真空联合堆载预压法处理软基

陈春银

(江苏长江机械化基础工程公司，江苏镇江 212000)

0 引言

在沿海和内陆地区广泛分布着海相、湖相和河相沉积的软弱粘土层，具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性等特点，在建筑物荷载作用下会产生较大的沉降，地基承载力和稳定性差，不能满足工程需要。为有效消除软土的沉降变形，提高地基承载力和稳定性，应对地基进行加固处理以满足工程建设的需要。

真空预压法［1-3］是排水固结法的一种，主要由排水系统和加压系统两部分组成。在实施真空预压法的同时在地基上部进行堆载(包括堆土、充水等)，真空预压与上部堆载联合作用就形成了真空联合堆载预压法。真空联合堆载预压法［4-6］加大了超载压力，堆载预压中的超载部分为真空压力，增大了地基土体内的附加应力，同时发挥真空预压和堆载预压各自的优势，可提高加荷速率、缩短工期、增大加固深度，使地基沉降在施工期内得以基本完成，从而有效减少地基工后沉降。真空联合堆载预压法对地基实施超载预压加固，超载部分由真空荷载来代替，其最大荷载可达80 kPa～90 kPa，相当于4 m～5 m的填土荷载，大大超过地面设计荷载;真空荷载施加方便、迅速，几天之内就可达到80 kPa以上，不存在分级施加的问题;由于有真空预压，只要塑料排水板有足够大的通水量，真空度就可以传递到土层深部而损失较小，使地基深层软土得到较好加固，从而在加固期间能消除较多的地基沉降。

本文结合某深厚淤泥质软基处理工程，介绍真空联合堆载预压设计方法，并对处理效果进行分析。

1 工程概况

拟建场地现为农田，除场地局部分布的水渠和池塘外，地形平坦，勘探点标高一般在2．5 m～3．9 m之间，最大高差为1．4 m。地貌单元属山前冲积平原。主要地层结构(自上而下)如下:

①填土:主要为碎石、砖块、煤渣、粘性土等，均匀性差，局部分布。层厚0．4 m ～0．8 m，层底标高2．93 m ～3．28 m。

②粘土:灰黄～褐黄色，可塑，干强度高，韧性中等，平均压缩系数0．58 MPa－1，属高压缩性土。场区普遍分布，层厚0．5 m～2．5 m，俗称“硬壳层”，层底标高0．76 m ～2．94 m。

③-1淤泥:灰色，流塑，土质软，局部含有机质，平均压缩系数2．07 MPa－1，属高压缩性土。场区普遍分布，层厚 5．8 m ～16．0 m，层底标高 －13．70 m ～ －3．72 m。

③-2淤泥质粘土:灰色，流塑～软塑，局部含少量有机质，平均压缩系数1．11 MPa－1，属高压缩性土。场区局部分布，层厚0．5 m～10．8 m，层底标高 －12．12 m ～ －6．03 m。

③-3粉细砂:灰色～黄色，松散～稍密，饱和，颗粒级配一般，局部含粉土。场区局部分布，层厚0．4 m～7．6 m，层底标高－12．63 m ～ －5．68 m。

③-4粉质粘土:灰色，可塑～软塑，含腐殖质等，干强度中等，韧性中等，平均压缩系数0．35 MPa－1，属中等压缩性土。场区局部分布，层厚0．3 m ～4．6 m，层底标高 －13．75 m ～ －9．63 m。

④-1粉质粘土:灰褐色～黄褐色，可塑～硬塑，含腐殖质等，干强度中等，韧性中等，平均压缩系数0．35 MPa－1，属中等压缩性土。场区局部分布，层厚0．3 m～4．6 m，层底标高 －13．75 m～－9．63 m。

地基土主要物理力学性质如表1所示。根据场地工程地质情况的描述，③-1层淤泥和③-2层淤泥质粘土普遍分布，埋深浅，厚度大，具有高含水量、大孔隙比、高压缩性、低强度等典型的软弱土特性，为场地不良地基土层，是软基处理的重点对象。

表1 地基土物理力学性质指标分层统计表(平均值)

工勘报告表明在总装车间的场地地基内分布③-3粉细砂地层，而粉细砂地层属良好透气地层，采用真空预压处理软基时应充分了解该地层的分布情况，若砂层埋深较浅，则在施工时必须采取有效工程措施隔断透气通道，若砂层埋深大，厚度大，则在确保加固效果的前提下设计竖向排水体，打设深度应小于砂层的埋深。根据工勘报告提供的各勘探点工程地质剖面图绘制场地砂层三维立体分布如图1所示。

图1 场地砂层三维立体分布图

可见，在拟建的总装车间场地内，地基土内砂层分布较为广泛，局部区域缺失。其中西北角区域内普遍分布有粉细砂地层，局部有中砂层，砂层埋深自西向东、自北向南逐渐增大，其最浅埋深为8．5 m，最大厚度达6．4 m。场地中东部区域砂层普遍埋深在10．0 m～12．0 m。场地西北偏东区域及靠近东、南部场地边缘砂层埋深较大，普遍在12．0 m ～14．0 m，厚度普遍在1．0 m ～2．0 m，局部厚度近6．0 m。场地局部区域砂层埋深达14．0以下。

根据上述分析，进行软基加固时应依据砂层埋深特点设计不同竖向排水体深度，竖向排水体深度应在砂层埋深以上1．0 m～2．0 m，这样可最大限度地完成对整个软土层的加固，确保加固效果，减少地基残余沉降;排水板深度控制在砂层以上一定距离，又能防止排水板施工时不小心插入砂层造成漏气，影响加固效果。

2 真空联合堆载预压软基处理方案

根据上述计算分析，设计软基处理方案为:竖向排水体采用B型塑料排水板，呈正三角形布置，间距1．0 m，根据场地粉细砂地层分布特点，设计排水板打设深度为砂层埋深以上1．0 m～2．0 m，分别为8．0 m，8．5 m，9．5 m，10．0 m 和11．0 m，如图2 所示。考虑到该地区砂料欠缺，砂价较贵，水平排水体统一采用φ50 mm的软式透水管。考虑到真空预压的边界效应，实际加固区域边界应在总装车间轴线占地边界的基础上往外延伸5 m。由于场地西南边凸出85 m×10 m的一小块区域，在该区域与其东部区域相连的直角拐弯处场地密封施工难度较大，为确保整个场地密封效果良好，故取消直角拐弯，自竖直边角点与区域边界线中点拉成直线。本工程真空联合堆载预压断面布置见图3。

图2 场地加固区域分布图及设计参数（单位：m）

图3 真空联合堆载预压断面示意图

加荷过程:0 d～10 d抽真空10 d真空度达80 kPa，开始填土，30 d完成填土1．9 m，持续抽真空至第90天结束，施工总历时120 d。

3 现场监测

为掌握真空联合堆载预压施工过程中地基土变形规律及固结状态，需进行加固过程的现场监测。在预压期间及时整理地表沉降过程曲线、孔隙水压力曲线以及膜下真空度沿深度分布曲线等相关曲线，用以评价分析地基加固效果和施工质量。

拟设置5个监测断面K1，K2，K3，K4和K5。

每个监测断面布置地表沉降标3只，监测地基沉降。

在区域中心处K3断面中心及离南部边缘33 m两处设置:1)沿深度每2 m/支埋设孔隙水压力计，每处埋设孔压计5支，监测加固过程中地基土内不同深度孔隙水压力的分布及消散规律，判断地基土体固结状态及加固效果;2)沿深度3 m，5 m，7 m和9 m埋设真空度测头，每处埋设真空度测头4支，监测真空压力沿深度的传递规律，以分析地基土的深层加固效果;3)深层沉降管，深度20 m，每孔沿深度每2 m设置沉降环共6个，监测不同深度地基土压缩变形及分层沉降规律。在加固区西边及南边(K3断面)距密封沟边缘分别埋设3根测斜管，孔深26 m，监测真空预压加固过程中地基土侧向水平位移情况及加固区侧向变形对周围区域的影响。监测断面及仪器平面布置见图4。

图4 监测布置平面图（单位：m）

4 地基处理效果分析

根据各断面施工过程中的沉降观测数据，采用曲线拟合方法［6］对最终沉降及工后沉降进行预测，计算结果见表2。由表2数据可见，该场地最终平均沉降58．9 cm，沉降差异最大达8．3 cm;工后平均沉降2．5 cm，最大沉降差异达4．5 cm，有效完成预定的地基加固效果，满足工程建设需要。

表2 观测断面工后沉降计算

5 结语

采用真空联合堆载预压法可以有效处理深厚砂层软土地基。进行软基加固时应依据砂层埋深特点设计不同竖向排水体深度，竖向排水体深度应在砂层埋深以上1．0 m～2．0 m。通过现场监测手段可以真空联合堆载预压施工过程中地基土变形规律及固结状态进行分析，评价地基处理效果。

［1］ 袁 江，李 晨．真空预压法在道路工程软基处理中的应用［J］．山西建筑，2008，34(26):55-58．

［2］ 朱 平，闫澎旺，刘 润，等．真空预压法加固路堤软基的工程实例分析［J］．岩土工程学报，2003(9):7-8．

［3］ 尹 泉，彭振斌．真空预压法在某软基处理中的应用［J］．山西建筑，2010，36(8):75-77．

［4］ 谢 勇．真空联合堆载预压法在深软淤泥地基中的应用［J］．中国水运(下半月)，2012(15):23-25．

［5］ 刘 擎，王海鹏，孙业山，等．真空联合堆载预压法加固软土地基技术应用［J］．施工技术，2008(5):95-97．

［6］ 骆行文，张 华，杨明亮．真空联合堆载预压法处理软土关键技术与评价［J］．土工基础，2010(18):9-11．