不同排水板型号下真空预压加固吹填软土的试验研究

谢锦波，朱俊易，王贤奔，潘兵兵，陈俊杰

（1.中交上海三航科学研究院有限公司，上海 200032；2.乐清湾港区投资发展有限公司，浙江 乐清 325600）

不同排水板型号下真空预压加固吹填软土的试验研究

谢锦波1，朱俊易1，王贤奔2，潘兵兵2，陈俊杰2

（1.中交上海三航科学研究院有限公司，上海 200032；2.乐清湾港区投资发展有限公司，浙江 乐清 325600）

传统经验认为真空预压施工时，排水板选用通水量较大的型号有利于提高地基土的加固效果。结合真空预压处理悬浮状细颗粒的吹填土现场施工，分别采用A型、B型排水板进行真空预压加固，对加固过程中的真空度、表层沉降、孔隙水压力等数据进行监测的试验过程，并对加固完成后土样的含水率、十字板强度等进行了测试。研究表明，不同类型排水板对浅表层悬浮状吹填土的真空预压加固效果相当，并基于此结论将后续施工采用的B型排水板替换为A型，取得了良好的经济效益。

悬浮状吹填土；真空预压；排水板型号

1 问题的提出

近年来，沿海地区大量使用含水率超高、颗粒极细、流动性很强的吹填淤泥形成陆域，并采用真空预压法对吹填软土地基进行加固。而真空预压处理新近吹填淤泥技术尚未成熟，理论研究和设计计算方法相对滞后，施工工艺和技术改进尚处于发展之中[1-3]。

真空预压法加固悬浮状吹填土时，水中土颗粒在真空梯度作用下向排水板集中，形成密实土柱，从而堵塞排水通道，影响地基土加固效果[4-5]。常用A、B型排水板性能参数对比见表1。

表1 常用A、B型排水板性能参数对比表

由表1可知，对于一般吹填软土浅表层的加固深度，A型板与B型板均满足要求，其主要性能参数中滤膜渗透系数、等效孔径等要求一致，主要区别在于B板纵向通水量大于A板。为此，结合具体工程，针对不同排水板型号，对吹填土地基加固过程中的真空度、孔压、沉降等进行监测，并对加固后的效果进行检测对比。

2 试验概况及地质条件

2.1 试验概况

温州港某吹填淤泥工程取土位于拟开挖的港池和航道区域，采用绞吸船对给定港池航道进行疏浚，然后将疏浚土吹填进入已施工好的隔堤范围内。疏浚土黏粒含量很大，吹填完成后含水率达到100.00%以上。本工程分2次进行吹填加固，每次加固深度约5.0 m。

针对不同排水板型号的对比，本次工程场地内布置长100 m、宽30 m的试验区。试验时间为第一次吹填后，试验区域吹填淤泥厚度约为5.0 m。试验区内A、B型竖向排水板同采用80 cm间距正方形布置，面积各为1 500 m2，并且试验区位于同一张密封膜下。试验区布置见图1。

图1 试验区平面布置图

2.2 地质条件

根据工程地勘资料，取土区疏浚对象的主要物理力学指标见表2。

表2 疏浚土物理性质表

3 监测数据及分析

在真空预压过程中，对试验区的真空度、表层沉降、孔隙水压力等进行监测，监测内容及测点位置见图2。

图2 试验区监测布置图

3.1 真空度

试验区开始抽真空后，通过开关真空泵及控制开泵数控制膜下真空度的增长梯度，并于30 d左右达到80 kPa。在试验过程中，由于台风天气的影响，分别导致第50天与第100天左右各出现了1周左右的停泵，使真空度出现了暂时的下降。试验区平均膜下真空度的过程曲线见图3，从图3中可以看出，除去台风等客观因素的影响，试验区真空度基本稳定在80 kPa以上，累计80 kPa以上的满载天数为115 d。

图3 试验区膜下真空度图

3.2 表面沉降

表面沉降测点中，CJ - 1、CJ - 2位于A型排水板区域，CJ - 3、CJ - 4位于B型排水板区域。试验区表面沉降见图4。不同板型表层沉降平均值比较见表3。

图4 试验区表面沉降图

表3 不同板型表层沉降平均值比较表 mm

根据预压过程中的表层沉降结果可知，抽真空初期泥面沉降几乎呈线性变化，第1个月累计沉降量达约占总沉降的45%，说明土体自由水排出明显。第2个月和第3个月沉降继续发展，3个月的累计沉降量约占总沉降的83%。最后2个月的沉降量仅占总沉降的17%，说明真空预压后期对于土体的加固效果不如抽真空前期。

由于真空预压期间台风的影响，造成试验区关泵停抽，在沉降曲线上出现了2个明显的台阶。吹填土层的厚度为5 m左右，真空预压加固后沉降量占预压前吹填土层厚度的27%左右。

B型板区域的沉降量比A型板区域的沉降量少32 mm。考虑到边界条件影响、测量误差等因素，可认为A型板与B型板加固该区域吹填土的效果相当。

3.3 孔隙水压力

A型排水板区域埋设2个孔压测试点KY - 1、KY - 2，B型排水板区域埋设2个孔压测试点KY - 3、KY - 4。每个测试点包含2个孔隙水压力计，分别埋在地面以下2.5 m与5.0 m深度。各测试点孔隙水压力值变化曲线见图5。

孔压变化时程曲线的2个回升期反映了台风影响期间，试验区关泵停抽带来的影响。在真空预压后期，孔隙水压力回升后，继续抽真空后很难降低至原先值，表明随着固结的进行，土体孔隙空间变小，渗透性变低；停止抽真空后，原有的孔隙被弱结合水膜堵塞；继续抽真空后，真空压力需要克服弱结合水膜的抗剪强度，才能形成新的渗流通道。因此，随着抽真空的进行，孔隙通道越小，堵塞通道的弱结合水膜的抗剪强度越高，使得需要更大的真空压力才能形成新的渗流通道。不同板型对应各埋深最大孔压消散值见表4。

表4 不同板型对应各埋深最大孔压消散值表

B型板区域浅层的最大孔压差比A型板区域的最大孔压差少5.51 kPa；而深层的相差不大。与表层沉降数据相符，印证了A型板与B型板加固温州港区疏浚土的效果相差不大的结论。

4 检测数据与分析

真空预压完成后，对试验区取土进行了含水率测试及原位十字板测试。

4.1 含水率

真空预压加固完成后，试验人员取A型、B型排水板区域4个不同深度土样进行含水率测试，测试结果见表5。

表5 不同板型加固后土体含水率表

对比加固后A型板、B型板区域不同深度土体的含水率可知，B型板区域土体含水率略低于A型板区域。不同深度含水率平均值：A型板区域为60.02%，B型板区域为57.80%，A型板区域含水率比B型板区域含水率高出2.22%。在同一板型加固区域，随着深度的增加，含水率有逐渐增加的趋势。

4.2 十字板强度

在含水率测试相应位置进行十字板强度测试，测试结果见表6。

表6 不同板型加固后十字板强度表

A型、B型排水板区域十字板强度随深度变化的对比曲线见图6。

图6 试验区对应深度十字板强度对比图

在同一板型加固区域，随着深度的增加，十字板强度有逐渐减少的趋势。A型板区域的平均十字板强度为3.0 kPa，B型板区域的平均十字板强度为2.7 kPa，A型板区域十字板强度率比B型板区域十字板强度高出0.3 kPa。

5 结 语

本次试验采用了不同排水板型号的方案，对真空预压过程中的真空度、表层沉降、孔隙水压力等数据进行了监测，并对加固完成后土样的含水率、十字板强度进行了测试。由于加固范围沉降量较大，排水板弯折现象严重，并在板周边形成明显的土柱。试验结果显示的主要结论有：

（1）对比不同板型的监测、检测数据，A型板在孔压差、含水率上略逊于B型板，而在沉降量、十字板强度的数据上略优于B型板。综合可得出本次试验的A型、B型排水板加固效果相当的结论。

（2）A、B型排水板加固浅表层土的主要差别在于通水量。对于超软吹填土的真空预压，前期A型板较小的通水量可能会缓解排水板周边的“泥柱”现象，有利于“泥柱”以外土体的加固效果；而后期排水板随土体沉降发生弯折后，B型板较大的通水量可能更有利于土体固结。不同板型作用机理的差别仍处于探索阶段，有待进一步的研究。

（3）在本次试验研究成果的基础上，温州港某吹填工程的业主、设计、施工方等达成一致，将本工程二期使用的塑料排水板由B型改为A型，节省了工程成本，取得了显著的经济效益。

[1] 娄炎.真空排水预压法加固软土技术[M].2版.北京：人民交通出版社，2012.

[2] 张成良，洪振舜，邓永锋.淤泥吹填处理及其研究进展[J].路基工程，2007(1)：12 - 14.

[3] 李时亮.真空预压加固软土地基作用机理分析[J].岩土力学，2008，29(2)：479 - 482.

[4] 金亚伟.太湖、天津淤泥固结施工中的淤堵问题[J].兰州大学学报(自然科学版)，2011(8)：123 - 129.

[5] 武亚军，杨建波，张孟喜.真空加载方式对吹填流泥加固效果及土颗粒移动的影响研究[J].岩土力学，2013，34(8)：2129 - 2135.

（责任编辑 姚小槐）

Experimental Studies of Band Drain Types in Dredged Fill Consolidation with Vacuum Preloading

Xie Jin - bo1，Zhu Jun - yi1，Wang Xian - ben2，Pan Bing - bing2，Chen Jun - jie2
(1. CCCC Shanghai Harbor Engineering Design & Research Institute Company，Shanghai 200032，China；2. Investment and Development Co.，Ltd of Yueqing Port，Yueqing 325600，Zhejiang，China)

It’s considered traditonally that the larger discharge capacity types of band drains are prefered to be used to improve the reinforcement effect in vacuum preloading.Type A and Type B band drains were applicated in vacuum preloading of dredged fill foundation reinforcement consisted of suspended particles.The vacuum degree，surface settlement，pore water pressure were observed during experiment，and the water content，vane shear strength of soil were tested after the consolidation.The results show that the foundation using two type’s band drains achieved the same reinforcement effect.On base of the conclusion，the type B band drains were replaced with type A in subsequent project，that create more economic benefi t.

dredged fi ll；vacuum preloading；band drain types

TV223.2+4

A

1008 - 701X(2017)02 - 0060 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.02.017

2016-11-15

谢锦波(1985 - )，男，高级工程师，硕士，主要从事岩土工程方面的设计和科研工作。E - mail：xiejb013@163.com