连云港某堆场真空联合堆载预压技术

韩宾，张永宏，高公略

（1.中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071；2.淮海工学院土木系，江苏 连云港 222005；3.中国化学工程南京岩土工程公司，江苏 南京 210044）

0 引言

真空预压法是传统的软土地基处理方法，有施工周期短、工后沉降小和加固效果好的优点，在软基处理中得到广泛应用[1-3]。但对于码头堆场等对地基承载力以及工后沉降量要求较高的工程，采用真空预压法处理往往不理想，因此经常采用真空联合堆载预压技术对其软基进行处理。

本文结合江苏连云港某堆场地基处理工程，对采用真空联合堆载预压法地基加固效果进行分析。阐述了高含水率、低强度、高压缩性、低渗透性的深厚淤泥质软土地基处理的施工和监测过程，对现场实测的沉降量、孔隙水压力、侧向位移等数据进行分析，并比较了加固前后地基土的土性变化，对地基的加固效果进行评价。

1 工程概况及施工

1.1 工程概况

本工程为某散货码头前沿部分，码头后方陆域多为盐碱地。处理区域宽度900 m，纵深29 m，处理区域总面积26 100 m2，分3个区进行处理。根据工程地质勘察报告，需要处理软土层深度为13.1～22.67 m，可划为2个分层：①淤泥层，厚1～2 m；②淤泥质黏土层，厚13.7～22.7 m。软土层物理力学指标见表1，可以看出该地基软土层深厚，土性差，含水率高，孔隙比大，承载力低。

表1 软土层物理力学指标Table1 Physico-mechanical index of thesoft layer

1.2 施工工艺及监（检）测

地基处理主要施工工艺为：整平陆域，形成工作面，铺设1层机织土工布，抛填60 cm厚中粗砂垫层，施打塑料排水板，打设深度穿过淤泥质软土层，间距为1.0 m。然后铺设滤管、挖填膜沟和铺设密封膜进行真空预压，膜下真空度不低于80 kPa。等抽气稳定后进行堆载，为防止膜被破坏，铺设1层无纺土工布，铺50 cm素土，然后回填开山石进行堆载，堆载高度为3.5 m，分两级进行，第一级加载1.5 m，第二级加载2.0 m。

整个处理设计时间140 d，要求平均固结度达到65%，预压完成后卸除堆载料。

加固区3个分区内共埋设沉降板27块，孔隙水压力计6组，测斜管5组及分层沉降仪7组，地基处理前后各进行十字板原位测试试验3组，加固后进行浅层载荷板试验及钻孔取土检测试验。钻孔取土点位置与十字板剪切试验点位置间距为4 m。施工期控制标准见表2。

表2 施工期控制标准Table 2 Control standards of construction period

2 监测结果分析

2.1 膜下真空度

在加固区，膜下按1 000 m2间隔共布设17个真空表测试膜下真空度，膜下真空度随时间变化曲线见图1。可以看出，在预压初期的30 d内由于电压不稳定造成真空度变化幅度较大，特别是15～22 d，由于供电不稳致使真空度变化剧烈，直至33 d以后，供电持续稳定，真空度维持在80 kPa上下。真空度稳定后开始堆载，真空度一直维持在80 kPa左右，符合要求。

图1 真空度随时间变化曲线Fig.1 Curveof vacuum degreeover time

2.2 表层沉降

表层沉降量分为插排水板期间沉降和真空堆载预压期沉降两部分。插排水板期间沉降量不大，平均为7 cm。

图2为加固区表层沉降量与荷载随时间变化曲线，从图1和图2中可以看出，真空预压初期阶段沉降较小，从30 d开始，真空度趋于稳定，沉降速率也逐渐稳定，最终地表累积沉降量达993 mm。真空度与沉降速率具有良好的相关性，真空度增大时，沉降速率也随之增大，真空度减小时，沉降速率也随之减小，这也从侧面反映了真空度对真空预压地基处理效果的重要影响，保持较高的真空度是取得良好地基处理效果的前提。

图2 地表沉降量随时间变化曲线Fig.2 Curve of ground surface settlement with time

采用三点法推算最终沉降量S∞，求出相应的沉降固结度。表3为各区表层总沉降量、固结度及工后沉降量。可以看出，加固后的固结度均大于65%，达到要求的加固效果。但残余沉降较大，后期设计和施工中应加强监测。

表3 各区表层总沉降量、固结度及工后沉降Table 3 The total settlement,consolidation degreeand post-construction of surface layer in all areas

2.3 分层沉降

图3为加固区分层沉降变化曲线图，从图中可以看出，土层中各深度分层沉降速率变化规律与表层沉降速率变化规律类似，真空度增大，沉降速率随着增大；真空度减小，沉降速率也随着减小。

2.4 孔隙水压力

打设塑料排水板后，在不同深度埋设孔隙水压力计来测定孔隙水压力。图4为某分区孔隙水压力变化曲线。

图4 某区孔隙水压力变化曲线图Fig.4 Changing curve of pore water pressure in an area

从图4及图1可以看出，在真空预压开始初期，孔隙水压力不稳定甚至出现负压，这主要是因为施工初期，电压不稳定，导致抽真空断断续续，真空度变化剧烈导致孔隙水压力不稳定。真空预压后期，孔隙水压力随真空荷载的增加而逐渐增大，联合堆载后产生超孔隙水压力，在堆载结束后，孔隙水压力逐渐减小。

2.5 侧向水平位移

侧向位移变化是预压荷载下地基稳定性的重要表现。单纯堆载预压地基处理方式深层水平位移朝向加固区外，容易引起地基失稳，而真空预压地基处理方式与其相反，深层水平位移朝向加固区，利于地基稳定。现场监测到的各个深度侧向水平位移变化见图5，可以看出，在真空堆载预压过程中，侧向水平位移先朝向加固区，再在堆载作用下发生反向运动，下部位移逐渐小于上部位移，影响深度能达到18 m。

图5 加固区侧向水平位移变化曲线Fig.5 Changing curve of lateral horizontal displacement in consolidation area

3 加固效果评价与检测

3.1 加固前后土性检测

加固后，主要加固的淤泥质黏土层的物理力学性质发生了变化，见表4。淤泥质黏土层含水率减小10.3%、孔隙比减小0.299、液性指数减少了0.075，十字板强度提高了19.5 kPa。说明加固后土性得到改善，地基处理起到了作用。

表4 加固前后淤泥质黏土层物理力学性质指标对比Table 4 Comparison of the physico-mechanical indexesof muddy clay before and after the consolidation

3.2 浅层平板载荷试验

载荷试验在堆载料顶面上进行，并加砂调平，试验点经过1 290 min的观测，设计荷载100 kPa，最大加载值200 kPa，累计沉降量达29.23 mm，试验p-s曲线见图6。

图6 浅层平板载荷试验p-s曲线图Fig.6 p-s curve of shallow plate load test

由图6可知，取最大加载量的一半100 kPa作为该点地基土承载力的特征值，可知加固后地基承载力较大，加固效果明显。

4 结语

1）缩短地基处理时间

真空联合堆载预压法加固码头堆场深厚软土地基效果明显，加固周期短，在加快工程进度方面具有优势。设计提出约140 d才能达到65%的固结度，实际只用了99 d，平均固结度就达到了65%以上。

2）有利于加固地基的稳定

在真空联合堆载预压过程中，位移量先朝向加固区，在堆载作用下发生反向运动，位移形式与单纯堆载不一样，一般不会引起处理区域的失稳，可避免一次加载过大带来的地基不稳问题。

[1]何立涛.塑料插板堆载预压排水固结法在软基处理中的应用[J].工程建设，2008（6）：39-42.HE Li-tao.Application of plastic flashboard preloaded drainage consolidation method in soft foundation treatment[J].Engineering Construction,2008(6):39-42.

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[3]郑辅江，刘凤松.真空联合堆载预压法加固软土地基效果监测分析[J].中国港湾建设，2009（3）：13-15.ZHENGFu-jiang,LIU Feng-song.Monitoring analysis of consolidation of soft soils by vacuum preloading in combination with surchargefill[J].China Harbour Engineering,2009(3):13-15.