真空联合水载预压软土地基处理应用实例

文／胡人远 珠海十字门中央商务区建设控股有限公司 广东珠海 519000

引言：

珠海西部地区位于西江出海口，广泛分布有深厚海相淤泥，淤泥具有含水率高、压缩性大、孔隙比大、抗剪强度低、渗透性差、结构性强、欠固结、呈流塑状态等工程特性[1]，工程性质较差，对于建筑工程，若不对淤泥进行处治，在使用期间，由于淤泥发生固结沉降，往往增大桩基的负摩阻力，地下室出现脱空，出现楼长高的现象，当周边场地开发建设时，会进一步扰动淤泥，易导致既有建筑物沉降或开裂，工程问题较为突出，需要对欠固结淤泥进行处治，消除部分沉降。常用的软土地基处理方法主要有堆载预压法、真空预压法、水泥搅拌桩、素混凝土桩和管桩等[2-5]。本文以珠海西部地区某高层建筑场地软土地基处理项目为例，通过监测检测手段，验证了软土地基处理效果，可为类似软土地基处理工程参考。

1.工程概况

1.1 项目概况

某标志性建筑位于珠海金湾航空城核心区。拟建建筑物地下室面积约25054m2，地基处理范围为地下室边线外偏30m（或景观外边线外偏3m）形成的区域，软基处理总面积为41519m2。

1.2 地质条件

根据勘察报告，场地内埋藏的地层有人工回填的素填土，吹填土，海陆交互相淤泥、淤泥质土、粉质粘土、砾砂，残积砂质粘性土及燕山期花岗岩风化带，现由上至下分述如下：

（1）素填土层（Qml）：为砂性素填土，浅土黄色为主，主要由人工回填的砂及粘性土组成，普遍混较多风化岩碎块石，碎块石粒径不均匀，可见最大粒径约15cm，湿度稍湿～很湿，属欠固结土。层厚0.80～9.60m，平均值为4.04m。

（2）吹填土层（Qml）：为砂性土，灰色，主要由粉细砂组成，混少量粘性土，湿度饱和，密度松散，层厚0.50～3.00m，平均值为1.58m。

（3）淤泥：黑灰色，由粘性土、有机质混少量的砂及贝壳碎屑组成，质纯，粘滑，有腥臭味，土芯难以直立，局部夹薄层砂土，湿度饱和，呈流塑状态，层厚11.90～30.00m，平均值19.87m。

（4）淤泥质土：灰褐、灰色，含少量有机质，具腥臭味，由粘性土、有机质混少量的砂及贝壳碎屑组成，土芯直立变形，湿度饱和，呈流塑状态层厚5.90～20.70m，平均值12.60m。

（5）粉质粘土：褐黄、褐红色，由粘性土混少量的砂组成，局部砂含量稍高，刀切面较光滑，多以透镜体的形式存在于淤泥层中部或下方，湿度湿，可塑状态为主，层厚1.30～9.90m。

（6）砾砂：灰白、灰黄色，由石英质砂混少量粘性土组成，局部混少量粘性土，湿度饱和，密度以中密为主，层厚1.10～8.70m，平均值2.79m。

（7）第四系残积(Q4el)砂质粘性土：灰白、褐黄、褐红色，系花岗岩风化残积而成，粒径大于2mm 石英颗粒含量小于20%，局部大于20%，原岩结构难辨，浸水易软化，湿度稍湿～湿，可塑～硬塑状，有随深度愈深，强度愈好的特性。层厚2.50～11.20m，平均值6.11m。

（8）余下为燕山期（ry）花岗岩风化带: 由花岗岩全、强、中、微风化花岗岩组成。

1.3 地基处理方案介绍

场地经地基处理后，为后续基坑开挖提供工作面，综合软基处理和基坑支护两方面因素，遵从技术可行的基础上造价合理的原则，采取真空联合水载预压，处理后场地标高降低，节省部分基坑支护费用及土方开挖。

（1）场地整平：场地整平标高为1.0m，清除整平面上的尖锐碎块石，做好排水措施。

（2）塑料排水板：塑料排水板采用SPB100-C型原生料整体板，正方形布置，间距0.9m。根据地质钻孔柱状图，本场地淤泥和淤泥质粘土厚度约为30～35m，同时根据基坑开挖深度的要求，排水板板长取为25m。

（3）排水砂垫层：厚度为0.5m 的中粗海砂。

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（4）土工布：采用无纺土工布，松铺系数为1.05。

（5）密封膜：密封膜铺设2 层，松铺系数为1.05。

（6）粘土密封墙：粘土密封墙由两排粘土搅拌桩（桩径70cm）咬合20cm 组成，粘土搅拌桩施工工艺为四搅四喷，粘土搅拌墙宽度不小于1.2m，根据地质情况，粘土搅拌桩深度为8m。

（7）主管及滤管：主管为高强度塑料管，直径Φ75mm；滤管为高强度柔性塑料管，直径Φ50mm。

（8）水载：根据场地地形标高及处理效果，水载深度为2.0m，抽真空初期水载深度为1.5m，真空抽水处理过程中继续补充水载，水载顶面标高保持在3.0m 标高。

（9）抽真空时间：从抽真空满压-80kPa 至卸载总抽真空时间不少于4 个月，其中加载期1 个月，满载期3个月。

（10）真空卸载需要满足两个条件：抽真空时间不少于90 天；根据荷载～沉降曲线，采用双曲线法推算固结度不小于90%[6]。

图1 软基处理地质剖面

图2 软基处理标准横断面

1.4 主要施工工序

（1）现状场地就地整平至1.0m 标高；

（2）铺设一层土工布，铺设砂垫层50cm、施打排水板和粘土密封墙；

（3）铺设主管和滤管，预留与真空泵连接的软管；

（4）铺一层土工布和铺2 层密封膜；

（5）布置真空装置，试抽真空，待膜下真空度达到-80kPa，排水板中真空度和土中真空度正常10 天后；

（6）加载水预压；

（7）进入满载预压；

（8）真空卸载，水载卸载；

（9）处理效果检测。

2.沉降监测及固结度推算

2016 年3 月5 日开始试抽真空，2016 年3 月10 日膜下真空度达到-80KP。6 月15 日水载满载、开始恒载计时，至2016 年6 月20 日止，抽真空时间105 天，大于90 天，满足设计要求。根据沉降监测数据，采用双曲线法[7]进行固结度的预测，预测结果如表1 所列，由表可知，固结度为92.92%～96.17%，均值94.63%，均大于90%，满足设计要求。

表1 双曲线法固结度预测汇总表

3.处理效果检测

3.1 室内土工试验

处理前后的软土指标比较如表2 所列，由表2 可知，含水量由69.9%降低至51.7%，降低幅度为26.0%；质量密度由1.56g/cm3提高至1.70g/cm3，提高幅度为8.97%；孔隙比由1.889 降低至1.399，降低幅度为25.9%；塑性指数由21.8 降低至17.8，降低幅 度为18.3%；液性指数由1.75 降低至1.35，降低幅度为22.8%；压缩模量由1.53MPa 提高至2.37MPa，提高幅度为54.9%；粘聚力由4.4kPa 提高至7.8kPa，提高幅度为77.3%；内摩擦角由2.0°提高至4.0°，提高幅度为100%；表明经真空联合水载预压处理后软土发生固结沉降，孔隙水排出，孔隙比减小，土体压密，淤泥的物理力学性能指标得到提高。

表2 真空联合水载预压处理前后软土主要物理力学指标对比

3.2 十字板剪切试验

对比处理前后软土的十字板剪切强度列于表3 中，由表3 可知，经处理后软土的剪切强度由18.1kPa 提高到32.7kPa，提高幅度80.7%，表明经真空联合水载预压处理后淤泥的抗剪强度提高幅度较大，地基稳定性提高。

表3 处理前后十字板剪切强度统计

结语：

真空联合水载预压法利用天然环保的水资源作为预压荷载，解决了滨海地区土源来源困难问题，避免土方开挖及运输过程带来的环境污染，工期易于保障，节约工程投资。预压处理后地层发生固结压缩沉降，基坑作业面降低，减少了基坑开挖工程量，经处理后淤泥的物理力学性能指标提高，尤其抗剪强度指标得到较大幅度的提高，基坑开挖的安全性好，作用在支护结构上的土压力减小，一定程度上节约支护结构的工程造价。

本项目采用真空联合水载预压进行场地软土处理，固结度符合设计的预期，经处理前后的对比分析，可知真空联合水载预压处理可以有效的提高软土的物理力学性能指标，地基稳定性提高，处理效果较好。