不同真空預壓施工工藝的應用效果及經濟性

鄒鋒 ，陳運濤 ，劉文彬

（1.天津臨港建設開發有限公司，天津 300452；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術交通行業重點實驗室，天津市港口巖土工程技術重點實驗室，天津 300222；3.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

真空預壓法作為目前最常用的軟土地基加固方法具有加固效果好、經濟效益高等優點。近些年來根據不同工程的施工要求，真空預壓法逐漸發展出了多種不同的施工工藝，其中最常見的有直排式真空預壓、常規真空預壓和增壓式真空預壓3種。

直排式真空預壓是在常規真空預壓法基礎上發展而來的，該方法取消了常規真空預壓法中的水平砂墊層，將塑料排水板與抽真空氣管直接相連，消除了真空荷載在砂墊層中的能量損失，提高了真空利用效率。增壓式真空預壓是在直排式真空預壓的基礎上設置增壓管進行增壓處理，以達到地基土體的孔隙水壓力消散，土體充分固結，強度增長完全的目的。國內一些學者已經對直排式和增壓式真空預壓的優勢做了許多研究[1-7]，但針對于3種施工工藝的差異和特性研究并不多。

本文以天津某軟土地基加固工程為依托，在天津某港區開展真空預壓3種施工工藝的現場試驗，設置3個試驗區分別采用直排式、常規式和增壓式真空預壓法進行地基加固，并對加固過程中的土體表層沉降量和孔隙水壓力進行動態監測，對比不同施工工藝的加固效果及經濟性，闡明了直排式、常規式和增壓式真空預壓法的優缺點和適用性，為以后的實際工程提供理論和數據支持。

1 現場試驗介紹

本試驗場地位于天津港的某軟土地基加固工程施工區，地基為吹填形成的陸域，土體分布及各物理力學參數如表1所示。

表1 地基土體參數Table 1 Parameters of foundation soil

將試驗場地劃分為3塊試驗區分別進行不同施工工藝的真空預壓處理，各試驗區采用的施工工藝詳見表2。

表2 各試驗區的施工工藝Table 2 Construction methods of test areas

地基加固過程中，現場埋設儀器，對各試驗區的表層沉降、孔隙水壓力等進行動態觀測；并通過現場十字板試驗檢驗各施工工藝的加固效果。

2 現場監測結果

2.1 表層沉降

由于試驗區表層為欠固結的吹填土，其在真空荷載作用下相比于其他土層產生較大的沉降量，因此對試驗區的表層沉降量進行監測，可有效評價不同施工工藝的加固效果。

表層吹填土地基的沉降量主要包括插板期沉降和真空預壓期沉降。其中插板期沉降是地基土體在插板過程中土體固結產生的沉降，真空預壓期沉降是排水板打設后在真空荷載作用下土體產生的沉降，各試驗區土體的表層沉降量詳見表3。

表3 各試驗區土體的表層沉降量Table 3 Surface settlement of the soil in test areas

現場監測得到土體在真空預壓期的沉降發展曲線如圖1所示。

圖1 試驗區土體表層沉降發展曲線Fig.1 Surface settlement development curve of the soil in test areas

由圖1可知，經真空預壓處理后，3個試驗區地基土體的固結度均達到85%以上，沉降速率均小于2.5 mm/d。真空預壓期3號試驗區產生的表層沉降略大，2號試驗區次之，1號試驗區沉降量最小，但三者差異不大，最大相差不足4.5%。說明無論采用增壓式、直排式還是常規式真空預壓施工工藝，表層吹填土地基產生的固結沉降量相差不大。

2.2 孔隙水壓力監測結果

孔隙水壓力是指在真空預壓過程中地基土體產生的超靜水壓力，其增長與消散過程反映了軟土地基的排水固結特性及有效應力變化規律，具有重要的研究意義。

地基加固過程中，分別在每個試驗區中心位置開展孔隙水壓力監測，每個觀測點在深度范圍內設置6個監測點，間隔3 m。意在通過觀測塑料排水板深度范圍內地基土體在不同深度內的超靜孔隙水壓力的消長規律，了解土體的固結狀態和強度增長情況。各試驗區的孔隙水壓力變化曲線如圖2～圖4所示。

圖2 1號試驗區孔隙水壓力變化曲線Fig.2 Change curves of pore water pressure in No.1 test area

圖3 2號試驗區孔隙水壓力變化曲線Fig.3 Change curves of pore water pressure in No.2 test area

圖4 3號試驗區孔隙水壓力變化曲線Fig.4 Change curves of pore water pressure in No.3 test area

由圖2～圖4可知，無論采用哪種施工工藝，在真空荷載作用下，各試驗區各深度位置的孔隙水壓力不斷減小，說明土體的固結程度逐漸提高，強度逐漸增強。通過對比發現，不同試驗區的孔壓消散值存在一定區別，將孔壓消散值隨深度的變化曲線匯于圖5。

圖5 不同深度的孔壓消散變化曲線Fig.5 Change curves of pore water pressure dissipating in different depth

由圖5可知，1號和3號試驗區的孔壓消散最大值位于排水板中間深度處，向上或向下孔壓的消散值均減小；2號試驗區的孔壓消散最大值位于排水板底部深度處，孔壓消散值隨著深度的增加逐漸增大，說明常規式真空預壓施工工藝對深層土體的加固效果較好。3號試驗區的孔壓消散最大值較1號試驗區的大20%，說明增壓式真空預壓施工工藝可有效提高孔壓的消散效率。

2.3 加固效果分析

應用十字板強度表征各試驗區地基加固完成后的土體強度，十字板強度越大說明加固后土體的強度越高。將各試驗區土體的工后十字板剪切強度匯于圖6。

圖6 不同深度的十字板強度變化曲線Fig.6 Change curves of vane shear strength in different depth

由圖6可知，3種施工工藝對軟土地基進行處理后，土體的抗剪強度均有所增長，但其處理深度范圍和加固效果存在明顯的差異性。對于表層土體（4 m以上），1號試驗區的加固效果最好，3號試驗區次之，2號試驗區最差，隨著深度的增長，3號試驗區和2號試驗區的加固效果先后達到峰值，對于深層土體（10 m以下）3個試驗區的加固效果相當。

3 經濟性對比

匯總3個試驗區的工程總價和單價，并進行對比如表4所示。

表4 經濟性對比Table 4 Comparison of economic efficiency

由表4可知，直排式真空預壓由于取消了水平砂墊層，同時不需要進行增壓處理，因此其更具有價格優勢，工程單價最低，為210元/m2；常規真空預壓由于需要鋪設0.5 m的砂墊層，單價有所提高，為264元/m2；而增壓式真空預壓由于需要進行增壓處理，提高了材料費和人工成本，其單價最高，為270元/m2。

4 結語

本文開展了真空預壓3種施工工藝的現場試驗，通過監測加固過程中的土體表層沉降量和孔隙水壓力，對比不同施工工藝的加固效果及經濟性，得出如下結論：

1）無論采用直排式、常規式還是增壓式真空預壓施工工藝，表層吹填土地基產生的固結沉降量相差不大，沉降最大的3號試驗區較沉降最小的1號試驗區最大相差不足4.5%。

2）3種施工工藝均可令孔隙水壓力消散，土體固結，但常規式方法可有效消散深層土體的孔壓，而直排式和增壓式可有效消散中間位置土體的孔壓，且增壓式較直排式加固法孔壓消散值提高20%。

3）3種施工工藝均可提高土體的抗剪強度，但其處理范圍和加固效果存在明顯的差異。對于表層土體，直排式方法加固效果最好，增壓式次之，常規式最差；對于深層土體3種施工工藝的加固效果相當。對于施工成本而言，增壓式施工工藝的單價最高，常規式次之，直排式最低。