真空預壓在新近回填軟土地基的應用分析

張 薊

(上海港灣基礎建設(集團)有限公司，上海 200434)

0 引言

真空預壓是軟土地基處理的一種常用方法，適用于以黏性土為主的軟弱地基，經過大量的理論研究和工程實踐，逐漸形成了一套基本成熟的理論體系和施工工藝。真空預壓地基處理方法對于處理淤泥及淤泥質土具有處理效果好、污染少、經濟效益好等優點。實際應用中，主要包括自然成因的軟基，比如：海相、湖相以及河相沉積的軟弱粘性土，也包括人工成因的軟基，比如：大面積的圍海吹填造陸成為沿海地區土地。上述地基，真空預壓已經有較多的成熟應用。而對于人工成因的新近陸運回填的軟土地基，真空預壓的應用相對而言尚且不多。筆者通過實際工程應用，對真空預壓在新近陸運回填的軟土地基中的指標進行分析驗證，為相關地基處理提供技術參考。

1 項目概況

1.1 工程概況

項目位于東南地區，場地面積約為7 000 m2，擬建物為住宅。初始場地為池塘，深度5 m～15 m,平均約12 m。先通過陸運回填的方式回填，回填土主要為淤泥質土。回填之后進行地基處理，主要目的是提高回填軟土的強度，消除主要的工后沉降，為上部結構施工提供場地預處理效果。

1.2 工程地質概況

回填完成3個月后，進行場地工期勘察，根據勘察報告，本工程所涉及的各地基土層為①回填土，灰色，軟塑，由淤泥質土、黏性土組成，土性極不均勻，回填方式為人工回填,回填年限約為 0.5年，高壓縮性;②淤泥質黏土，淺灰色，軟塑,土性較均勻；③粉砂，密實。

各土層主要物理力學參數見表1。

表1 工前勘察物理力學參數表

2 真空預壓方案

2.1 真空預壓設計方案

真空預壓設計分為排水板和真空固結兩個主要部分，排水方案設計：砂墊層0.5 m,排水板間距1.0 m，三角形布置，設計深度為18 m。真空固結設計：真空預壓80 kPa滿載后,固結度達到90%～95%，最后10 d平均沉降速率不超過0.2 cm/d，預計的固結時間為150 d～180 d。真空預壓設計斷面如圖1所示。

設計階段對①回填軟土的強度增長進行了預測，假設①回填軟土為正常固結土,根據式(1)：

τft=τ0+ΔσzUttanφcu

(1)

其中，τf0為地基土天然抗剪強度，kPa;Δσz為預壓荷載引起的該點處的豎向附加應力,kPa;Ut為t時刻土的固結度;φcu為三軸固結不排水試驗推求的土體內摩擦角，(°);τft為t時刻土的抗剪強度。計算結果見表2。

表2 預測回填軟土強度增長計算表

2.2 施工工序以及要求

1)鋪設砂墊層：在原地面鋪設一層200 g/m2土工布，其上鋪設0.5 m砂墊層，含泥量不大于5%，干密度不小于1.5 t/m3,滲透系數大于1.0×10-2cm/s;

2)施打塑料排水板：間距1.0 m,正三角布置，深度18 m，板頭露出砂墊層20 cm,并埋在砂墊層中；

3)安裝水平排水系統：濾管間距6 m，主管間距20 m,均埋設在砂墊層中,主管與濾管采用四通連接；

4)鋪設一層200 g/m2的土工布；

5)鋪設兩層PVC真空薄膜，在場地四周開挖密封溝，埋設真空膜并回填黏土，密封溝的深度按照開挖至進入①回填軟土層1 m為準；

6)安裝真空射流泵8臺，均勻布置在場地內，試抽真空，達到設計真空壓力要求并穩定72 h后正式抽真空，并開始進行預壓期計時和監測；

7)卸載：滿載預壓達到設計要求后，停泵卸載。

3 應用效果分析

3.1 地表沉降

預壓期設置3個地表沉降板進行沉降觀測。真空達到滿載的第一個月，沉降速率較大，平均在1.0 cm/d～2.0 cm/d,之后沉降速率逐漸變小，平均在0.25 cm/d～1.0 cm/d，至第180天卸載時的最后10 d，平均沉降速率0.1 cm/d，累計沉降達到98.8 cm～124 cm，平均111.4 cm,沉降觀測曲線見圖2，圖3。

3.2 固結度推算

根據實測沉降數據，采用Asoka方法進行固結度評估, 各沉降板固結度推算見表3。

表3 基于Asoka方法的固結度推算

3.3 物理力學指標對比

真空卸載后14 d，對場地進行工后檢測，從含水量和不排水強度曲線(如圖4，圖5所示)可知，經真空預壓處理后，地基土得到了較大的改善。含水量從工前的55.79%降至44.50%，不排水強度從工前的12.71 kPa提高到28.49 kPa。

3.4 應用效果分析

1)有效加固深度。

從0.5 m砂墊層算起,排水板深度18 m,則進入軟土層的排水板是17.5 m。根據圖4可知，在排水板深度內，0 m～12 m深度改善明顯，12 m～17.5 m改善不明顯，分析如下：

a.0 m～12 m為新近回軟土，欠固結，初始含水量相對較高，平均為61.95%，按照0.8 kPa/m～2.0 kPa/m真空壓力的衰減,則估計實際真空壓力平均為70 kPa,故改善明顯；

b.12 m～17.5 m為原狀軟土，正常固結，初始含水量相對并不高,平均為49.57%，按照0.8 kPa/m～2.0 kPa/m真空壓力的衰減,則估計實際真空壓力平均為55 kPa,故改善不明顯。

故有效加固的深度是12 m。

2)軟土壓縮率。

根據監測數據，沉降98.8 cm～124 cm，平均111.4 cm,有效加固深度12 m，則軟土壓縮率9.28%,而室內試驗提供壓縮率為10.8%。筆者分析的原因是：室內試驗的對土樣施加的是80 kPa，而實際上，場地由于真空壓力的衰減，等效于在地基土中只施加了70 kPa的壓力，故實際壓縮率低于試驗值。

3)強度增長。

0 m～13 m深度內初始強度平均為9.7 kPa，經過真空預壓處理后的強度平均為29.3 kPa,與設計階段預測27.67 kPa的比較相符。

4 結語

1)根據表層沉降監測數據、真空滿載預壓時間、固結度推算和沉降速率結果可知,加固區達到設計卸載標準，地基土大部分固結變形已在真空預壓期間完成，加固處理效果明顯。

2)對地基土加固前、后物理力學指標對比分析，認為加固后含水量和不排水抗剪強度得以改善。含水量從61.95%降至45.45%，改善16.49%，不排水抗剪強度從9.7 kPa升至29.3 kPa，改善幅度300.88%。

3)一般經驗認為，回填黏土在10年左右完成固結，而本項目在新近回填6個月左右就進行地基加固，故地基土在真空預壓固結的同時，也在完成自重固結。排水板打設深度18 m,通過處理前后含水量對比曲線以及壓縮率分析可知，實際只有0 m～12 m深度的地基土發生了固結沉降，其下臥的原狀軟土未發生明顯的固結。一方面是由于真空壓力隨深度衰減，但另一方面更主要的是因為新近回填軟土為欠固結，在沉降固結過程中比原狀土更為顯著，吸收了絕大部分的真空固結效用。