新近吹填超软土浅层处理技术的研究及应用

王建华，宋建东，蒲 韬，丁小冬

（1.深圳市盐田港集团有限公司，广东 深圳 518081；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230；3.大连港湾工程有限公司，辽宁 大连 116000；4.天津大学渤海软土地基处理技术联合研究院，河北 061113）



新近吹填超软土浅层处理技术的研究及应用

王建华1，宋建东2，蒲 韬3，丁小冬4

（1.深圳市盐田港集团有限公司，广东 深圳 518081；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230；3.大连港湾工程有限公司，辽宁 大连 116000；4.天津大学渤海软土地基处理技术联合研究院，河北 061113）

基于广东惠州荃湾港区某新近吹填超软土浅层处理项目，采用新型分离式直连真空预压法对浅层地基进行处理，并用不同类型的排水板及间距进行对比试验，结合各种监测检测成果，评价其加固效果并分析其中原因。

超软土地基；浅层预处理；新型分离式直连真空预压；硬壳层

引 言

近年来，随着港口建设的快速发展，部分地区砂料缺乏，出现了大量采用港池和航道淤泥作为吹填料，经水力吹填形成的陆域。新吹填的陆域含水率极高，表层浮泥可达到200 %，基本无强度和承载力。由于项目的建设工期紧，陆域吹填完后不允许长时间晾晒，为节约工期，目前采用的处理方法基本是先浅层真空预压处理后深层处理，浅层真空预压处理的成败至关重要，关系到后期深层处理的顺利进行，对工程的成本、工期和质量都有较大影响。

目前浅层真空预压处理在天津滨海新区及其他地区已进行了广泛的应用，但对于浅层真空预压加固技术的研究目前仍处于探索阶段。程万钊等发现温州某新近吹填淤泥场地真空预压处理过程中，排水板周围形成了10～20 cm的土柱，土柱的强度较高，而土柱间土体几乎呈流动状态，排水板淤堵较严重［1］。董志良等基于天津滨海新区浅层超软土加固，研发了一种适用于天津滨海新区的超软土加固技术，并对不同方案的加固效果进行了研究［2～3］。关云飞等基于新近吹填超软土现场试验研究了真空压力传递、地表沉降和孔压消散规律，并提出了土体强度增长和地基承载力的实用计算方法［4］。新近吹填超软土处理过程中，目前较多采用土工布等土工材料作为排水垫层替代砂垫层，并将排水板绑在滤管上，插板过程中流动状态的浮泥虽有底层编织布的隔离，但仍有淤泥冒出污染滤管和排水板。深层真空预压时已有工程采用直排技术，夏玉斌等通过直排式真空预压与常规真空预压现场试验的对比，分析了各项监测和检测数据，认为直排式真空预压处理场地的各项物理力学指标均优于常规真空预压，且直排式真空预压无须中粗砂垫层，节省了造价［5］。

新近吹填超软土的浅层处理中目前未见有学者对直排式真空预压技术进行研究，本文基于广东惠州荃湾港区某新近吹填超软土试验区，采用新型分离式直连真空预压法进行浅层处理，介绍其工艺流程及特点，并基于现场各项监测和检测数据，与已有学者的研究成果进行对比，同时计算该工艺的节能效益。

1 新型分离式直连真空预压法技术

新型分离式直连真空预压法与传统真空预压法相比，其特点主要体现在两个方面：使用蝶形接头的直排技术和采用新型高效节能真空设备。

1.1 使用蝶形接头的直排技术

图1　不同的排水板与排水管路连接方式

与传统真空预压技术相比，其有替代砂垫层、减少真空度沿程损失和防止冒泥污染及淤堵的优点。董志良等在新近吹填超软土浅层加固时对传统真空预压技术进行了改进，通过外裹无纺布将排水板头与软式透水滤管绑扎连接，在抽真空过程中，发现绑扎处出现较大程度的局部真空损失。此外，滤管由于没有了砂垫层的保护，真空度较高时大量被压瘪，减小了真空度的传递速度和效率［6～7］。文中方法采用蝶形接头直接连接排水板和钢丝软管，可避免上述两种不利情况的发生，两种不同连接方式的对比见图1。

1.2 新型高效节能真空设备

主要包括电力设备、输电设备、工作设备和管路4部分，其中工作设备为其核心部分，由集控室、水气分离罐、大功率真空泵和冷却循环水泵组成。

新型设备的工作原理是利用大功率真空泵改变水气分离罐内的气体容量达到形成负压的作用，通过可控的负压调节将水气分离罐所负责的加固区域形成稳定的负压差，负压差将各级土体内的水、气混合物吸入水气分离罐，最后将水和气分别排出，达到加固土体的目的，具体的原理见图2。

图2　新型水汽分离真空设备原理

新型设备与传统射流泵相比，具有如下优点：根据负荷变化的自动调节功能，通过改变气体容量代替利用循环水形成真空，节省了大量电能；真空设备布置结构紧凑，可集中控制真空度，节省了人力和电缆的投入；电缆布置单一，提高了安全系数；水气混合管、吸气管及出水管上均有手动阀门，设备维护时可保证区内压力的稳定；该设备可循环使用多次。

2 现场试验结果分析

依托广东惠州荃湾港区某地基处理项目，新近吹填淤泥厚度约6 m，浅层土体含水率范围为80 % ～200 %，其中吹填口处土体土质较好，含水率较低，含较多碎贝壳，其它区域土体呈流动状态，基本无承载力和强度。所处理试验区域的面积为75 509 m2，分为5个区，采用不同类型的排水板和间距，以为后期大面积处理选择合适的排水板和间距，具体布置见图3。

图3　排水板布置分区

2.1 监测检测方案

为分析新工法对惠州地区新近吹填超软土浅层处理的加固效果，地基处理过程中进行真空度、地表沉降和孔隙水压力监测，地基处理完后采用便携式十字板进行十字板剪切试验，具体的监测检测方案见图4。

图4　监测检测方案

2.2 监测检测成果分析

1）真空度

试验区域从2015年7月10日开始抽真空，根据设计要求进行分级加载，第1周真空压力控制在50 kPa左右，第2周真空压力控制在70 kPa左右，第3周真空压力提高到85 kPa以上。

2）地表沉降

各区的沉降标实测值取平均，其随时间的变化见图5。

图5　地表沉降随时间变化曲线

从图5中可知，除B2区外，其他各区在抽真空 45天时沉降速率仍较大，基本呈线性状态，未有收敛趋势。B2区为吹填口区，C区为吹填口影响区，A区、B1区及D区为非吹填口影响区。对比分析各区的地表沉降，A区最大，B2区最小。结合现场实际施工情况，A区最早进行插板，其次是B1区、B2区和C区，最后进行D区的插板，抽真空前A区与D区相比，约有10 cm的插板沉降，B1区与D区相比约有5 cm的插板沉降（根据第一层土工布和第二层土工布铺设完成时的标高计算得到）。考虑了插板沉降后，将A区、B1区与D区的地表沉降进行对比，见表1。

表1　地表沉降对比

由表1可知，在经过相同时间的抽真空后，A区与B1区及D区相比地表沉降值较大，说明进口滤膜排水板的加固效果明显优于合资滤膜和普通国产滤膜。

3）孔压消散规律

A区、B1区及D区的土质条件相似，其孔压消散随时间的变化见图6。

图6　各区孔压消散随时间变化曲线

由图6可知，各区不同深度处的孔压均随着抽真空的进行不断消散，其中3 m深度处孔压消散最大，4.5 m处次之，1.0 m处最小，分析原因是表层浮泥的细颗粒在抽真空后随水向排水板周围聚集形成“土柱”，包裹排水板，阻止真空度向土柱外土体的传递，而下部土层由于水力分选原因土颗粒较粗，真空度传递较好，利于孔隙水压力的消散。

4）十字板剪切试验成果

为分析新工法处理后地基土的强度增长情况，对各区进行十字板剪切试验，使用便携式十字板剪切仪，A区、B1区及D区的十字板剪切强度随深度变化曲线见图7。

图7　加固后十字板剪切强度随深度变化曲线

由图7可知，加固后的土体表层强度增长明显，由原来的流动状态浮泥变化具有强度的淤泥，硬壳层厚度达到 40 cm，硬壳层的不排水剪切强度为3～12 kPa，0.5～1.5 m处土体强度仍较低，基本处于流动状态，1.5 m以下土体由于水力分选颗粒较粗，孔压消散快，处理效果好，土体强度有所增长。在后续的土垫层和砂垫层施工前，先铺一层300 g/m2的土工布和一层三向土工格栅，土垫层施工时采用农用车，可顺利进行，新近吹填超软土浅层处理完全满足了设计的要求。

5）新型高效节能真空设备的经济效益分析

以本试验区为例，面积为75 509 m2，布置一套抽真设备泵（55 kW）和8个水汽分离罐，每个罐内有2个抽水泵（7.5 kW），按一个泵70 %的时间在抽水，总功率约为97 kW。如采用传统射流泵，每1 000 m2布置1台射流泵（7.5 kW），75 509 m2需布置75台射流泵，总功率为560 kW，即使考虑到后期不用全部开泵，总能耗也远高于新型高效节能真空设备。根据以往工程经验，新型抽真空设备可节约能耗50 %左右。

3 结 论

基于广东惠州荃湾港区某新近吹填超软土浅层处理项目，采用新型分离式直连真空预压法，结合监测检测成果的分析，得出如下结论：

1）采用蝶形接头连接排水板和钢丝软管并固定，与其它学者提出的方法相比，可在排水板和排水管路连接处降低真空度损耗，提高真空度的传递效率，提升加固效果；

2）进口滤膜排水板所在区域的地表沉降明显大于其它区域；

3）表层土体孔压消散值与深层土体相比较小，主要是表层浮泥颗粒极细，在抽真空过程中随水向排水板附近聚集形成“土柱”，阻碍真空度进一步向“土柱”四周土体传递；

4）试验区经浅层加固后表层土体强度明显增大，硬壳层厚度达到40 cm，不排水剪切强度为3～12 kPa，完全能满足后期的垫层施工要求；

5）采用新型高效节能真空设备代替传统的射流泵，可节约能耗50 %左右。

［1]程万钊. 吹填淤泥真空预压快速处理技术研究［D］. 南京: 南京水利科学研究院， 2010.

［2]董志良， 张功新， 周琦， 等. 天津滨海新区吹填造陆浅层超软土加固技术研发及应用［J］. 岩石力学与工程学报， 2011， 30（5）: 1073-1080.

［3]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.

［4]关云飞， 唐彤芝， 陈海军， 等. 超软地基真空预压浅层加固现场试验研究［J］. 岩土工程学报， 2011， 33（S）: 97-101.

［5]夏玉斌， 陈允进. 直排式真空预压法加固软土地基的试验与研究［J］. 工程地质学报， 2010， 18（3）: 376-384.

［6]董志良， 张功新， 莫海鸿， 等. 超软弱土浅表层快速加固方法及成套技术. 中国: 200810026168. 4［P］. 2008.

［7]鲍树峰， 莫海鸿， 董志良， 等. 新近吹填淤泥地基负压传递特性及分布模式研究［J］. 岩土力学， 2014， 35（12）: 3569-3576.

Research of Reinforcement Technique Applying to Shallow Ultra-soft Soil Layer Reclaimed with Fresh Dredger-fill

Wang Jianhua1， Song Jiandong2， Pu Tao3， Ding Xiaodong4
（1.Yantian Port Group Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong 518081， China； 2.CCCC-FHDI Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510230， China； 3.Dalian Harbor Engineering Co.， Ltd， Dalian Liaoning 116000， China； 4.Tianjin University Joint Research Institute of Bohai Soft Ground Improvement Technology， Hebei 061113， China）

On the basis of shallow ultra-soft soil layer reclaimed with dredger-fill at Guangdong Huizhou Quanwan harbor， new separable direct vacuum preloading is applied in the reinforcement of shallow foundation. Different types of drain boards and corresponding spacing are tested and compared. In addition， the monitoring and testing results are used to evaluate the reinforcement effect and analyzing it.

ultra-soft soil foundation； shallow layer pretreatment； new separable direct vacuum preloading； crust layer； high efficiency and energy saving

TU472.3+3

A

1004-9592（2016）03-0091-05

10.16403/j.cnki.ggjs20160323

2015-09-22

王建华（1978-），男，工程师，一级注册建造师（市政公用工程专业及建筑工程专业），主要从事港口建设管理与技术研究工作。