真空联合堆载预压法在印尼棉兰燃煤电厂软基预处理的应用与研究

杜善丰 郑新章 周云峰

摘 要：印尼棉兰地区软土属于海相沉积，工程性质极差，在此基础上修建构筑物会带来很多工程问题。本文根据现场取样土工试验及原位测试，进一步研究了棉兰地区软土工程特性，通过真空联合堆载预压法处理棉兰地区软土现场监测资料分析，最大沉降量达到2064mm，最大沉降速率62mm/d，超孔隙水压力消散较快。根据对加固前后室内土工试验、原位测试（静力触探试验、静力载荷试验）数据的对比分析，表层地基承载力可以达到105kPa，含水率减少了46.8%，孔隙比减少了23.4%，压缩模量增长60.2%，加固效果非常显著，满足设计要求，并验证了真空预压法在该地区的适用性。本文对该工法在类似工程中的应用具有一定的指导意义。

关键词：印尼软土 工程性质 真空联合堆载预压 加固效果 现场监测 原位测试

1.引言

印度尼西亚地区电力匮乏，随着我国“一带一路”的推进，电厂等电力建设工程在印度尼西亚的建设日益增多。电厂建设虽然投资较大，但其社会效益、经济效益显著，因此电厂的建设就尤为重要。印度尼西亚有“千岛之国”之称，电厂选址以海边居多，这些地方广泛分布着深厚的淤泥和淤泥质土，这些软土含水率高、孔隙比大、欠固结性、强度低且灵敏度高，工程性质较差，这给电厂的建设带来了困难。

对于软土地基的处理，常用的方法有排水固结法、换填垫层法、复合地基等，若处理方法不当，将产生较大的沉降、差异沉降及工后沉降。换填垫层法虽然工期短，但是对于深厚的软土并不适用；复合地基虽然能保证较小的工后沉降，但是对于大面积的软基处理，并不经济；排水固结法在处理大面积软基方面有它独特的魅力，其中，真空联合堆载预压法在沉降控制、工期、造价方面均有一定优势，是很好的软土地基处理方法。

2.真空联合堆载预压法加固机理

真空预压法与堆载预压法都是排水固结法。真空预压法是利用射流泵抽取软基中的水气，将“约80kPa的真空荷载”作用于地基土上；堆载预压法是直接利用砂石、土等“实际荷载”作用于软土地基上，以达到加固的效果。由太沙基有效应力原理可知：

真空预压法中总应力不变，孔隙水压力的消散值等于有效应力的增加值；堆载预压法则是荷载产生的附加应力先由孔隙水压力承担，随着时间的推移，孔隙水压力逐渐消散，转化为有效应力。

真空联合堆载预压法是真空预压法与堆载预压法相结合的产物，先对软基进行真空预压，待地基土达到设计所要求的强度时，再进行堆载，堆载产生的正的超静孔隙水压力被抽真空产生的负的超静孔隙水压力抵消，与单纯的真空或堆载预压相比，土体的固结速率加快，很大程度上缩短了工期。

3.印度尼西亚棉兰地区软土工程特性

根据岩土勘察报告，场地浅部地层主要为海相沉积的淤泥、淤泥质土，具体为：

①层：填土主要为填筑场地西侧和南侧围堰土坝形成的厚度约2m由淤泥或粉砂组成填土结构松散～稍密；

②1层：淤泥、淤泥质粉质粘土多呈流塑状态欠固结土，高压缩性土承载力低在上覆场地填土的自重附加应力及其它荷载产生的附加应力的作用下，对桩基础具负摩阻等工程特性，物理力学性能差；

②2层：粉砂，松散，呈透镜体状，层顶高程-3.07m～-16.88m该层厚度变化较大多呈松散状态，强度低，工程性质差；

②3层：粘土，少量为粉质粘土，最大厚度达8.5m，软塑状局部可塑状，压缩性高，强度较低。

土体的物理力学指标见表1。

由表1可以看出，软弱土层②1含水率为80%，天然重度14.1kN/m3，孔隙比为2.298，压缩模量为1.7MPa，渗透系数为6.89E-07cm/s，强度指标c为9.5MPa，φ为1.9MPa，强度很低且该区域土层为欠固结土，因此，印尼棉兰地区软土的工程性质极差。

4.真空堆载联合预压加固效果分析4. 1施工概况

本工程2015年2月13日开始打设塑料排水板，3月5日打设完毕，其中，采用SPB-B型塑料排水板，打设深度为22m，间距1m，3月8日铺设排水管路，于2015年3月9日铺设密封膜，布设真空泵，3月10日开始抽真空，并完成区域内监测仪器初值测量。预压期间真空度平均值为80kPa，2015年5月2日开始填砂堆载，堆载高度1.5m，堆载到场地的1/2，6月3日堆满整个区域，堆载高度平均1.65m左右。6月5日进行第二层堆载，高度平均80cm左右，6月8日对表层沉降进行了接高作业，6月12日堆载结束，平均高度为3.0m。从整个施工过程看来，加载系统、密封系统、排水系统完好，达到了快速加固土体的目标。施工于2015年7月18日卸载，已经经历130天，之后进行相应的检测试验。

4.2地表沉降观测

地表沉降能直观地反应了软基的加固效果，其观测结果可用于推算平均固结度，因此地表沉降成为控制施工质量和进度的重要指标。由地表沉降监测数据统计表2可知：最大沉降量为2064mm位于场区中央的C1点处，位于边缘C2点的沉降量最小，为1568mm，这说明土体向场区内部收缩，有利于土体的稳定，表明本区域预压处理是成功的；沉降速率最大值产生在抽真空阶段为62mm/d，平均沉降速率15.25mm/d，卸载前7天平均沉降速率5.8mm/d。图1表明：真空联合堆载预压加载初期沉降速率大，后期小，说明加固区土体的主固结速率随时间是一个逐渐收敛的过程。

4.3孔隙水压力观测

由于孔隙水压力的监测受外界因素的影响较小，且能够精确测量，所以孔隙水压力的随时间的变化是反映真空联合堆载预压加固效果的重要指标。本加固区中心处布置了一组孔隙水压力计，埋深分别为1m、4m、7m、10m、14m和18m处。从图2试桩区孔隙水压力随时间变化的曲线图上可以看出，各测点的稳定初始值与地下水位压力初始值基本相近，在真空预压阶段，随着抽真空的进行，不同深度的孔压值基本呈下降趋势，其中，地面以下14m范围内各测点的孔压值下降较快，14m以下的孔压值下降较慢，这表明真空预压法在14m深度范围内有显著的加固效果。在堆载预压期间，荷载的施加均会引起各测点的孔压值的增大，由于加载速率较快，浅层土体（1m、4m、8m）处的孔压受堆载产生的附加应力影响显著，孔压升高较为明显，而深层（18m）处孔压受堆载产生的附加应力影响较小。随着抽真空的进行，负压迅速抵消堆载产生的正的超孔压，各测点的孔压逐渐消散，但在深度方向，孔压消散值随深度增加而减小。

4.4土体物理力学性质

在施工前后对场地地基土进行了钻探取样工作，并进行了室内试验工作，具体数据见表3。

由表3可知加固后淤泥质土含水率减少了46.8%，孔隙比减少了23.4%，压缩模量增为2.58MPa，直剪指标也有明显提高。表明真空联合堆载预压有明显的加固效果，可以有效地加固土体。

4.5静力触探试验成果分析

与传统原位测试方法相比，静力触探试验具有速度快，劳动强度低，经济等优点，尤其对于高灵敏度的软土以及难以取得原状土样的砂性土，静力触探有着不可替代的作用。本工程静力触探检测数据见图3。

由图4可知：上部硬壳层强度增长不大，中部较厚的淤泥层强度增长较明显，下部土层强度增幅相对较小。

4.6载荷板试验

根据原位试验所得到的荷载-沉降曲线（图4），加固后的地基承载力约为105kPa，完全满足设计要求，与加固前的40kPa左右相比，地基承载力特征值增加了162.5%，表明真空联合堆载预压处理软基效果显著。

5.结论

本文结合印度尼西亚棉兰地区软基处理的工程实例，对真空联合堆载预压加固软土地基的机理、现场监测、检测数据进行了分析。通过分析，可以得出以下结论：

（1）通过对地勘报告的分析，说明印度尼西亚棉兰地区软土的工程性质极差，含水率达到80%，孔隙比为2.298，压缩模量为1.7MPa，天然重度为14.1kN/m3。

（2）通过对孔隙水压力的观测可以看出，在塑料排水板处理范围内超孔隙水压力压消散较快，土体固结速度快，这表明真空联合堆载预压处理印尼棉兰地区的软土效果显著。

（3）通过沉降监测资料可以得到预压期间累计最大沉降为2064mm，平均沉降速率为15.25mm/d，累计沉降与沉降速率较大，表明通过真空联合堆载预压能显著地减少软基的沉降，有效地缩短工期。

（4）通过对加固前后物理力学性质、静力触探、静力载荷试验数据的分析表明：各参数在处理过后均有较大的改善，含水率减少了46.8%，孔隙比减少了23.4%，压缩模量增加了60.2%，直剪指标也有明显提高。验证了真空联合堆载预压法在印度尼西亚棉兰地区的适用性。

（5）在印度尼西亚棉兰电厂软基预处理过程中，采用真空联合堆载预压方法完全满足设计要求，对今后在类似工程中的软基处理有很好的借鉴意义。

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