真空聯合堆載預壓法在印尼棉蘭燃煤電廠軟基預處理的應用與研究

杜善豐 鄭新章 周云峰

摘 要：印尼棉蘭地區軟土屬于海相沉積，工程性質極差，在此基礎上修建構筑物會帶來很多工程問題。本文根據現場取樣土工試驗及原位測試，進一步研究了棉蘭地區軟土工程特性，通過真空聯合堆載預壓法處理棉蘭地區軟土現場監測資料分析，最大沉降量達到2064mm，最大沉降速率62mm/d，超孔隙水壓力消散較快。根據對加固前后室內土工試驗、原位測試（靜力觸探試驗、靜力載荷試驗）數據的對比分析，表層地基承載力可以達到105kPa，含水率減少了46.8%，孔隙比減少了23.4%，壓縮模量增長60.2%，加固效果非常顯著，滿足設計要求，并驗證了真空預壓法在該地區的適用性。本文對該工法在類似工程中的應用具有一定的指導意義。

關鍵詞：印尼軟土 工程性質 真空聯合堆載預壓 加固效果 現場監測 原位測試

1.引言

印度尼西亞地區電力匱乏，隨著我國“一帶一路”的推進，電廠等電力建設工程在印度尼西亞的建設日益增多。電廠建設雖然投資較大，但其社會效益、經濟效益顯著，因此電廠的建設就尤為重要。印度尼西亞有“千島之國”之稱，電廠選址以海邊居多，這些地方廣泛分布著深厚的淤泥和淤泥質土，這些軟土含水率高、孔隙比大、欠固結性、強度低且靈敏度高，工程性質較差，這給電廠的建設帶來了困難。

對于軟土地基的處理，常用的方法有排水固結法、換填墊層法、復合地基等，若處理方法不當，將產生較大的沉降、差異沉降及工后沉降。換填墊層法雖然工期短，但是對于深厚的軟土并不適用；復合地基雖然能保證較小的工后沉降，但是對于大面積的軟基處理，并不經濟；排水固結法在處理大面積軟基方面有它獨特的魅力，其中，真空聯合堆載預壓法在沉降控制、工期、造價方面均有一定優勢，是很好的軟土地基處理方法。

2.真空聯合堆載預壓法加固機理

真空預壓法與堆載預壓法都是排水固結法。真空預壓法是利用射流泵抽取軟基中的水氣，將“約80kPa的真空荷載”作用于地基土上；堆載預壓法是直接利用砂石、土等“實際荷載”作用于軟土地基上，以達到加固的效果。由太沙基有效應力原理可知：

真空預壓法中總應力不變，孔隙水壓力的消散值等于有效應力的增加值；堆載預壓法則是荷載產生的附加應力先由孔隙水壓力承擔，隨著時間的推移，孔隙水壓力逐漸消散，轉化為有效應力。

真空聯合堆載預壓法是真空預壓法與堆載預壓法相結合的產物，先對軟基進行真空預壓，待地基土達到設計所要求的強度時，再進行堆載，堆載產生的正的超靜孔隙水壓力被抽真空產生的負的超靜孔隙水壓力抵消，與單純的真空或堆載預壓相比，土體的固結速率加快，很大程度上縮短了工期。

3.印度尼西亞棉蘭地區軟土工程特性

根據巖土勘察報告，場地淺部地層主要為海相沉積的淤泥、淤泥質土，具體為：

①層：填土主要為填筑場地西側和南側圍堰土壩形成的厚度約2m由淤泥或粉砂組成填土結構松散～稍密；

②1層：淤泥、淤泥質粉質粘土多呈流塑狀態欠固結土，高壓縮性土承載力低在上覆場地填土的自重附加應力及其它荷載產生的附加應力的作用下，對樁基礎具負摩阻等工程特性，物理力學性能差；

②2層：粉砂，松散，呈透鏡體狀，層頂高程-3.07m～-16.88m該層厚度變化較大多呈松散狀態，強度低，工程性質差；

②3層：粘土，少量為粉質粘土，最大厚度達8.5m，軟塑狀局部可塑狀，壓縮性高，強度較低。

土體的物理力學指標見表1。

由表1可以看出，軟弱土層②1含水率為80%，天然重度14.1kN/m3，孔隙比為2.298，壓縮模量為1.7MPa，滲透系數為6.89E-07cm/s，強度指標c為9.5MPa，φ為1.9MPa，強度很低且該區域土層為欠固結土，因此，印尼棉蘭地區軟土的工程性質極差。

4.真空堆載聯合預壓加固效果分析4. 1施工概況

本工程2015年2月13日開始打設塑料排水板，3月5日打設完畢，其中，采用SPB-B型塑料排水板，打設深度為22m，間距1m，3月8日鋪設排水管路，于2015年3月9日鋪設密封膜，布設真空泵，3月10日開始抽真空，并完成區域內監測儀器初值測量。預壓期間真空度平均值為80kPa，2015年5月2日開始填砂堆載，堆載高度1.5m，堆載到場地的1/2，6月3日堆滿整個區域，堆載高度平均1.65m左右。6月5日進行第二層堆載，高度平均80cm左右，6月8日對表層沉降進行了接高作業，6月12日堆載結束，平均高度為3.0m。從整個施工過程看來，加載系統、密封系統、排水系統完好，達到了快速加固土體的目標。施工于2015年7月18日卸載，已經經歷130天，之后進行相應的檢測試驗。

4.2地表沉降觀測

地表沉降能直觀地反應了軟基的加固效果，其觀測結果可用于推算平均固結度，因此地表沉降成為控制施工質量和進度的重要指標。由地表沉降監測數據統計表2可知：最大沉降量為2064mm位于場區中央的C1點處，位于邊緣C2點的沉降量最小，為1568mm，這說明土體向場區內部收縮，有利于土體的穩定，表明本區域預壓處理是成功的；沉降速率最大值產生在抽真空階段為62mm/d，平均沉降速率15.25mm/d，卸載前7天平均沉降速率5.8mm/d。圖1表明：真空聯合堆載預壓加載初期沉降速率大，后期小，說明加固區土體的主固結速率隨時間是一個逐漸收斂的過程。

4.3孔隙水壓力觀測

由于孔隙水壓力的監測受外界因素的影響較小，且能夠精確測量，所以孔隙水壓力的隨時間的變化是反映真空聯合堆載預壓加固效果的重要指標。本加固區中心處布置了一組孔隙水壓力計，埋深分別為1m、4m、7m、10m、14m和18m處。從圖2試樁區孔隙水壓力隨時間變化的曲線圖上可以看出，各測點的穩定初始值與地下水位壓力初始值基本相近，在真空預壓階段，隨著抽真空的進行，不同深度的孔壓值基本呈下降趨勢，其中，地面以下14m范圍內各測點的孔壓值下降較快，14m以下的孔壓值下降較慢，這表明真空預壓法在14m深度范圍內有顯著的加固效果。在堆載預壓期間，荷載的施加均會引起各測點的孔壓值的增大，由于加載速率較快，淺層土體（1m、4m、8m）處的孔壓受堆載產生的附加應力影響顯著，孔壓升高較為明顯，而深層（18m）處孔壓受堆載產生的附加應力影響較小。隨著抽真空的進行，負壓迅速抵消堆載產生的正的超孔壓，各測點的孔壓逐漸消散，但在深度方向，孔壓消散值隨深度增加而減小。

4.4土體物理力學性質

在施工前后對場地地基土進行了鉆探取樣工作，并進行了室內試驗工作，具體數據見表3。

由表3可知加固后淤泥質土含水率減少了46.8%，孔隙比減少了23.4%，壓縮模量增為2.58MPa，直剪指標也有明顯提高。表明真空聯合堆載預壓有明顯的加固效果，可以有效地加固土體。

4.5靜力觸探試驗成果分析

與傳統原位測試方法相比，靜力觸探試驗具有速度快，勞動強度低，經濟等優點，尤其對于高靈敏度的軟土以及難以取得原狀土樣的砂性土，靜力觸探有著不可替代的作用。本工程靜力觸探檢測數據見圖3。

由圖4可知：上部硬殼層強度增長不大，中部較厚的淤泥層強度增長較明顯，下部土層強度增幅相對較小。

4.6載荷板試驗

根據原位試驗所得到的荷載-沉降曲線（圖4），加固后的地基承載力約為105kPa，完全滿足設計要求，與加固前的40kPa左右相比，地基承載力特征值增加了162.5%，表明真空聯合堆載預壓處理軟基效果顯著。

5.結論

本文結合印度尼西亞棉蘭地區軟基處理的工程實例，對真空聯合堆載預壓加固軟土地基的機理、現場監測、檢測數據進行了分析。通過分析，可以得出以下結論：

（1）通過對地勘報告的分析，說明印度尼西亞棉蘭地區軟土的工程性質極差，含水率達到80%，孔隙比為2.298，壓縮模量為1.7MPa，天然重度為14.1kN/m3。

（2）通過對孔隙水壓力的觀測可以看出，在塑料排水板處理范圍內超孔隙水壓力壓消散較快，土體固結速度快，這表明真空聯合堆載預壓處理印尼棉蘭地區的軟土效果顯著。

（3）通過沉降監測資料可以得到預壓期間累計最大沉降為2064mm，平均沉降速率為15.25mm/d，累計沉降與沉降速率較大，表明通過真空聯合堆載預壓能顯著地減少軟基的沉降，有效地縮短工期。

（4）通過對加固前后物理力學性質、靜力觸探、靜力載荷試驗數據的分析表明：各參數在處理過后均有較大的改善，含水率減少了46.8%，孔隙比減少了23.4%，壓縮模量增加了60.2%，直剪指標也有明顯提高。驗證了真空聯合堆載預壓法在印度尼西亞棉蘭地區的適用性。

（5）在印度尼西亞棉蘭電廠軟基預處理過程中，采用真空聯合堆載預壓方法完全滿足設計要求，對今后在類似工程中的軟基處理有很好的借鑒意義。

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