黄骅港区软土路基真空预压加固效果分析

丁长生

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456；2.天津水运工程勘察设计院 天津市水运工程测绘技术重点实验室，天津 300456)

我国真空预压法的室内试验研究起始于1957年，现场探索性试验研究起始于1980年初。当时天津港有大面积的软基需要加固，常规堆载预压法难以满足天津港发展的需要，迫切需要找到一种更加适合天津港实际情况的地基处理方式，真空预压法应运而生。在广大科技和施工人员近40 a的不懈努力下，该项技术日趋成熟与完善，成为软基加固的首选方法之一。通过抽真空形成的局部负压源，以降低土体中的孔隙水压力而使孔隙水排出、有效应力增加，土体压密，使软土在短期内得到固结，承载力得到提高。

目前在真空预压法的加固机理以及加固深度方面仍然存在一定的争议。龚晓南等[1]认为真空预压加固软土的作用包括两个部分，一是真空渗流场引起的真空预压作用，二是地下水位下降引起的排水固结作用。闫澍旺等[2]利用弹簧装置阐述了加固软黏土地基的真空预压方法作用机理，并通过工程实例证实真空预压的有效加固深度可以超过 10 m。董志凌等[3]根据现场测试数据，认为真空预压在埋深10 m 范围内，负压损失较小且加固效果良好；其有效影响深度在10 m 以下也是存在的，但随着深度增加而逐渐减弱，在排水板底部5 m 范围内的深层土体加固效果不明显。刘仲军[4]结合工程试验资料，认为有效加固深度能达到塑料排水板底部，且不受地下水位限制。张华庆等[5]研究表面，当膜下真空度较大，地下水位埋深浅，真空混合流体密度比较小，竖向排水体井阻很小的情况下，抽真空作用便可在不同深度土体形成较大的有效应力增量，从而使地基能够得到有效加固。

在现场试验方面，娄炎[6-7]和高志义[8]对真空预压法所涉及的各种监测、检测手段进行了深入的研究。监测方面，对真空度、地下水位、孔隙水压力、分层沉降等方法的测试原理及注意事项进行了系统的说明；原位测试方面，对加固前后室内土工试验对比指标的选择，原位测试数据处理与分析等关键问题进行分析，并提出了有效的解决方法。

本文依托渤海新区黄骅港综合港区某道路地基处理工程，场地卸载后采用钻孔取土及室内土工试验、十字板剪切试验、标准贯入试验等手段，通过加固前后试验数据的分析和对比，检验真空预压的加固效果，确定真空预压的影响深度。

1 工程概况

图1 场地典型地质剖面图Fig.1 Typical geological profile of the site

本工程位于渤海新区黄骅港综合物流园区内，是黄骅港码头泊位建设以及综合物流园区和港口物流的基本通道。道路总长3.67 km。根据建设要求划分为两个标段，其中一标段长2 126.4 m，二标段长1 542.4 m。道路红线宽度为60 m，车行道宽度为34 m。

根据地勘报告，本工程地基处理深度范围内，地基从上至下主要由冲填土(成分以淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土为主)、淤泥质粘土、粉土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土组成。软土层厚度超过10 m，物理力学性质较差，具有触变性、高压缩性等特点，可能造成基础沉降过大，出现差异沉降等问题。本场地典型地质剖面图如图1所示。

根据真空预压设计方案，本工程分为两个标段，其中一标段包含8个真空预压区，二标段包含5个真空预压区。砂垫层厚度为0.4 m，塑料排水板采用正方形布置，间距1 m，打设深度约为16～18 m。加固区边界设置粘土密封墙。膜下真空度不小于85 kPa，抽真空时间90 d左右，要求卸载时固结度不小于90%。卸载后要求对地基进行钻孔取土、原位测试及室内土工试验，检验地基处理效果。

2 数据分析

2.1 工后检测数据分析

表1 十字板剪切试验结果Tab.1 Results of vane shear test

表2 加固前后十字板剪切试验结果对比Tab.2 Comparison of results of vane shear test

根据设计要求，每个加固区中间位置一组工后检测试验点。十字板剪切试验结果统计见表1。

真空预压地基处理后，各加固区不排水抗剪强度平均值为19.0～25.5 kPa，场地浅层3 m吹填土不排水抗剪强度平均值为22.0 kPa，且数值离散性较小，说明浅层3 m深度范围内土体强度均匀性较好，土体强度较高。

加固深度范围内，处理后的标贯击数比较高。其中黏性土试验点数为156个，不同深度的标准贯入击数为3.8～7.0击，平均值为4.6击；粉土试验点数为36个，标准贯入击数为8.0～18.5击，平均值为12.0击。

2.2 工前工后对比分析

加固前后黏性土标贯试验数据对比见图2，十字板剪切试验数据对比见表2，主要物理、力学指标对比见图3。

图2 标贯击数-深度曲线Fig.2 Curves of the number of standard penetration test-depth

通过工前、工后试验数据对比分析可知，地基经过真空预压加固后：

(1)原泥面以下4～18 m范围内软土层强度基本都有增长，仅17 m深度处的工后标贯击数比工前略有降低，应该与工前、工后试验点位存在一定偏差有关。可以看出，随着深度的增加，土体强度提高幅度逐渐降低，10 m深度范围内地基处理效果较好，1～3 m冲填土不排水抗剪强度大幅增长，增长幅度大于等于700%；4～6 m淤泥质土标贯击数增长幅度均超过100%，7～10 m淤泥质土标贯击数增长幅度均超过50%， 11～18 m深度范围也有一定的加固效果，标贯击数增长幅度为5%～45%不等。

(2)从土工试验结果反映出：经地基加固后，加固深度范围内土体的主要物理、力学指标得到不同程度地改善，大部分淤泥及淤泥质土已转化为黏土或粉质粘土。在负压的作用下，土体发生排水固结，土体的承载力、压缩模量和抗剪强度明显增长，含水率、孔隙比显著降低。

图3 加固前后物理力学指标对比Fig.3 Contrast of physical and mechanical indexes

3 结论

本文根据渤海新区黄骅港综合港区某道路地基加固工程，结合场地特征及真空预压施工工艺，利用现场原位试验及室内土工试验对其加固效果进行评价，并重点探讨了真空预压的影响深度，得到以下结论：

(1)根据工前、工后检测数据可知，经地基加固后，土体发生排水固结，土性指标明显改善。土体压缩模量和抗剪强度明显增长，含水率、孔隙比显著降低。在加固深度范围内，各土层力学性能得到不同程度的提高，其中1～3 m冲填土不排水抗剪强度大幅增长，增长幅度大于等于700%，4～6 m淤泥质土标贯击数增长幅度均超过100%，7～10 m淤泥质土标贯击数增长幅度均超过50%，11～18 m标贯击数增长幅度为5%～45%。

(2)本次工后检测结果符合真空度向下传递的一般规律。随着深度的增加，土性指标的改善幅度逐渐降低。原泥面下10 m范围内，土体的物理力学指标明显改善，地基加固效果显著；对于原泥面下10 m以下范围土体，物理力学指标也有一定程度的提高，加固效果一般。

(3)本工程真空预压软基加固取得了较好的效果，真空预压有效加固深度不小于15 m。采用原位测试与室内试验相结合的方式进行工后检测，可以直观、可靠地判断真空预压地基处理效果，并根据试验数据验证设计参数，改进施工工艺。