真空预压在新近回填软土地基的应用分析

张 蓟

(上海港湾基础建设(集团)有限公司，上海 200434)

0 引言

真空预压是软土地基处理的一种常用方法，适用于以黏性土为主的软弱地基，经过大量的理论研究和工程实践，逐渐形成了一套基本成熟的理论体系和施工工艺。真空预压地基处理方法对于处理淤泥及淤泥质土具有处理效果好、污染少、经济效益好等优点。实际应用中，主要包括自然成因的软基，比如：海相、湖相以及河相沉积的软弱粘性土，也包括人工成因的软基，比如：大面积的围海吹填造陆成为沿海地区土地。上述地基，真空预压已经有较多的成熟应用。而对于人工成因的新近陆运回填的软土地基，真空预压的应用相对而言尚且不多。笔者通过实际工程应用，对真空预压在新近陆运回填的软土地基中的指标进行分析验证，为相关地基处理提供技术参考。

1 项目概况

1.1 工程概况

项目位于东南地区，场地面积约为7 000 m2，拟建物为住宅。初始场地为池塘，深度5 m～15 m,平均约12 m。先通过陆运回填的方式回填，回填土主要为淤泥质土。回填之后进行地基处理，主要目的是提高回填软土的强度，消除主要的工后沉降，为上部结构施工提供场地预处理效果。

1.2 工程地质概况

回填完成3个月后，进行场地工期勘察，根据勘察报告，本工程所涉及的各地基土层为①回填土，灰色，软塑，由淤泥质土、黏性土组成，土性极不均匀，回填方式为人工回填,回填年限约为 0.5年，高压缩性;②淤泥质黏土，浅灰色，软塑,土性较均匀；③粉砂，密实。

各土层主要物理力学参数见表1。

表1 工前勘察物理力学参数表

2 真空预压方案

2.1 真空预压设计方案

真空预压设计分为排水板和真空固结两个主要部分，排水方案设计：砂垫层0.5 m,排水板间距1.0 m，三角形布置，设计深度为18 m。真空固结设计：真空预压80 kPa满载后,固结度达到90%～95%，最后10 d平均沉降速率不超过0.2 cm/d，预计的固结时间为150 d～180 d。真空预压设计断面如图1所示。

设计阶段对①回填软土的强度增长进行了预测，假设①回填软土为正常固结土,根据式(1)：

τft=τ0+ΔσzUttanφcu

(1)

其中，τf0为地基土天然抗剪强度，kPa;Δσz为预压荷载引起的该点处的竖向附加应力,kPa;Ut为t时刻土的固结度;φcu为三轴固结不排水试验推求的土体内摩擦角，(°);τft为t时刻土的抗剪强度。计算结果见表2。

表2 预测回填软土强度增长计算表

2.2 施工工序以及要求

1)铺设砂垫层：在原地面铺设一层200 g/m2土工布，其上铺设0.5 m砂垫层，含泥量不大于5%，干密度不小于1.5 t/m3,渗透系数大于1.0×10-2cm/s;

2)施打塑料排水板：间距1.0 m,正三角布置，深度18 m，板头露出砂垫层20 cm,并埋在砂垫层中；

3)安装水平排水系统：滤管间距6 m，主管间距20 m,均埋设在砂垫层中,主管与滤管采用四通连接；

4)铺设一层200 g/m2的土工布；

5)铺设两层PVC真空薄膜，在场地四周开挖密封沟，埋设真空膜并回填黏土，密封沟的深度按照开挖至进入①回填软土层1 m为准；

6)安装真空射流泵8台，均匀布置在场地内，试抽真空，达到设计真空压力要求并稳定72 h后正式抽真空，并开始进行预压期计时和监测；

7)卸载：满载预压达到设计要求后，停泵卸载。

3 应用效果分析

3.1 地表沉降

预压期设置3个地表沉降板进行沉降观测。真空达到满载的第一个月，沉降速率较大，平均在1.0 cm/d～2.0 cm/d,之后沉降速率逐渐变小，平均在0.25 cm/d～1.0 cm/d，至第180天卸载时的最后10 d，平均沉降速率0.1 cm/d，累计沉降达到98.8 cm～124 cm，平均111.4 cm,沉降观测曲线见图2，图3。

3.2 固结度推算

根据实测沉降数据，采用Asoka方法进行固结度评估, 各沉降板固结度推算见表3。

表3 基于Asoka方法的固结度推算

3.3 物理力学指标对比

真空卸载后14 d，对场地进行工后检测，从含水量和不排水强度曲线(如图4，图5所示)可知，经真空预压处理后，地基土得到了较大的改善。含水量从工前的55.79%降至44.50%，不排水强度从工前的12.71 kPa提高到28.49 kPa。

3.4 应用效果分析

1)有效加固深度。

从0.5 m砂垫层算起,排水板深度18 m,则进入软土层的排水板是17.5 m。根据图4可知，在排水板深度内，0 m～12 m深度改善明显，12 m～17.5 m改善不明显，分析如下：

a.0 m～12 m为新近回软土，欠固结，初始含水量相对较高，平均为61.95%，按照0.8 kPa/m～2.0 kPa/m真空压力的衰减,则估计实际真空压力平均为70 kPa,故改善明显；

b.12 m～17.5 m为原状软土，正常固结，初始含水量相对并不高,平均为49.57%，按照0.8 kPa/m～2.0 kPa/m真空压力的衰减,则估计实际真空压力平均为55 kPa,故改善不明显。

故有效加固的深度是12 m。

2)软土压缩率。

根据监测数据，沉降98.8 cm～124 cm，平均111.4 cm,有效加固深度12 m，则软土压缩率9.28%,而室内试验提供压缩率为10.8%。笔者分析的原因是：室内试验的对土样施加的是80 kPa，而实际上，场地由于真空压力的衰减，等效于在地基土中只施加了70 kPa的压力，故实际压缩率低于试验值。

3)强度增长。

0 m～13 m深度内初始强度平均为9.7 kPa，经过真空预压处理后的强度平均为29.3 kPa,与设计阶段预测27.67 kPa的比较相符。

4 结语

1)根据表层沉降监测数据、真空满载预压时间、固结度推算和沉降速率结果可知,加固区达到设计卸载标准，地基土大部分固结变形已在真空预压期间完成，加固处理效果明显。

2)对地基土加固前、后物理力学指标对比分析，认为加固后含水量和不排水抗剪强度得以改善。含水量从61.95%降至45.45%，改善16.49%，不排水抗剪强度从9.7 kPa升至29.3 kPa，改善幅度300.88%。

3)一般经验认为，回填黏土在10年左右完成固结，而本项目在新近回填6个月左右就进行地基加固，故地基土在真空预压固结的同时，也在完成自重固结。排水板打设深度18 m,通过处理前后含水量对比曲线以及压缩率分析可知，实际只有0 m～12 m深度的地基土发生了固结沉降，其下卧的原状软土未发生明显的固结。一方面是由于真空压力随深度衰减，但另一方面更主要的是因为新近回填软土为欠固结，在沉降固结过程中比原状土更为显著，吸收了绝大部分的真空固结效用。