直排式真空预压法加固黄骅港吹填软土地基效果

周文皎　刘　健　夏柏如

（1.中国地质大学（北京）工程技术学院，北京　100083；2.中交公路规划设计院，北京　100083）



直排式真空预压法加固黄骅港吹填软土地基效果

周文皎1刘健2夏柏如1

（1.中国地质大学（北京）工程技术学院，北京100083；2.中交公路规划设计院，北京100083）

摘要：以河北黄骅港某软基工程为例，阐述了直排式真空预压法进行软基处理的方案，并结合监测数据及检测成果，对直排式真空预压法处理吹填软土的特性进行了分析，为该地区类似工程提供了借鉴。

关键词：直排式真空预压法，软基处理，排水砂垫层，吹填土

直排式真空预压是一种省时省力的有效方法。通过对传统真空预压法中排水方式和真空传递技术的优化，提高了真空压力传递效率，达到了缩短地基处理周期和降低工程造价的良好效果。此方法近年来被越来越多的用于港口、高速公路、机场跑道、电厂厂区等建设方面，取得了良好的经济效益以及社会效益。

本文依托河北省黄骅港某地基处理工程，开展直排式真空预压的现场试验研究，通过对现场监测取得的地表沉降、孔隙水压力等数据进行分析和比较，对地基的加固效果进行评价。

1　工程地质概况

拟建工程位于河北省黄骅港港区，场区经围海造地吹填形成，总面积112 551. 0 m2。场地原始地貌为滨海滩涂。地势较低，经人工吹填土抬高。根据钻探资料，场地主要地层为表层吹填土层和上部第四系全新统海相沉积层，各土层自上而下分述如下：①粉质粘土：灰褐色、灰黄色，平均层厚0. 35 m。②1淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，夹粉土薄层，平均层厚3. 21 m。②2淤泥质粘土：灰色，流塑，夹粉土薄层，平均层厚5. 72 m。②3粉土：灰褐色，稍密，平均层厚0. 99 m。②4淤泥质粘土：灰褐色，软塑～流塑，平均层厚5. 29 m。②5淤泥质粘土夹粉质粘土：灰褐色，可塑，夹粉土薄层，平均层厚1. 02 m。③1粉土/粉砂：褐黄色，中密，饱和，平均层厚1. 94 m。③2粉质粘土：黄褐色，可塑，局部有锈斑，平均层厚1. 68 m。③3粉土/粉砂：褐黄色，中密，该层未揭穿。

本次地基处理的主要地层为表层吹填土层和上部第四系全新统海相沉积层。

2　直排式真空预压法

常规真空预压中真空压力传递路径是：真空装置→主管→滤管→砂垫层→排水板→加固土体。真空压力在传递过程中受砂垫层、滤管、滤膜的阻尼作用，能量损失较大。为了减少真空压力的沿程损失，直排式真空预压法对真空压力的传递路径进行了调整：真空装置→主管→支管→连接软管→排水板→加固土体。其关键环节是消除了真空压力传递过程中水平砂垫层、滤管和滤膜对真空能量的损耗，提高了真空压力的作用能效，从而缩短了加固时间，提高了加固效果。

3　地基处理

3.1地基处理技术要求

经地基处理后，预期将达到的标准是：1）地基表层承载力：≥80 kPa；2）容许工后沉降：≤30 cm；3）交工处理后地面交工标高：+5. 5 m。

3.2设计方案

本次地基处理方法采用直排式真空预压法，场地内采用B型塑料排水板作为竖向排水通道，正方形布置，间距1. 0 m，排水板设计深度-16. 2 m。水平排水系统采用主管、支管和连接软管，通过特制连接器与排水板头密闭相连。预压期间，射流泵开泵率为100%，膜下真空度不得小于85 kPa，抽真空时间约为80 d，具体抽真空时间可根据检测结果作适当调整。通过监测达到设计卸载要求后方可停泵卸载。卸载标准：1）真空满载不少于90 d；2）根据实测沉降曲线推算地基土预压荷载下固结度不小于85%；3）最后10 d沉降速率小于2 mm/d。

3.3检测仪器的布置

为了研究直排式真空预压法加固软土地基的机理，检验地基加固效果，及时掌握加固过程中地基土固结、地基沉降变形等情况，更好地指导施工，在地基中埋设了检测仪器，用以监测地表沉降、孔隙水压力等。整个预压过程连续观测，并在预压前后对加固土体进行十字板剪切试验和静载荷试验。

4　监测结果及分析

4.1地表沉降

本场地内共埋设了24个沉降杆用于地表沉降的监测。其中，打板期间累积沉降量为52. 6 cm。预压期地表沉降观测截止到真空卸载日期，各沉降杆沉降量统计见表1，图1。

表1　真空预压期间沉降量及沉降速率统计表

由观测结果可知，在抽真空初期曲线较陡，沉降速率较快；随着抽真空时间的发展，沉降曲线趋于缓和，沉降速率变小。说明土体主固结变化速率是一个渐变收敛的过程，到卸载前为止，各条曲线趋于水平，沉降趋于稳定。现场测得的地表沉降最大值达到83. 0 cm；最小值58. 2 cm，平均沉降量达到70. 6 cm。在真空预压期间，场地内中心位置附近的观测点沉降量较大，而位于周围的沉降量相对较小。这说明直排式真空预压法对场地的沉降量由中部向四周递减，呈“凹”字形。

图1　真空预压期间地表累积沉降量与时间变化图

4.2孔隙水压力

在加固区中心和边缘处分别埋设1组孔隙水压力，每组6个测头，分别在距离回填土表面3.0 m，5.5 m，8.0 m，10.5 m，13.0 m，15. 5 m位置处。根据不同深度孔压P随时间变化曲线的实测资料，可以了解地基土体固结状态和研究土体固结机理。

图2　孔隙水压力—时间变化曲线

由图2可知：在抽真空初期，真空度对孔隙水压力的影响很大，加固区各点的孔隙水压力值均有不同程度的降低。在真空预压阶段，孔压不同深度的6个测点随时间的延续呈下降的趋势，地面以下11 m范围内各探头的孔压值下降较快，11 m以下的孔压值下降较慢。说明真空压力随竖向排水体向地基土深处传递良好，加固效果显著。在真空预压中期，由于发生停电、漏气补膜等因素的影响，造成孔压波动式升高，而且土中孔隙水压力消散明显。

4.3固结度和残余沉降量计算

其中，S∞为最终沉降量；t1，t2和t3均为时间，应满足t1- t2= t2- t3；S1，S2，S3分别为t1，t2和t3所对应的实测沉降量；Ut为t时刻的固结度，%；St为t时刻的沉降量；Sr为残余沉降量。

按照上述公式，计算各区固结度，计算结果为：平均固结度为85. 5%，满足设计要求不小于85%的固结度卸载标准，这说明地基土在设计荷载的作用下加固范围内土的主固结沉降已大部分消

根据JTS 147—1—2010港口工程地基规范，采用实测沉降曲线采用“三点法”推算最终沉降量S∞、固结度及残余沉降量，计算公式如下：除。但随着时间的延续，由于土体的次固结和蠕变，地基土仍然会发生一定的沉降变形。

4.4加固效果试验

直排式真空预压法试验前后分别在场地内同一位置进行十字板剪切试验。比对试验前后土体的物理力学指标变化情况，对真空预压加固区进行效果检验。由于本区域地层中粉土夹层较多，加固后土体强度增加，十字板板头无法下压，导致深层无法进行十字板剪切试验，改为标贯试验。共布置十字板孔2个。加固前后十字板剪切强度变化曲线见图3。

图3　加固前后十字板剪切强度变化曲线

由图3可知，土体十字板强度大致随深度增加而增加。5. 5 m以上软土加固后十字板剪切强度值由加固前的9. 6 kPa提高到37. 1 kPa，增长幅度4倍左右，可见，直排式真空预压对场地地基处理加固效果显著。

5　结语

1）采用直排式真空预压法加固黄骅港吹填软土地基方案是切实可行的。软土的含水率、孔隙比、液塑性指数都有不同程度的降低，土层的抗剪强度明显提高，增幅约4倍。承载力可初步满足建设场地的设计要求。

2）采用直排式真空预压法处理软基不仅加快了软基排水固结的速度，而且使软基工后沉降等得到有效控制，场区内土体固结度均达到85%以上。

3）在真空压力的作用下，加固区土体发生了向内侧（真空预压区）的水平位移，地表发生不同程度的变形和开裂。所以，当采用直排式真空预压法时，需要对加固区周边的道路、建筑、设备等进行实时监测，以防发生大幅度的倾斜以致工程灾害的发生。

参考文献：

［1］夏玉斌，陈允进.直排式真空预压法加固软土地基的试验与研究［J］.工程地质学报，2010，18（3）：375-385.

［2］葛安定，李学艳.直排式真空预压法在天津港地基处理工程中的应用［J］.港工技术，2012（2）：61-64.

［3］陈健，夏玉斌.直排式真空预压法软基加固的室内试验研究［A］.第三届全国工程安全与防护学术会议论文集［C］. 2012.

［4］夏玉斌，陈健，陈允进.直排式真空预压软基加固效果及经济性分析［J］.水运工程，2011（9）：224-229.

On direct vacuum preloading method for consolidation of soft soil foundation by hydraulic filling at Huanghua Port

Zhou Wenjiao1Liu Jian2Xia Boru1
（1. Engineering Technical College，China University of Geology（Beijing），Beijing 100083，China；2. CCCC Road Planning and Design Institute，Beijing 100083，China）

Abstract：Taking some soft soil foundation treatment at Huanghua Port of Hebei as the example，the paper analyzes the features for the hydraulic filling with the direct vacuum p

reloading method，and illustrates its scheme for the soft soil foundation，so as to provide some reference for similar projects in the area.

Key words：direct vacuum preloading method，soft foundation treatment，drainage sand cushion，hydraulic filling

中图分类号：TU447

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0077-02

收稿日期：2016-01-18

作者简介：周文皎（1991-），男，在读硕士；刘健（1982-），男，高级工程师；夏柏如（1957-），男，教授