真空预压法在北方某场地工程软基处理中应用探讨

软土地基的特点是含水率很高,孔隙比大,压缩性高,强度低,透水性差。由于压缩性高,透水性差,在建筑物荷载的作用下会产生很大的沉降和沉降差,而且沉降的过程会延续很长的时间,有可能影响建筑物的正常使用,因此需对其进行处理。真空预压法是近20年来发展起来的一种新型的地基处理方法,由于真空预压在加固软基方面具有施工工期短、加固效果好、经济效益明显等特点,目前已在北方很多地区逐渐被采用。

本文结合我国北方某海洋温泉度假村场地处理工程实例,对真空预压处理软基的效果进行了研究,并通过对沉降数据及测斜数据的分析,得出了合理的结论。由于现场试验段选择在珠海一软基处理工程试验段,该区域地表特征和土层分布等方面在渤海湾地区具有较强的代表性,因此,研究的结果具有一定的指导意义。

1工程概况

由现场勘察试验可知,所选取试验区软土层厚度为19m～20m,属淤泥和淤泥质粘土,工程力学性质极差,主要表现为抗剪强度低,含水率高,压缩性高等特性。

2设计及技术要求

根据该区软土地基的工程特点及荷载大小,主要的技术要求是。

(1)真空预压荷载小于80kPa;(2)预压加固平均固结度大于85％,连续3天沉降速率小于3mm/d,可停止抽真空;(3)预压加固后消除软基有害沉降,工后沉降不大于35cm;(4)排水砂垫层采用级配良好的中粗砂,其含泥量不大于5％,且不含有机质、垃圾等。

3施工概况及现场监测

3.1 施工操作要点

(1)铺设砂垫层。清理干净地基表面的杂物,填筑70cm素土及30cm排水砂垫层,并碾压密实,同时埋设好监测仪器。(2)打设塑料排水板。根据饱和软粘土特性,设计排水板间距为1.2m,采取正三角形排列,平均打设深度为20m。(3)真空预压。塑料排水板全部打设完成并处理好板头后,在砂垫层中铺设直径100mm的波纹管,这些波纹管将塑料排水板与真空加压设备相连。

波纹管上设有小孔,用土工织物缠绕形成过滤层,然后场地整平。随后铺设3层塑料膜进行密封,接着采用射流泵施加真空压力。由于施加真空压力时,总应力大小不变,减少的只是孔隙压力,孔隙压力是球应力,在土体中不产生剪应力,因此土体不会产生剪切破坏。真空压力在两天后就能达到80kPa。在施工中,真空压力将始终保持在80kPa以上,荷载施加时间设计为100d,如图1所示。

3.2 现场施工监测

为了更好的指导施工,验证软基加固效果,试验区进行了3个关于软基变形的项目测试。（1)测膜表面沉降,以了解土体沉降和总体平均固结情况。（2)对土体分层沉降测试,以了解分层土的固结与变形情况;（3)测斜观测,以了解土体水平位移情况,仪器埋设情况见图1。

4加固效果分析

某温泉度假村一期工程加固区顺海堤向约1450m,横向约300m～830m,总面积为57.62万平方米。按照设计要求,在要加固的软基上吹填泥砂(含泥量

4.1 表面沉降(见表1)

从沉降时程曲线图中可看出整个沉降过程的曲线上有两个拐点,可分为三个阶段,如图2。

(1)铺设砂垫层阶段。由于土中孔隙水来不及排出,孔隙体积没有变化即土体不产生体积变化,但荷载使土体产生了剪切变形。5个表层沉降标的平均沉降值为55 mm。(2)打设塑料排水板阶段。在打设排水板的施工过程中,观测到的平均沉降值为451mm,这主要是因为打设的塑料排水板为土体提供了竖向排水通道,减少了排水路径。同时土体在砂垫层荷载作用下产生了排水固结,由曲线斜率可以看出沉降速率明显变大。(3)真空预压阶段。在加载的100天内,真空压力始终保持在80kPa以上。平均日沉降最大值75mm,随着真空预压时间的增长,沉降速率逐渐收敛。观测到此阶段地表最大沉降量值1675mm。

4.2 分层沉降

监测资料表明在抽真空期间内测点处的土体累积压缩量为1618mm,这和附近3#沉降标的表层沉降值1675mm非常接近。其中淤泥层压缩了1574mm,粘土层压缩了44mm,说明真空预压对淤泥层的排水固结作用是显著的。从所监测到的数据中可以看出,在真空预压后期,上层淤泥质粉土(膜下2.8m～9.2m)的压缩量已经很小,而下层土(膜下9.2m～16.1m)还在进一步压缩,这说明上层土的排水固结已基本完成,土体固结的深度在不断延伸。

4.3 水平位移

观测发现,在未抽真空前,土体由于表面开始堆载砂垫层,水平位移向外,为挤出变形。由于最大水平位移也不超过2cm,因此对土体的稳定性还构不成危害。在真空压力的作用下,加固区地表以下16m的土体都发生了向内侧的水平位移(图3)。

由图3可见,当深度在7.5m时,土体发生了明显的向外的侧向变形,由于挤出变形与收缩变形相抵消,侧向位移随距离明显减少。地面最大水平位移达50mm以上,距加固区数米外的土体在地表附近发生开裂,由于试验区附近没有邻近建筑物和其他设施,水平向的位移不会导致不良后果。但是水平向产生的位移,应该引起足够的重视,特别是当场地附近有建筑物时,这种位移是相当不利的。

5结语

(1)通过对监测资料结果分析得出:对于软粘土地基,真空预压加固法是行之有效的地基处理方法,加固范围内各土层固结度均达到设计要求,加固效果非常明显。(2)真空压力的实施和传递主要由两部分组成,间距为1.2m的竖向塑料排水板和水平向铺设的Φ100mm的波纹管。塑料排水板起到增加土体中竖向排水通道的作用,而波纹管可同时起到传递真空压力和集水的作用。(3)利用真空预压作为超载荷载,可以一次性在最早期加载,预压时间长,而且荷载数值大大超过设计荷载,使得软土地基压缩层土层在预压期内完成85％的沉降,可以较好地解决工后沉降过大的问题。(4)在真空压力的作用下加固区土体发生向内侧(加固区)的水平向变形,最大水平位移可达850mm以上,地面出现明显的裂缝。当采用真空预压法加固软土地基时,如在加固区附近有建筑物或道路,这种较大的侧向位移必须引起足够的重视。(5)真空预压法在类似工程中应用是可行的,在处理本地区软土地基是成功的。

参考文献

[1] 许志文.真空联合堆载预压法在软基加固中的应用机理[J].科技资讯,2004(3).

[2] 姜志安.真空预压方法在软基处理中的应用[J].科技创新导报,2009(1).