真空預壓處理吹填淤泥現場試驗研究

劉烽

摘 要：結合天津某吹填土真空預壓處理工程，分析了加固過程中吹填淤泥沉降、水平位移及孔隙水壓力消散變化特點，并結合加固前后室內土工試驗和現場十字板剪切試驗對加固效果對比分析。數據表明：真空預壓初期吹填淤泥沉降及水平位移發展顯著；加固后吹填淤泥的物理力學性質指標及現場十字板試驗結果均得到大幅度改善。

關鍵詞：自重固結；吹填淤泥；真空預壓；孔隙水壓力

真空預壓法經過數十年的發展和改進，其應用范圍得到了較大的拓展，并取得了較好的加固效果。但是，由于新近吹填淤泥多處于欠固結狀態，存在一定的地域性，其處理難度較原狀淤泥大為增加。在長期的實踐中，研究人員在理論分析的基礎上，主要從以下幾個方面對真空預壓法進行有益的改進。如無砂墊層真空預壓、長短板真空預壓、分級真空預壓等均是研究者在實踐的基礎上，結合實際土體性質及工程要求進行的探索。真空預壓處理吹填土效果影響因素較多，需結合地區經驗，并通過現場試驗，探求真空預壓處理吹填淤泥的加固效果。

1 工程概況

工程地質條件

天津某吹填工程，根據前期勘察鉆孔資料，地基土主要為吹填淤泥及第四紀沉積土，主要壓縮層自上而下為吹填淤泥、原狀淤泥、淤泥質黏土及黏土等。其中吹填淤泥厚度為4.5～5.5m；原狀淤泥土厚度為2.5～3.9m，淤泥質黏土厚度為2.4～3.2m，黏土厚度為4.2～6.5m。主要壓縮土層的物理力學性質指標詳見表1。

2 檢測內容及測點布置

為了分析真空預壓對吹填淤泥的加固效果，在加固區內布置了深層分層沉降儀、測斜儀、孔隙水壓力儀、水位儀等儀器，分別對加固區內的沉降、分層沉降、水平位移、孔隙水壓力及地下水位等參數進行監測，并在監測點附近布設鉆孔及十字板原位試驗孔，以便對處理前后的欠固結吹填淤泥進行對比，分析評價加固效果。測點布置詳見圖1。

3 監測成果及分析

3.1 孔隙水壓力監測結果及分析

土體內孔隙水壓力的消散情況在一定程度上反映了土中真空度傳遞情況和土體的排水效果。圖2為2區孔隙水壓力消散過程曲線。由圖可知，在整個加固過程中，土體內孔隙水壓力整體上表現為下降趨勢，其中前期消散相對后期較快，淺部的孔隙水壓力消散快于深部土體。從土中可以清晰的看出，接近表層的孔隙水壓力消散80kPa時，抽真空用時20天，而深度5.0m用時40天，深度7.5m處用了75天。

3.2 沉降監測結果及分析

圖3為吹填淤泥在真空預壓過程中沉降隨時間的變化曲線。由圖可知，在預壓期內最大累計分層沉降量為125.0cm，其中第1個月最大累計沉降量為61.7cm，占最終累計分層沉降的49.4%。沉降主要發生在上部11m深度范圍內，其累計沉降量為79.4cm，占最大累計分層沉降的63.5%，其中吹填淤泥層累計沉降量為41.6cm，占最大累計分層沉降的33.3%。這說明：從時間上看，沉降在第1個月發展最明顯；從各土層沉降對比看，主要發生在吹填土層和淤泥層。此外，各土層沉降在接近1個月時，出現明顯變緩趨勢，對比孔隙水壓力變化曲線可知，這主要是斷電事故造成的沉降速率顯著減小。

3.3 水平位移監測結果及分析

圖4為深層水平位移隨深度變化曲線。由水平位移變化曲線可知：水平位移最大值發生在土體表層，為484.6mm，隨著深度的增加，逐漸減小，在深度5m附近出現明顯拐點，說明在此處土的物理力學性質發生明顯改變，對比鉆孔資料和分層沉降曲線，判斷該處為吹填淤泥和原狀淤泥分界線。深度20m以下，在整個加固期內，累計水平位移僅為5.7mm，說明真空預壓對該處土體影響極小。

3.4 地下水位監測結果及分析

設置地下水位觀測點，能夠輔助分析真空預壓過程中加固區內外的水力聯系。加固區內觀測點可任意選取，加固區外水位管距離加固區邊緣2m。由圖5可知，在整個抽真空過程中，加固區內外地下水位均呈下降趨勢，其中加固區內地下水位下降了300cm，加固區外地下水位下降了104cm，說明加固區外地下水位相對區內水位變化小，說明加固區內外水力聯系較弱，加固區周邊密封性較好。

4 加固效果分析

4.1 室內土工試驗數據分析

表2為加固前后土工試驗數據，通過對比加固前后各項參數可以分析真空預壓對欠固結吹填淤泥的加固效果。

（1）加固后各土層含水量均小于加固前對應深度土層的含水量。其中吹填淤泥和原狀淤泥層含水量下降最為明顯，分別降低了29.1%、19.9%，黏土層含水量下降不明顯，僅為5.8%。

（2）通過對比加固前后壓縮系數可知：加固后吹填淤泥和原狀淤泥層壓縮系數分別下降了60.6%、47.2%，說明加固后土體的壓縮性明顯下降。黏土層下降相對較小，為20.0%。

（3）對比加固前后固結快剪試驗結果可知：吹填淤泥層黏聚力和內摩擦角提高最為顯著，分別提高了318.9%、450.0%。

4.2 十字板剪切試驗結果

十字板剪切試驗曲線可以直觀地反映土體加固前后不排水抗剪強度指標，從6圖中可以看出，加固后10m范圍內土體的不排水強度增長最為顯著，該深度范圍土層主要由欠固結吹填淤泥和原狀淤泥構成。其中吹填淤泥十字板強度增長了308.0%，原狀淤泥增長了182.1%，10m以下各土層不排水抗剪強度增長相對較小了，為69.7%。

5 結語

通過分析吹填淤泥的真空預壓現場試驗數據，可以得到以下結論：

（1）沉降及水平位移主要發生在首個月內，該時期為真空預壓關鍵期，對加固效果有較大影響，因此應增加現場巡視的頻率，避免斷電等不利現象的發生。

（2）吹填淤泥在加固過程中產生了較大的指向加固區內的水平位移，這極易導致加固區周邊密封溝處土體發生開裂而發生漏氣，進而影響加固效果，因此，在整個加固過程中應加強對加固區周邊密封溝的巡查，及時封堵開裂土體。

（3）對比加固前后的室內土工試驗和十字板剪切試驗數據表明，吹填淤泥物理力學性質得到顯著改善，加固效果良好。

參考文獻

[1]董志良，周琦，張功新，等.天津濱海新區淺層超軟土加固技術現場對比試驗[J].巖土力學，2012，33（5）：1306-1312.

[2]龔麗飛，朱玲.真空預壓處理新近吹填淤泥土設計與施工要點淺析[J].江蘇水利，2015，（10）：18-20.

（作者單位：天津港東疆建設開發有限公司）