滨海填埋场增压式真空预压法软基处理研究

马永政，盛初根，蔡可键，王开太，宋小文

（1.宁波工程学院，建筑与交通工程学院，浙江 宁波 315016；2.宁波市交通规划设计研究院有限公司，浙江 宁波 315192）

滨海填埋场增压式真空预压法软基处理研究

马永政1，盛初根2，蔡可键1，王开太2，宋小文2

（1.宁波工程学院，建筑与交通工程学院，浙江 宁波 315016；2.宁波市交通规划设计研究院有限公司，浙江 宁波 315192）

依托宁波滨海工业固废填埋场工程，研究采用增压式防堵真空预压法对滨海围填滩涂地区进行软基处理。针对该工程为大面积块状场地，且周边有高压电线塔需要保护等特点，采用了水泥土搅拌桩围护场地基坑，且对高压电线塔塔基采用钻孔灌注桩加固保护处理，对地基处理全过程进行了有效跟踪监测，包括地基沉降位移、孔隙水压力与水位、膜内真空度等变化情况，以及对周围电线高塔等环境物进行位移监测。结果表明在进行适当保护处理后，高塔受大面积软基处理影响小。工后检测表明处理后软基的平均固结度、地基承载力达到设计要求。

增压式真空预压；软基处理；水泥土搅拌桩；监测；高压电线塔

0 引言

我国沿海地区软土地层深厚，具有压缩性高、渗透性差、固结慢等特点，地基处理困难，特别是滨海围填滩涂地区软基处理问题值得研究关注。

软基处理一般可采用堆载预压法、真空预压法以及联合法等[1]。尽管传统真空预压法可使得地基承载力大幅提高，具有良好的经济性，但仍存在容易淤堵、真空作用能效不高，以及后期沉降等问题。于是人们开始重视相关技术工艺的研究，如：通过试验分析塑料排水板（PVD）滤膜淤堵机理以及研究防淤堵工艺[2-3]；在常规方法基础上研究密闭式真空预压技术，即直排式真空预压法，以提高排水板内真空压力和真空作用能效，如王军等[4]研究改进型直排式真空预压法。目前新型的增压式防淤堵真空预压技术，则是通过在PVD围成的平面格栅中央插入增压管，利用增压泵进行间歇式增压形成增压管的正压力，与PVD内负压形成压力差，可增加排水固结效果，具有真空利用率较常规方法高、更加防淤堵、节省原材料、降低工程造价等优点，相关研究如：沈宇鹏等[5]通过对比表明了增压法比常规法软基处理效果更明显；丁海龙等[6]依托工程评估了增压法地基处理的良好效果；刘浩等[7]通过试验段工程对比了增压式真空预压法与直排式方法的处理效果，表明增压式软基处理效果比直排式方法更好。

显然，滨海围填滩涂软土层地质条件差，适合用改进型真空预压法，如增压式防淤堵方法，来进行软基处理。但上述相关研究一般针对软基处理效果本身，对于周边环境影响，特别是对有一定高度的环境物体影响评估与应采取的保护措施缺少研究关注。本文依托宁波镇海石化区某围填滩涂垃圾填埋场工程，研究应用增压式防堵真空预压法进行软基处理。由于周边有高压电线塔，还需要对塔基采取合理保护措施。本文结合施工监测以及工后检测分析，综合评估软基处理效果、对电线塔等的影响以及相应保护措施的有效性。

1 工程概况

1.1 基本概况

所依托工程项目位于宁波石化区岚山片区，总用地面积11 hm2（163.5亩），有效库容74.76× 104m3，库底最大压力约90 kPa。区域周边共4座高压电线塔，塔高35 m，塔脚四周原为水泥土搅拌桩围护。场地施工前状况如图1所示。

图1 场地施工前现况Fig.1 The site status before foundation treatment

1.2 工程地质

本工程地层由上至下依次为：①素填土、杂填土层，厚度3.0~8.0 m；②1层淤泥质粉质黏土（mQ42），流塑，厚度3.7 m；②2层：粉土（al+mQ41），厚度6.0 m；②3层淤泥质黏土（mQ41），流塑，厚度10.6 m；③层粉砂（al+mQ41），中密，饱和，厚度3.3 m；④层粉质黏土（mQ41），流塑，饱和，厚度3.1 m；⑤1层粉质黏土（al+lQ32），可塑；⑤2层粉砂（al+mQ32），中密，饱和。

主要地层的物理力学指标如下：第②1层，天然含水量41%，液限36.2%，塑限20.3%，地基承载力50 kPa；第②2层，天然含水量26%，液限27.3%，塑限17.6%，地基承载力120 kPa；第②3层，天然含水量47.9%，液限40.6%，塑限21.7%，地基承载力60 kPa；第③层，地基承载力150 kPa；第④层，天然含水量33.1%，液限30.4%，塑限18.7%，地基承载力70 kPa。

2 增压式真空预压法设计与施工

2.1 增压式真空预压法简介

常规真空预压法是采用真空管网连接防淤堵排水板，通过抽真空形成一定负压（以真空度标量），使得地层中的水通过排水板滤出。增压式真空预压法是在排水板之间额外插入增压管，通过增压泵输送方式间隙式增压。增压式真空预压法纵向布置如图2所示，其中主要包括：塑料排水板、手型接头、真空管网；增压管以及增压管网。可以看出，由于抽真空形成负压以及增压泵正向增压的联合作用，塑料排水板和增压管之间会产生压力差，可增强土层固结排水效果。

图2 增压式真空预压法纵向示意图Fig.2 The vertical sectional profile of air-boosted vacuum preloading

2.2 设计施工说明

将场地分为A~E五个区，开挖3 m深的基坑，并在周围施工2排直径φ80 cm、深度10 m左右的水泥搅拌桩进行围护。考虑到基坑开挖以及坑底地基处理对四周铁塔塔基稳定性的影响，进行塔基加固处理，即主要通过设置4根长度为30 m的钻孔灌注桩，并在上部设置圈梁维护。地基处理设计指标主要包括：真空预压加固范围内平均固结度达到90%以上；经过碾压处理后交工面地基承载力要求不小于90 kPa。

采用防淤堵型塑料排水板，平面上按正方形布置，间距1.2 m，深度13~15 m，形成排水竖井。塑料排水板上端高出地表面0.6 m。增压管插置于4个小正方形中心位置，间距3.6 m。铺设真空管，连接排水板。四周开挖密封沟，铺设土工布、密封膜设置覆水围埝，进行漏气检查。对沉降后形成的陷坑进行回填并压实至交工面标高。真空预压时间为90 d左右。

3 监测方案与结果分析

3.1 监测基本情况

包括地基处理施工过程监测以及电线塔等环境物的保护性监测。

1）施工监测

监测内容包括：表层沉降与水平位移监测、膜下真空度、增压管内的正压值、孔隙水压力、地下水位监测等，分别介绍如下：

表层沉降与水平位移监测时，地面沉降观测点布置为5 000 m2/点，且每个区布设6个点。抽真空初期24 h观测1次，预压满1个月后48 h观测1次；水平位移监测时每个区布设4个测点，其他同上。真空度监测包括膜内真空度、垂直排水体内真空度和土体真空度，膜下观测点布置为10 000 m2/点，且每区不少于4个点。孔隙水压力与地下水位监测时，每个区布设4个孔隙水压力监测点，共20个点，采用国产XS-186振弦式孔隙水压力计，每周读数1次；地下水位测点沿水泥土帷幕外侧布置，布孔间距100 m，共18个点。

2）环境物体保护性监测

除了地下管线等，主要指对周边电线塔塔基位移跟踪监测。在每个电线塔基的边缘四角处通过埋设反光片的方式分别设置1个沉降监测点和水平位移监测点。监测时间要求：从库区基坑开挖时开始进行检测，至库区进行填埋后沉降、水平变位趋向稳定为止。监测频率：真空预压完成前1次/d，当监测值接近预警值时应增加。监测预警值：连续3 d沉降变化速率达到2 mm/d，沉降累计值达到50 mm，同一电线塔基础倾斜斜率达到0.002；连续3 d水平位移变化速率达到2 mm/d，水平位移累计值达到50 mm。

本文采集数据的监测点位布置如图3所示。

图3 监测数据采集点位布置图Fig.3 Layout of monitoring data acquisition positions

3.2 监测过程及结果分析

1）地基位移监测

包括地表沉降量监测以及表层水平位移监测。沉降量监测方面，在坑内各分区分别布置沉降板，测得沉降板沉降量随时间变化曲线如图4。随着抽真空开始，沉降量变化逐渐增大；6月下旬至7月中旬，沉降变化明显，之后的沉降变化趋缓。最大沉降为533 mm，在区域中部靠近北侧。水平位移变化趋势类似，最大水平位移为49.3 mm，在区域中部靠近南侧，见图5。

图4 地基沉降量随时间变化曲线Fig.4 The curves of foundation subsidence vs.time

图5 表层水平位移随时间变化曲线Fig.5 The curves of foundation surface horizontal displacements vs.time

2）孔隙水压变化

以坝上KX-6以及坑底KX-15号孔为例，测得4 m、8 m、12 m钻孔深度的孔压变化情况如图6所示。

可以看出负孔压值随抽真空作业时间增加而递增；另外在7月11日工地临时停工，以及在8月上旬台风来袭等因素导致停工影响下，水位回升，有负孔压临时反弹现象。

图6 不同孔深的孔隙水压随时间变化曲线Fig.6 The curves of pore water pressure at different depths vs.time

3）水位变化

所选监测点SW1、SW3、SW5、SW14的水位测试结果如图7所示，在真空预压期间累计水位变化量整体上呈不断增加的趋势，显示渗水排水效果良好；7月11日停电、8月上旬台风来袭等停工因素影响下水位上升，但之后恢复正常。

图7 累计水位变化时程曲线Fig.7 The curves of accumulated underground water level vs.time

4）真空度变化

本文主要进行了膜下真空度监测，其中3个真空度监测点位MX-3、MX-5、MX-15的测试结果如图8所示。

从6月24日开始抽真空，负压值逐渐增加，最大负压值在-90 kPa左右；在7月中旬停电、8月上旬出现泄露，之后通过补救恢复正常；9月11号结束真空预压过程，负压变为0。

图8 真空度随时间变化曲线Fig.8 The curves of vacuum degree vs.time

5）环境影响监测

主要对周围的4个电线塔进行了沉降与水平位移监测，每个塔四周塔角埋设4个监测点位，每个塔分别选取1个监测点T1-4、T2-4、T3-2、T4-4，监测结果如图9，可以看出塔脚最大沉降为12 mm、水平位移为18 mm左右，发生在8月中旬，在该时间点的沉降板监测到坑区沉降位移开始趋于稳定，之后电线塔位移也基本上趋于稳定。总之，沉降与水平位移相对较小，远没有达到警戒值50 mm。

图9 塔基位移-时间变化曲线Fig.9 The curves of tower foot displacements vs.time

4 软基处理效果检测评估

主要采用静载试验评估地基承载力。静载试验采用慢速维持荷载法，承压板为1.0 m2的正方形钢板，下铺设20 mm厚粗砂垫层，通过千斤顶施压，承压板上安装百分表读数，以测定地基沉降值。其中测点①~③的数据见表1，检测点P-S曲线如图10所示，表明软基处理后土体物理力学性质发生了显著改变，提升后的地基承载力均大于90 kPa，达到设计指标。

图10 静载试验P-S曲线Fig.10 The P-S curves of static load tests

5 结语

依托宁波滨海围填滩涂地区某工业固体废弃物填埋场的地基处理项目，本文研究采用新型增压式真空预压法。该处理方法经济性好，效率高，比较适合该类场地条件。监测与检测结果表明，地基处理基本达到了设计要求，同时保护好了周围高耸环境物体。

1）增压防堵性真空预压技术对滨海围填滩涂软土地基固结排水效果良好，本项目中沉降板监测累计最大沉降533 mm，平均沉降值350~400 mm，基本上达到平均固结度90%以上的设计要求；监测孔压与地下水位变化情况也很明显。

2）采用该方法对滨海深厚软基处理后，地基承载力增加明显，本文静载试验表明土层地基承载力特征值从平均60 kPa提高到90 kPa以上，增幅达50%，达到设计要求。

3）由于采用该方法时软基沉降与水平位移幅度大、孔压与地下水位变化明显等，需要重视对环境的影响，尤其对高耸物体的保护。本文在电线高塔塔基原水泥土搅拌桩支护基础上，采用钻孔灌注桩加圈梁等措施加固维护，监测数据表明塔基沉降与水平位移远低于预警值，表明保护措施效果良好。

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Study on soft soil foundation treatment by air-boosted vacuum preloading at coastal landfill site

MA Yong-zheng1,SHENG Chu-gen2,CAI Ke-jian1,WANG Kai-tai2,SONG Xiao-wen2
（1.Ningbo University of Technology,School of Civil and Transportation Engineering,Ningbo,Zhejiang 315016,China; 2.Ningbo Communications Planning Institute Co.,Ltd.,Ningbo,Zhejiang 315192,China）

Based on the project of Ningbo coastal industrial-waste landfill,the air-boosted vacuum preloading method is applied to treating with soft soil foundation in coastal reclamation area.Since this landfill project has a large soil foundation area,and is surrounded by high-voltage power wire towers need to be protected,the cement-soil mixing piles are lined around the foundation pit,the foundations of the power towers are reinforced using bored piles.During the construction procedure, some monitoring work is carried out in this project,including monitoring the soil foundation settlement,changes of pore water pressure,underground water level,and vacuum degree within plastic sheeting,etc.,the displacements of surrounding power towers and other environmental objects are also monitored.The results show the project of large-area soft soil foundation treatment has little influence on the surrounding high towers with proper protections.The check work after foundation treatment shows the average degree of consolidation of soft soil foundation and the bearing capacity of foundation can meet the design requirements.

air-boosted vacuum preloading;soil foundation treatment;cement-soil mixing pile;monitoring;high-voltage power wire tower

U655.544.4；TU447

A

2095-7874（2016）12-0029-06

10.7640/zggwjs201612006

2016-06-05

2016-08-31

浙江省自然科学基金（LY13E080009）；宁波市交通规划课题（201506）

马永政（1975— ），男，湖南常德人，博士，副教授，从事岩土数值方法理论与物理试验研究。E-mail：107723274@qq.com