真空－堆载联合预压在软基中的应用*

滕军林，郑登贤，张升锋，王建勋

(1.中国电力科学研究院，北京 100055;2.福建岩土工程勘察研究院，福建 福州 350003;3.福建建筑科学研究院，福建 福州 350025)

我国东南沿海广泛分布软弱土地基，具有高含水量、大孔隙比、高压缩性等特点，其地基变形和强度难以满足上部结构要求，需要进行加固处理.排水固结法是处理此类地基的有效方法，此方法由排水系统和加压系统共同组成，即:

图1 排水固结法示意图

对于荷载大、沉降要求高和工期紧的建筑物，应用真空－堆载联合预压加固地基，可以满足设计要求［1－3］.

1 工程概况

某电厂位于长江沿岸，属长江漫滩，地势平坦，水网密布，属典型的饱和软土地基，须进行地基处理，才能满足上部结构要求.地层物理力学性质指标如表1.

2 设计要求

本地基采用排水固结原理，以塑料排水板作为竖向排水体，以真空、堆载联合作为预压荷载，使土体中的孔隙水通过塑料排水板排出地表而逐渐固结，可以逐步提高地基土的强度，减少工后沉降.本工程实际处理面积为140×120m2，设计加载方式为抽真空达到80kPa后再堆载52kPa.本地层②1淤泥质粉质粘土和②3淤泥质粉质土为主要压缩层，厚度约20m左右，按132kPa附加压力计算，中心点最终沉降约880mm左右.

表1 土层物理力学性质

3 监测情况

为保证地基加固工作顺利、有效的进行，本项目设置了若干现场监测项目.

3.1 真空管监测

开始抽真空后，次日真空度立即达到40kPa，由于此前做了大量的密封围护工作，真空度上升速度较快，8天就基本达到了设计要求，此后除在堆土过程中发生几次密封膜损坏漏气导致真空度短暂小幅下降外，大部分时间都维稳定在平均80kPa左右.埋设在加固区不同位置的各个真空表读数相当接近，说明膜下真空度比较均匀.平均真空荷载－时间关系曲线见图2.

图2 平均真空荷载－时间关系曲线

3.2 剖面沉降观测

采用剖面沉降仪观测，观测结果表明，抽真空初期以及土方堆载中期沉降速率较大，相邻两条曲线间距较大;真空堆载联合预压后期沉降速率变缓，相邻两条曲线间距减小.整个剖面沉降曲线均呈弧形锅底状，中间沉降量大，两头沉降小;北侧沉降量比南侧沉降量大，沉降量最大位置出现在中心偏北的位置.出现这个现象分析有三个原因，一是因为在真空预压区边缘真空度会向外部消散，其加固效果必然不如中部;二是因为堆载区中部应力比较集中，附加应力系数比边缘要大得多，所以中部沉降必然会比边缘大，符合正常堆载应力分布特征;三是因为剖面北侧淤泥质土层厚度比南侧厚.剖面最大沉降位于剖面线的中心偏北位置，监测期间最大沉降为714mm左右，整个剖面与地面沉降标所测得沉降基本吻合.11月3日至11月15日连续12天平均沉降速率只有1.25mm/d，11月15日至12月4日连续19天平均沉降速率只有0.5mm/d，满足卸载标准，说明沉降已比较稳定.停止抽真空后大部分测点略有回弹，但幅度很小，沉降已比较稳定.剖面线沉降观测成果曲线见图3.

图3 剖面沉降曲线

3.3 孔隙水压力观测

孔隙水压力是了解土体固结状态最直接的手段，根据孔隙水压力的变化规律，分析地基土体的固结机理，进一步研究加固机理和土体强度增长规律，也可判断被加固土体的加固效果.由图4－7可知，在真空预压阶段，总的超静孔压逐渐下降并趋于稳定;在填土阶段，加载对应着总的超静孔压的上升;填土堆载终止后，总的超静孔压稳中带升，但变化速度较为缓慢，直至稳定.停止抽真空后，超静孔压迅速上升，此后逐渐降低，且速度比普通堆载预压要快，直至稳定.目前各点总的超静孔压逐渐收敛，变化曲线趋于平稳.

图4 K1－K4组超静孔隙水压力曲线

图5 K9－K12组超静孔隙水压力曲线

图6 K13－K16组超静孔隙水压力曲线

3.4 深层土体位移观测

观测结果表明，在整个预压过程中，测斜管均表现为绝对的向内收缩位移，其中北侧侧向位移较大，最大达到28mm，南北两侧侧向位移相对较小，最大达到20mm.所有3个测斜管测向位移主要发生在地面下15m深度以上，但地面下30m范围内也发生了一定的侧向位移;最大侧向位移主要发生在地面下6m以内，管口处尤为明显;地面下15m以下侧向位移很小，一般均小于5mm.测斜曲线见图8－10.

图7 K17－K20组超静孔隙水压力曲线

图8 测斜管C1位移－深度曲线

3.5 地面沉降观测

地表沉降是固结程度、加固效果和地基强度的重要判别依据，本次共布置4只地面沉降标，均匀分布在处理场地内.监测结果表明，在抽真空初期地表沉降曲线较陡，地表沉降速率达到最大值，最大为45mm/天，至9月8日各沉降标沉降速率逐渐变小，地表沉降曲线趋于平缓;此后随着土方逐渐堆载，各沉降标沉降速率再次变大，地表沉降曲线变陡，在土方堆载中后期(堆土至2～3m时)各沉降标沉降速率再次达到最大值，最大为32mm/天，随着堆土的结束沉降速率逐渐变缓，最后趋于稳定.如图11－15.

图9 测斜管C2位移－深度曲线

图10 测斜管C3位移－深度曲线

4 加固效果分析

4.1 土体物理力学性质

检验地基土加固处理效果，在处理区域对所取土样进行室内土工试验，以对比地基处理前后地基土物理、力学性质变化情况.土工试验结果如表2.

4.2 原位试验结果

为检验地基土加固处理效果，在处理区域分别布置了十字板剪切试验及标准贯入试验，以对比地基处理前后地基土强度增长情况.见表3和表4.

4.3 地基承载力计算

根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007－2002)第 5.2.5 条的规定，按公式［4］

fa=Mbγb+Mdγmd+MCck

其中:取条形基础底宽b=3.0m，基础埋深d=0.5m，地下水位0.5m.见表5.

图11 地面沉降标D1沉降－关系曲线

图12 地面沉降标D2沉降－关系曲线

图13 地面沉降标D3沉降－关系曲线

图14 地面沉降标D4沉降－关系曲线

图15 地面沉降标D5沉降－关系曲线

4.4 固结度计算

根据《建筑地基处理技术规范》②1淤泥质粉质粘土固结度达到98.7%，②2粉砂固结度按1考虑，②3淤泥质粉质粘土固结度达到98.6%.加固区土层平均固结度达到98.9%.

各沉降标固结度也可由实测沉降量与最终沉降量对比求得，该方法在沉降—时间曲线上选取三个等间隔的时间 t1、t2、t3及其对应的沉降量 s1、s2、s3，根据经验公式可推求地基最终固结沉降量S∞［5］.

计算表明，全部监测点的固结度已经超过85%，平均固结度为93.3%，至12月4日，各监测点固结度均有所增长，但幅度很小，平均固结度为95.9%，实测地基土平均固结度与计算地基土平均固结度比较接近.

表4 加固前后地基土标准贯入试验对比表

表5 加固前后土层承载力对比表

5 结论

通过对真空－堆载联合预压加固地基的现场观测资料分析研究，我们可以得到以下几点结论:

(1)采用真空－堆载联合预压法加固软基效果明显，土体的物理力学性质、地基承载力和固结度均能满足相关要求;

(2)真空－堆载联合预压法在加固软基过程中，较好地解决了地基的稳定性问题，由于固结速度较快，地基强度随之增长，从而增加了地基的抗失稳能力;

(3)加固深度较大，减少了工后沉降;

(4)相比单一软基处理方法，加固速度快，节约宝贵的工期.

［1］李富宝，王顺利.真空联合堆载预压在沿海滩涂地区的应用［J］.城市道路与防洪，2012，(1):133 －135.

［2］彭劼.真空—堆载联合预压法加固机理与计算理论研究［D］.南京:河海大学博士学位论文，2000.

［3］王文治.真空联合堆载预压在杭州湾大桥南接线的应用［J］.辽宁工程技术大学学报，2005，(S2):82－84.

［4］中国建筑科学研究院.JGJ79－2002建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［5］常士骠.工程地质手册(第四版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.