真空联合堆载预压处理吹填软土指标变化研究

柴永进，许 波，苟联盟

（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京）

引言

目前建设沿海港口等近岸工程需要清除港区大量淤泥质土层，按照通常的处理方式为将挖出的淤泥弃置于指定的海区，这种处理方式给沿海的海洋环境造成了污染。利用经处理的淤泥质土进行吹填造陆变成港口是近岸工程建设的首选方案[1]。

经沉积稳定后，吹填淤泥质软土与原状淤泥质软土的物理力学性质发生较大的变化，其含水量、压缩性、孔隙比等指标数值，要比新近吹填的淤泥质软土大的多，强度也比新近吹填的淤泥质软土小，对其加固处理的难度极大地增加[2]。

利用真空预压和堆载预压联合处理的真空联合堆载预压法是通过堆载，引起土体内的超孔压升高，地表和排水板内超孔压利用抽真空的方法进行降低，通过联合作用增加孔压差，能加速孔隙水的排出以及填筑速度，并且减少侧向位移，该方法广泛应用在大面积深厚软基处理中。为了后续施工并检验软基处理软土改进效果，有必要对真空联合堆载预压处理的全过程进行监测及分析[3-4]。

加固软基的处理过程中，针对软土的物理力学性质的变化特征，需进行监测和分析。因此，认识吹填软土物理力学性质在软基加固过程中的变化特征，通过对加固前后淤泥质软土进行监测及试验，分析加固前后软土的土性变化，可以成为吹填淤泥质软土加固技术选择的重要依据[5]。

1 工程概况

1.1 工程概况

连云港徐圩港区某工程位于徐圩港区某一港池西侧，是徐圩港区一期工程的后方陆域部分。本工程拟通过真空联合堆载预压法进行地基加固。

1.2 地基处理前地质概况

项目区总体位于连云港近海浅水区。

据区域地质资料及现场勘察资料可知：场地浅部地层分布有第四系松散堆积物，现由上至下分述如下：

根据前期勘察成果资料，上部软土层分布状况及其工程地质特征如下：

1-2 层淤泥：灰色，流塑状。下部夹粉砂薄层，层厚0.2 cm，分布不均匀。该层顶板埋深0～0.7 m，层底标高-14.5～-22.8 m，层厚14.7～25.8 m，平均层厚17.68 m。该层具有含水量高、孔隙比高、压缩性高、强度低等特性，是本场地主要的软土层，其物性指标见表1。

表1 土的基本物理指标

1.3 真空联合堆载预压处理

本工程采用真空联合堆载预压法进行地基加固。技术要求膜下真空度至少达到80 kPa。处理塑料排水板间距1.0 m，正方形布置，外露25 cm，排水板板头进入粘土或亚粘土层1.5 m。为保护真空膜，需铺一层无纺土工布200 克/m2、0.4 m 石屑，最后加载石料，厚度为1.2 m。监测仪器平面布置见图1。

图1 监测仪器平面布置

设计针对本工程提出处理卸载标准如下两点：

（1）推算固结度至少80%；

（2）地表实测连续进行10 天观察，其平均沉降速率必须小于2.0 mm/d。

2 监测数据分析

通过加固前在各处理区埋设孔隙水压力传感器、深层分层沉降仪、地表沉降仪，在软基加固处理过程中，各监测仪器反馈出来的数据，可反映出地基的固结度以及沉降量随时间和空间的变化。完成真空联合堆载预压膜下真空度不小于80 kPa 后，通过观测数据的分析和计算，对软土在加固施工过程的土体变化进行动态监控，来确定合理的卸载时间。掌握加固处理范围内土层的工程物理力学特性，评价地基土的加固效果，从而最终确定地基承载力。

2.1 表层沉降

在排水板设置之后，排水路径缩短，地表在预压荷载作用下产生沉降。根据各沉降盘观测数据，各区沉降量明显，选取B6 区监测分析，根据监测数据，绘制沉降随着时间变化曲线见图2。

图2 B6 区沉降～时间变化曲线

经过实测得知沉降数据，可以估算地基土在真空联合堆载预压预定的荷载下的固结度变化情况，可反应出地基土的整体加固情况。B6 区地基土在地基处理期间的沉降总量为2 814 mm，其中估算并未考虑次固结沉降。卸载时，根据监测表层沉降数据，卸载时沉降速率为0.5 mm/d，估算地基土综合固结度为81.6%，已满足设计设定的卸载标准。

2.2 孔隙空压力

塑料排水板施工完后，为监测中核联合堆载预压处理过程中土体内的孔隙水压力变化情况，埋设孔隙水压力测头于排水板隔档区域的中心位置不同深度。选取B6 区监测数据分析，形成B6 区孔隙水压力的变化曲线见图3。

图3 B6 区孔隙水压力～时间过程曲线

通过对测试数据的分析，地基内孔隙水压力在真空联合堆载预压处理前大于该测头位置的静水压力，由于下部地层内存在超静水压力，该区域地层处于欠固结状态，符合该区域地层的应力历史。到监测工作结束，各个分区孔隙水压力在抽真空过程中均有所消散。

2.3 深层分层沉降

将主要加固土层根据地质情况分成6 层土，其中上部两层土变化量如表2 所示，计算土层压缩率。分层沉降曲线见图4。

图4 B6 分层沉降～时间过程曲线

表2 B6 区分层沉降、压缩率统计

由图4 可以看出，开始堆载后，随着时间的变化，土体的沉降量逐渐增大，上部土的沉降量明显大于下部土。在真空联合堆载预压实施后，土体因为孔隙水压力的消散和地下水位下降，从而引起压缩沉降[6-7]，上部土体的沉降速度要比下部土体快，所以上部土体的沉降较大。在处理后，土体的沉降量因为土体附加应力增加而持续增加。

3 真空联合堆载预压处理吹填软土效果分析

3.1 物性指标的变化

加固前、后吹填淤泥质软土的物理性质及变化见表3。从表3 中得知，吹填淤泥经加固后比加固前的含水量减少10.7%、孔隙比也比未处理时减少0.253，液性指数比未处理时减少0.29，湿密度则提高了0.03，证明通过真空联合堆载预压处理后，上部吹填淤泥质软土的性质得到了提升，加固效果较为显著。

表3 B6 区吹填淤泥加固前后物理性质指标统计

3.2 力学性质变化

加固前、后的吹填淤泥质软土力学性质及变化见表4。从表4 中得知，吹填淤泥质软土经联合堆载预压处理后，其力学性质指标得到了提高，土体强度也有明显的提升，达到了较好的加固效果。

表4 B6 区吹填淤泥加固前后力学性质指标统计

3.3 载荷试验数据分析

地基加固后安排现场载荷试验，试验部位为膜上堆载石料顶面。载荷板采用1.5 m×1.5 m 正方形板，结合载荷试验数据显示，从试验结果中可以得出，地基承载力特征值满足不小于100 kPa 的设计要求。

4 结论

(1) 本区域抛填软土地基经过真空联合堆载预压法加固处理后，通过加固前后的数据对比分析，可知本次地基处理的加固效果较好。

(2) 在真空联合堆载预压处理下，随着抽真空时间的增加，土体含水量(w)和孔隙比(e)逐渐减少，土体的有效应力随着土体孔隙水压力的消散而增加，软土地基加速沉降和固结，从而有效提高了上部吹填淤泥质软土的物理性质。

(3) 经处理后，吹填软土的含水量、孔隙比和干密度随出现明显的变化，当地基处理满足设计卸载标准后，吹填淤泥质软土含水量(w)、孔隙比(e)及液性指数(Il)在加固后有所变好，力学性质则得到了明显的提升，证明本次真空联合堆载预压处理得到了较好的加固效果。