真空联合堆载预压法在软基加固中的应用

[摘要]本文介绍了真空联合堆载预压法的加固机理及在试验区工程的应用，通过对真空联合堆载预压法加固软土地基工程的现场监测与检测数据分析得出: 固结度达到90.0%以上，说明加固效果明显，减少了工后沉降；十字板剪切试验结果显示，土体原位不排水抗剪强度提高，地基平均抗剪强度提高了340%，增加了地基的抗失稳能力；静载试验结果显示，极限承载力也不低于180 kPa，满足地基承载力要求。结果表明，真空联合堆载预压法在试验区工程中取得了成功，加固效果是显著的，可为类似工程提供参考。

[关键词]真空联合堆载预压，软土地基，堆载

中图分类号：TD411文献标识码:A文章编号：

随着我国经济的发展，在深厚淤泥质软土区需要修建港口和高速路等构筑物。这类土有高含水量、大孔隙比、低强度、高压缩性、低透水性、中等灵敏度等特点，加固处理后才能达到要求。我国实践证明排水固结法是加固大面积软土地基，最有效经济的方法，是如今大规模围海造陆地基加固的主要方法。

真空预压作为现今对吹填造陆后的超软土地基常见的加固施工方式，具有工序简便、成本低廉、工期较短等优点。而受大气压力的局限，真空压力荷载所形成的负压效果多数极限下仅能达到85 kPa 左右，对于软土地基加固要求较高的场地无法满足其后期承载力要求，出于原材料容重、堆载厚度及施工后期场区结构层施工等多方面因素考虑，多采用真空联合堆载预压的施工方式[1]。本文结合真空联合堆载预压法在试验区地基处理工程中的应用，对其加固软土地基工程的效果进行了评价。

１.真空联合堆载预压法加固机理

真空预压法属于排水固结加固法，它通过抽真空在加固区的土体内造成负压，使边界的孔压降低，土体中的原始孔压和边界的孔压形成一定的压力差并且发生不稳定渗流，随着时间的增长，土体中的孔压逐渐降低，降低的孔压转变为土体的有效应力[2]。天然地基的孔隙水压力是球应力，真空余压减少的孔压各向相等，由此地基土体单元的莫尔圆大小没改变，只向右平移，“荷载”卸除时被加固土体由正常固结状态变为超固结状态，比加固前强度增加。真空预压的土体不会产生剪应力，因此真空荷载一次性施加也不会使地基剪切破坏。但是真空预压法提供的荷载有限，当不能满足承载力及沉降等方面的要求时，需辅以堆载荷载，理论研究和工程实践都表明该两种荷载可联合应用。真空联合堆载预压法通过真空压力和堆载荷载使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在这种不平衡力的作用下通过竖向排水体逐渐向外排出，从而使土体产生固结变形。同时土体在真空负压作用下只受到球应力的作用，不产生剪应力，土体产生向场地内的收缩变形，可抵消堆载引起的向场地外的挤出变形，因此，可以提高加荷速率。

2.工程地质条件

本工程地面高程为3.4~4.74米，平均高程+4.0米，主要地层由上到下为：①人工填土层，平均厚度为2.45 m；②海相沉积层平均厚度为5.81 m；③第四纪冲洪积层；④早期海相沉积层；⑤第四纪冲洪坡积；⑥残积土粘性土；⑦全风化花岗岩。本次地基处理工程主要加固土层为①、②层软土地基。勘察资料表明在淤泥层底部存在砂层透水层，在抽真空时需要解决土体下部透水及漏气的问题。

3.工程情况

3.1试验方案

本工程地基处理面积约1.4×104m2，地基处理方法采用真空联合堆载预压方案，采用宽度为150mm加宽型排水板，正方形布置，间距1.2米，每根排水板需剥掉下端1.5米滤膜，以解决底部存在透水层的问题；粘土密封墙打设7米，即未打到淤泥底部下卧透水层；采用0.7米厚中粗砂作为水平砂垫层，密封膜上堆载砂垫层，同时荷载要恒载。设计了地表沉降观测、深层分层沉降观测等监测项目，同时要求对加固前、后的土体取原状土，进行室内物理力学指标和现场原位十字板剪切对比实验并进行载荷实验。地基处理主要技术要求为：（1）地基固结度达到90%,（2）交工面地基承载力为180kPa。

3.2 施工工艺

（1）土工织物施工：首先对加固区进行场地平整，铺设土工织物。

（2）砂垫层施工：吹填粉细砂垫层及70 cm厚中粗砂水平透水层，要求表面高差应为±10 cm范围，为排水板施工创造条件[3]。

（3）排水板施工：为提高排水板的通水能力采用宽度为150mm的加宽型排水板，排水板打入至设计标高，垂直度偏差不得＞±1.5%。

（4）铺设真空吸水管网： 在中粗砂垫层中铺设滤管作为水的水平排出通道。

（5）真空预压施工：铺设前层土工布、密封膜埋设、真空泵安装及架设真空表测头等工序，然后开始抽真空。

（6）真空联合堆载预压施工：当膜下真空度稳定在85kPa，抽真空10天后进行上部堆载施工并达到设计荷载，达到设计卸载要求后停止抽真空，整平到设计标高。

3.3 施工过程

本工程抽真空时间累计为157天；由于该工程在堆载期间采用吹填砂作为荷载，吹填过程中由于维护原因，真空泵抽真空不正常，并且设计对荷载提出恒载的要求，在联合堆载3个月后又进行了加载，从而造成了真空预压卸载的拖延。

4.地基加固效果

4.1地表沉降

4.1.1地表沉降量

地表沉降量为打设塑料排水板期间的平均沉降量和预压荷载作用下产生的平均沉降量之和。本工程沉降共布设14个沉降监测点，地表沉降量96.0~200.0cm，平均155.5cm。在塑料排水板施工期间地表沉降速率较大，最大61mm/d；抽真空期间，累计沉降量最大53.8cm，插板期间（真空预压前）沉降量约占累计沉降量的22%。

4.1.2地基固结度及残余沉降

地基的固结度和最终沉降的计算根据现场实际监测资料按“三点法”进行计算。计算表明，地基土在预压荷载作用下固结度均在91%以上，平均固结度94.0%，平均残余沉降7.9cm，均满足设计要求。

4.2 深层分层沉降

本工程共布设5个分层沉降点，各土层的沉降量沿深度递减，最大沉降量为109.5cm，该测点主要沉降量集中2~8m范围的软土层内；利用三点法计算各分层最终沉降量和固结度，固结度均大于90%。根据分析，真空预压对于排水板深度范围以内都起到了明显的加固效果；固结度达到了设计的要求。

4.3 加固前后土的物理力学指标

为评价地基处理的效果，在地基处理范围内同一位置进行2个原状取土孔以比较土的物理力学指标变化情况，地基处理前后土的物理力学指标统计结果见表1-1。

表1-1中试验数据表明，软土重度提高了10%；含水量减小约25%；孔隙比减小了27%。压缩系数降低45%；粘聚力增大了2.43倍。

4.4 十字板剪切试验

在地基处理前后在同一位置进行2组十字板剪切试验。地基处理前后十字板抗剪强度值见表1-2。

从表1-2可以看出，在地基处理之前，软土层的平均十字板抗剪强度为11.4kPa；在地基处理之后，软土层的平均十字板抗剪强度达到38.8kPa，强度提高3.4倍。

5.静载荷试验

本工程静载荷试验曲线见图1-3静载荷试验Q-s和s-Logt曲线。静载荷试验总加载量为810kN，沉降量较小，最大沉降量38.57mm，回弹量9.93mm，回弹率25.75%。各级加荷均能在120分钟内达到稳定标准，Q～s曲线较平缓，沉降较均匀，无明显陡降点，试验未达极限荷载，按相对变形确定的地基承载力大于180kPa，因此地基承载力特征值大于180kPa。满足设计要求的180 kPa要求。

６.结论

本文阐述了真空联合堆载预压法加固机理并详细介绍了真空联合堆载预压法在试验区地基处理工程中的应用，得出以下结论：

（1）现场监测、检测数据显示，地基处理后的软土固结度达到90.0%以上，说明加固效果明显，减少了工后沉降，达到了处理的目的；根据十字板剪切试验的结果，土体原位不排水抗剪强度提高,地基平均抗剪强度提高了340%，增加了地基的抗失稳能力；根据静载试验结果，极限承载力也不低于180 kPa，满足地基承载力要求。