。通過現場監測手段可以真空聯合堆載預壓施工過程中地基土變形規律及固結狀態進行分析，評價地基處理效果。

［1］ 袁 江，李 晨．真空預壓法在道路工程軟基處理中的應用［J］．山西建筑，2008，34(26):55-58．

［2］ 朱 平，閆澎旺，劉 潤，等．真空預壓法加固路堤軟基的工程實例分析［J］．巖土工程學報，2003(9):7-8．

［3］ 尹 泉，彭振斌．真空預壓法在某軟基處理中的應用［J］．山西建筑，2010，36(8):75-77．

［4］ 謝 勇．真空聯合堆載預壓法在深軟淤泥地基中的應用［J］．中國水運(下半月)，2012(15):23-25．

［5］ 劉 擎，王海鵬，孫業山，等．真空聯合堆載預壓法加固軟土地基技術應用［J］．施工技術，2008(5):95-97．

［6］ 駱行文，張 華，楊明亮．真空聯合堆載預壓法處理軟土關鍵技術與評價［J］．土工基礎，2010(18):9-11．