沿海蚝塘回填区地基真空预压加固效果分析

张伟帆

近年来沿海港区飞速发展，用地紧张，除大面积围海造陆外，海岸后方湖塘回填造陆也日益增多。湖塘回填造陆地基一般下卧深厚的软土，具有高含水量、高压缩性、低强度等性质，此类地基在建筑施工前必须进行软基处理。真空预压法加固软土地基是一种行之有效的方法［1］。我国自20世纪80年代开始展开对真空预压法的理论、试验、施工等研究及应用工作［2］，并取得了大量的成果［3-6］。本文以珠海市某蚝塘回填区软基处理工程为实例，通过跟踪真空预压软基处理全过程，重点分析软基处理的加固效果。通过对实测表面沉降、孔隙水压力、水位等监测数据分析，以及钻孔取土室内土工试验、静力触探试验、十字板剪切试验、平板载荷试验等检测项目分析，综合评价蚝塘区地基真空预压的加固效果。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

珠海某软基处理工程濒临南海，场地原为生蚝养殖塘，采用开山花岗岩风化土进行回填。场地内普遍分布欠固结的淤泥及淤泥质土，具有高压缩性和触变性，为主要的特殊性岩土。地质分层情况如表1所示。

表1 地质分层情况 m

1.2 沿海蚝塘回填区软基特点

淤泥厚，性质差。场地濒临大海，钻探揭露的海陆交互相沉积层中淤泥较厚，最厚达13.4 m。软土具有高含水量(含水率65%)、高压缩性(孔隙比1.8)，工程性质差。

软土固结历史不一。场地蚝塘堤埂或者抛石路因前期存在预压历史，下卧软土已经有一定程度的固结，而蚝塘内下卧软土前期固结效应不明显。

1.3 软基处理过程

本工程主要采用真空预压软基处理方法，共分3个区，如图1所示。真空预压软基处理施工按铺设砂垫层→塑料排水板→真空预压几个阶段进行。软基处理加固效果通过监测、检测项目开展，判断标准为设计中的相关规定:加固后地基容许承载力不小于80 kPa，工后残余沉降不大于20 cm。

2 现场监测数据分析

2.1 固结度及残余沉降

真空预压期间，现场实测地表沉降—时间曲线如图2所示，在真空预压恒压前后，沉降速率大，加固后期沉降速率明显减小并趋于稳定。不同位置的监测点沉降不同，存在固结历史的抛石路区域沉降量明显偏小，地表沉降反映了软土在真空压力下发生固结压缩的事实，软土固结度通过预测最终沉降量根据下式计算:Ut=St/S∞。其中，St为t时刻沉降量;S∞为预测最终沉降量;Ut为t时刻固结度。部分测点的计算估计度如表2所示，平均固结度91.59%，达到卸载标准。

工后残余沉降量是评价地基加固效果的重要指标，可按下式计算:Sr=S∞－St。其中，Sr为残余沉降量。部分测点残余沉降量如表2所示，各测点残余沉降均小于20 cm，满足设计要求。

表2 加固区内部分监测点固结度及残余沉降量

2.2 孔隙水压力

软土中孔隙水压力受真空压力的影响，孔隙水压力沿负向逐渐增大。恒压前后，孔隙水压力下降最快，随时间推移逐渐减缓并趋于稳定。真空荷载作用下，土的总应力不变，孔隙水压力的减小意味着土体有效应力的增加，软基承载力的提高，孔压的消散程度一定程度上决定了软土的加固效果。以A1区为例，不同埋深孔压计抽真空期间孔隙水压力消散59.24 kPa～73.08 kPa。

2.3 地下水位

真空预压期间，水位下降1.53 m～2.49 m，表明软土中孔隙水随排水通道不断排出，地下水位明显下降，其下降规律与孔隙水压力变化情况相符。

3 软基处理检测分析

3.1 加固前后软土性质变化

通过加固前后钻孔取土室内土工试验，分析软土物理力学性质指标的变化情况，如表3所示。由表3可知，软土含水率由64.7%下降到52.2%，下降量12.5%;标贯击数由不足1击增加到2击～4击。经真空预压处理后，随孔隙水的排出，含水率降低，土体固结压缩，标贯击数增加，地基承载力提高。

表3 加固前后软土指标增减变化

3.2 静力触探试验

根据加固前后静力触探试验数据，回填土层、淤泥层比贯入阻力都有一定程度的增长。填土层比贯入阻力由0.15 MPa增长到0.42 MPa，表明经地基处理后，填土经压密比贯入阻力明显增大;淤泥层比贯入阻力由0.22 MPa增长到0.40 MPa，表明经地基处理，各土层强度有一定程度的提高。

3.3 十字板剪切试验

经真空预压处理后，不同深度土体十字板剪切强度加固前后都有一定程度的增长，软土层原状土十字板抗剪强度平均值由20.86 kPa增长到31.49 kPa，表明经地基处理后，软土强度得到增长，地基加固效果得到体现。

3.4 平板载荷试验

图3为平板载荷试验p—s曲线，由p—s曲线可知，该检测点在试验过程中，最大沉降量19.49 mm，最大回弹量5.71 mm，回弹率29.3%，经p—s曲线综合判断，该点承载力约为100 kPa，满足设计承载力要求。

4 结语

1 )根据现场实测数据，蚝塘区各监测点因应力历史不一沉降量有所不同，计算平均固结度91.59%，预测工后残余沉降量4 cm～14 cm，孔隙水压力累积消散59.24 kPa～73.08 kPa，地下水位下降1.53 m～2.49 m。表明在真空压力下，孔隙水随排水通道排出，软土固结压缩，孔隙水压力的消散使有效应力增长，土体强度得到提高。2)加固前后淤泥软土含水率下降了19%，孔隙比下降了17%，压缩模量提高了24%，粘聚力提高了35%，表明经真空预压处理后，软土各压缩性及强度指标都有一定程度的改良，体现了地基加固效果。3)静力触探试验回填土、软土比贯入阻力分别增长180%，82%，表明经处理后，回填土层密实度明显增强，软土强度有较大幅度增长。4)加固后十字板强度由20.86 kPa增长到31.49 kPa，增幅51%，土体强度明显增长。5)根据现场平板载荷试验，地基容许承载力达到100 kPa。6)综合各项监测、检测数据分析结果，蚝塘区经真空预压处理后，工后残余沉降小于20 cm，地基承载力大于80 kPa，满足设计要求，软基处理效果良好。

［1］ 闫澍旺，朱 平，刘 润.真空预压法加固软土地基的效果观测分析［J］.水利学报，2004(3)：87-92.

［2］ 陈 环，鲍秀清.在负压作用下固结有效应力［J］.岩土工程学报，1985(5)：39-47.

［3］ 马云勇，张 波，汪 辉.真空预压加固软基先导段现场试验研究［J］.山西建筑，2008，34(31)：108-109.

［4］ 吴跃东，赵维炳.真空—堆载联合预压加固高速公路软基的研究［J］.河海大学学报，1999(6)：77-81.

［5］ Harvey JA F.Vacuum Drainage to Accelerate Submarine Consolidation at Chek Lap Kok，Hong Kong［J］.Ground Engineering，1997(6)：34-36.

［6］ 朱建才，陈兰云，龚晓南.高等级公路桥头软基真空联合堆载预压加固试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24 (12)：2160-2165.