真空预压处理吹填淤泥现场试验研究

刘烽

摘 要：结合天津某吹填土真空预压处理工程，分析了加固过程中吹填淤泥沉降、水平位移及孔隙水压力消散变化特点，并结合加固前后室内土工试验和现场十字板剪切试验对加固效果对比分析。数据表明：真空预压初期吹填淤泥沉降及水平位移发展显著；加固后吹填淤泥的物理力学性质指标及现场十字板试验结果均得到大幅度改善。

关键词：自重固结；吹填淤泥；真空预压；孔隙水压力

真空预压法经过数十年的发展和改进，其应用范围得到了较大的拓展，并取得了较好的加固效果。但是，由于新近吹填淤泥多处于欠固结状态，存在一定的地域性，其处理难度较原状淤泥大为增加。在长期的实践中，研究人员在理论分析的基础上，主要从以下几个方面对真空预压法进行有益的改进。如无砂垫层真空预压、长短板真空预压、分级真空预压等均是研究者在实践的基础上，结合实际土体性质及工程要求进行的探索。真空预压处理吹填土效果影响因素较多，需结合地区经验，并通过现场试验，探求真空预压处理吹填淤泥的加固效果。

1 工程概况

工程地质条件

天津某吹填工程，根据前期勘察钻孔资料，地基土主要为吹填淤泥及第四纪沉积土，主要压缩层自上而下为吹填淤泥、原状淤泥、淤泥质黏土及黏土等。其中吹填淤泥厚度为4.5～5.5m；原状淤泥土厚度为2.5～3.9m，淤泥质黏土厚度为2.4～3.2m，黏土厚度为4.2～6.5m。主要压缩土层的物理力学性质指标详见表1。

2 检测内容及测点布置

为了分析真空预压对吹填淤泥的加固效果，在加固区内布置了深层分层沉降仪、测斜仪、孔隙水压力仪、水位仪等仪器，分别对加固区内的沉降、分层沉降、水平位移、孔隙水压力及地下水位等参数进行监测，并在监测点附近布设钻孔及十字板原位试验孔，以便对处理前后的欠固结吹填淤泥进行对比，分析评价加固效果。测点布置详见图1。

3 监测成果及分析

3.1 孔隙水压力监测结果及分析

土体内孔隙水压力的消散情况在一定程度上反映了土中真空度传递情况和土体的排水效果。图2为2区孔隙水压力消散过程曲线。由图可知，在整个加固过程中，土体内孔隙水压力整体上表现为下降趋势，其中前期消散相对后期较快，浅部的孔隙水压力消散快于深部土体。从土中可以清晰的看出，接近表层的孔隙水压力消散80kPa时，抽真空用时20天，而深度5.0m用时40天，深度7.5m处用了75天。

3.2 沉降监测结果及分析

图3为吹填淤泥在真空预压过程中沉降随时间的变化曲线。由图可知，在预压期内最大累计分层沉降量为125.0cm，其中第1个月最大累计沉降量为61.7cm，占最终累计分层沉降的49.4%。沉降主要发生在上部11m深度范围内，其累计沉降量为79.4cm，占最大累计分层沉降的63.5%，其中吹填淤泥层累计沉降量为41.6cm，占最大累计分层沉降的33.3%。这说明：从时间上看，沉降在第1个月发展最明显；从各土层沉降对比看，主要发生在吹填土层和淤泥层。此外，各土层沉降在接近1个月时，出现明显变缓趋势，对比孔隙水压力变化曲线可知，这主要是断电事故造成的沉降速率显著减小。

3.3 水平位移监测结果及分析

图4为深层水平位移随深度变化曲线。由水平位移变化曲线可知：水平位移最大值发生在土体表层，为484.6mm，随着深度的增加，逐渐减小，在深度5m附近出现明显拐点，说明在此处土的物理力学性质发生明显改变，对比钻孔资料和分层沉降曲线，判断该处为吹填淤泥和原状淤泥分界线。深度20m以下，在整个加固期内，累计水平位移仅为5.7mm，说明真空预压对该处土体影响极小。

3.4 地下水位监测结果及分析

设置地下水位观测点，能够辅助分析真空预压过程中加固区内外的水力联系。加固区内观测点可任意选取，加固区外水位管距离加固区边缘2m。由图5可知，在整个抽真空过程中，加固区内外地下水位均呈下降趋势，其中加固区内地下水位下降了300cm，加固区外地下水位下降了104cm，说明加固区外地下水位相对区内水位变化小，说明加固区内外水力联系较弱，加固区周边密封性较好。

4 加固效果分析

4.1 室内土工试验数据分析

表2为加固前后土工试验数据，通过对比加固前后各项参数可以分析真空预压对欠固结吹填淤泥的加固效果。

（1）加固后各土层含水量均小于加固前对应深度土层的含水量。其中吹填淤泥和原状淤泥层含水量下降最为明显，分别降低了29.1%、19.9%，黏土层含水量下降不明显，仅为5.8%。

（2）通过对比加固前后压缩系数可知：加固后吹填淤泥和原状淤泥层压缩系数分别下降了60.6%、47.2%，说明加固后土体的压缩性明显下降。黏土层下降相对较小，为20.0%。

（3）对比加固前后固结快剪试验结果可知：吹填淤泥层黏聚力和内摩擦角提高最为显著，分别提高了318.9%、450.0%。

4.2 十字板剪切试验结果

十字板剪切试验曲线可以直观地反映土体加固前后不排水抗剪强度指标，从6图中可以看出，加固后10m范围内土体的不排水强度增长最为显著，该深度范围土层主要由欠固结吹填淤泥和原状淤泥构成。其中吹填淤泥十字板强度增长了308.0%，原状淤泥增长了182.1%，10m以下各土层不排水抗剪强度增长相对较小了，为69.7%。

5 结语

通过分析吹填淤泥的真空预压现场试验数据，可以得到以下结论：

（1）沉降及水平位移主要发生在首个月内，该时期为真空预压关键期，对加固效果有较大影响，因此应增加现场巡视的频率，避免断电等不利现象的发生。

（2）吹填淤泥在加固过程中产生了较大的指向加固区内的水平位移，这极易导致加固区周边密封沟处土体发生开裂而发生漏气，进而影响加固效果，因此，在整个加固过程中应加强对加固区周边密封沟的巡查，及时封堵开裂土体。

（3）对比加固前后的室内土工试验和十字板剪切试验数据表明，吹填淤泥物理力学性质得到显著改善，加固效果良好。

参考文献

[1]董志良，周琦，张功新，等.天津滨海新区浅层超软土加固技术现场对比试验[J].岩土力学，2012，33（5）：1306-1312.

[2]龚丽飞，朱玲.真空预压处理新近吹填淤泥土设计与施工要点浅析[J].江苏水利，2015，（10）：18-20.

（作者单位：天津港东疆建设开发有限公司）