一次真空预压法加固中厚层软土试验分析

张伟芳

（温州市瓯江口开发建设投资集团有限公司，浙江 温州 325000）

1 软土、吹填土性质

1.1 软土

软土是淤泥和淤泥质土的总称，是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积经生物化学作用形成的。软土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在外荷载作用下，地基承载力低，地基变形大，不均匀变形也大。

1.2 吹填土

吹填土因挖泥地的土质不同而呈现复杂的成分。吹填施工刚完成时，吹填软土一般极为松散，且含水量极高，整个场地处于泥浆状态，以黏性土为主的吹填土，因土中含有大量水分且难以排出，土体在形成初期处于流动状态，所以这类土属于强度较低和压缩性较高的欠固结土。另由砂土或者其他粗颗粒土所组成的吹填土，其性质基本上与粉细砂相类似，不属于软弱土范围。实际上，吹填淤泥的物质组成及工程性质非常复杂和不统一。一般情况下，其物质组成随距吹填管口距离的远近存在着显著的差异（尤其在粒径成分上明显），由此决定了其工程性质上的差异。

2 中厚层软土一次真空预压软基处理试验

2.1 试验区真空预压方案设计

（1）试验区选取。为了分析真空预压法对温州市瓯江口一期中厚层软土的加固效果，在已完成的吹填区中部区域选取尺寸为100 m×200 m的地块进行一次真空预压加固试验。

试验区的吹填土厚度约8.0 m。工程勘察报告显示，该区域吹填土构成及特征为灰色和流塑，主要以淤泥为主，有臭味，吹填土场地现状分为积水区和涂面蒸发脱水开裂区。积水区上部0.5 m 处吹填土主要呈流塑状，重度小，砂粒含量低，砂粒平均含量4%；中部2.0 m 处吹填土呈流塑状，重度较高，砂粒含量较高，砂粒平均含量5.3%；下部3.5 m处吹填土呈流塑状，重度高，砂粒含量较高，砂粒平均含量4.5%；部分区域勘探孔吹填时间较长，且涂面标高较高，表层土已固结并龟裂，呈软塑状，重度大，砂含量低。

（2）试验区方案设计。试验区共划分为2个分区，按2种试验方案对比，分别采用有砂真空预压法和无砂真空预压法，面积各为1万m2。主要设计方案，见表1。

表1 设计方案

（3）地基处理卸载标准为：表层0～1.5 m处理范围内地基承载力特征值达到50 kPa；1.5 m 以下处理范围内地基承载力特征值达到30 kPa；实测地面沉降速率连续10 d平均沉降量小于或等于3 mm/d。

2.2 施工控制要点分析

真空抽气是施工控制的关键环节，特别是在沿海地区吹填土软基上尤其如此。很多人普遍认为把排水板打入地基、保证膜下真空度并达到一定的抽气时间和沉降速率，真空预压地基处理就成功了。这种观点是有前提条件的，若是在原状自然沉积土上实施做到以上几点成功率就会很高，若是在新吹填土上实施做到上述几点就远远不够。

新吹填土层和原状自然沉积土层在构造和力学指标上有很大不同。首先，新吹填土层含水量高，可压缩性很大，几乎呈流态，承载力近乎为0，新吹填淤泥在实施真空预压排水固结过程中，排水板将随土体的固结压缩而变形或弯曲，固结压缩率越高，排水板变形破坏越严重，严重时将失去排水通道作用；而原状土层含水量较低，承载力相对较高，固结压缩率较低，施打的排水板变形量较小，排水效果不会受到太大影响。其次，新吹填土层是原状土层被充分“搅拌”后输入吹填区的，在重力作用下产生一定的分选和分层，但层间无明显界限，且土壤级配好，各向透水性很差，不利于水气排出，影响真空预压的效果；原状沉积土层具有明显的层理构造，表现在垂直剖面自上而下呈现厚薄不一的粉细砂和粉土夹层，其土颗粒相对稳定，有利于土体中的水气排出，真空预压效果较好。

新吹填淤泥处理时，由于其含水量多在90%以上特别是中上层多在100%以上，水在真空负压作用下移动时细小颗粒会随水向排水板移动，形成以排水板为中心的泥柱，其透水性极差，以至形成不透水柱而使排水固结法失效。上述问题出现后，最直观的表现是真空射流泵抽排较短时间就不出水了，而拟处理的淤泥中自由水含量仍很高，继续抽排等同于做“无用功”，处理效果也不明显。从工程实践经验及技术分析上看，在新吹填淤泥上一次性成功实施真空预压，除了合理的插板工艺、合适的板型、板距和较好的密封外，更重要的是合理有效地控制抽排过程，防止或减缓“土柱”形成，避免排水板淤堵，减弱排水板的变形破坏。

为防止细土颗粒在高真空负压下向排水板附近聚集而影响真空压力传递和淤堵排水板，真空预压前期控制就非常重要。为消除塑料排水板在施打过程中对土颗粒的扰动，在塑料排水板施打完毕后先自然沉淀10～20 d，铺膜后通过控制真空泵开启率逐渐加压并分批轮换开泵，使预处理淤泥土逐渐形成稳定结构。后期在85 kPa恒压作用下抽气90 d以上，并通过沉降速率判定是否卸载。

3 效果检测

施工结束后对处理效果进行检测，检测方法以钻孔取样室内土工试验为主，采用十字板试验的方法进行率定，评估表层及加固深度范围内承载力特征值。钻孔取样深度分别为0.3、0.9、1.5 m位置各取1 组原状土样，1.5 m 以下深度范围取样间距1 m。检测点承载力判定，见表2。

表2 检测点承载力判定

4 结语

从检测结果分析，表层1.5 m以内承载力基本能达到5 t要求、1.5 m以下承载力满足3 t要求，真空预压处理效果表层优于下层，2 个方案在满足设计承载力指标上均可行。有砂真空预压法与无砂真空预压法相比优点是排水板施打较为干净整洁，水平排水滤管不易压瘪；缺点是施工速度慢，费用高。

另据土工试验成果表分析，采用一次真空预压法处理中厚层淤泥除受方案、技术、施工和管理因素影响外，土质因素影响也较大。淤泥质粉质黏土与淤泥相比，采用真空预压处理，其承载力指标更容易实现，因出泥口位置土粒较粗，与远离出泥口位置相比，在同等真空预压处理条件下，处理效果更好。另从土工试验成果表分析吹填土层理结构，可以看出吹填土粒在竖向分布上也不均匀，在不同深度均存在淤泥夹层，这与挖泥船吹填时所选取土区有关，也与吹填过程控制密不可分。