直排式真空预压法加固吹填土地基应用效果研究

时间：2024-07-28

王文，李沧粟，李卫国

（1.台州市椒江城市发展投资集团有限公司，浙江台州 318000；2.台州开放大学，浙江台州 318000；3.台州市社会发展工程管理有限公司，浙江台州 318000）

0 引言

台州湾新区位于浙江省东部，部分沿海区域采用“围海造田”的方式，解决土地短缺的问题。采用吹填造地技术快速加固浅层土体，使地表形成具有一定强度的硬壳层，让原本的海域变成了陆地。然而，通过这种“围海造田”技术形成的地基，只能满足人员和轻型施工设备进场的需要，在工程建设前，还需要采用注浆、换填、预压或桩基等方法对软土地基进行二次加固，才能满足工程建设要求［5，6］。本文通过浙江台州湾新区在建工程项目实例，对浙江沿海区域大面积“围海造田”吹填土地基采用直排式真空预压法进行二次加固的效果进行研究。

1 工程概况［7］

某在建工程位于浙江台州湾新区东侧围海造田陆域，项目用地约 18.1 万 m2。项目四周规划有城市道路，但均未建成，目前均为临时道路，其中西侧临时道路路面已硬化。根据建设需求和现场实际情况，设计单位对整个场地分区块采用不同方法进行加固处理，其中 12.0 万 m2的地基采用直排式真空预压法进行加固，剩余的 6.1 万 m2采用其他工艺进行处理（后处理）。设计将真空预压场地分四个区域，编号 1～4，各分区面积约为 3 万 m2。具体平面布置及分区划分情况如图1 所示。

图1 地基处理平面布置图

真空预压工程于 2020 年 3 月 11 日开工，4 月 18 日开始预抽真空，4 月 22 日开始全面抽真空（开泵率要求达到 100 %，膜下真空度 80 kPa 以上），8 月 25 日真空预压卸载。真空预压满载施工时间为 125 d。

2 地质条件

建设场地属沿海海涂地貌，表部为人工吹填淤泥，经浅层真空预压固结处理，呈软塑状，地形平坦开阔，地面平均高程为 2.600 m。场地地下水水位埋深一般在 0.20～0.50 m，平均水位高程 2.250 m。根据地质勘察资料和现场调查，地基处理影响范围内土层分布如下。

1）①1层。吹填土。浅黄灰色，原呈流塑状，为吹填施工形成淤泥状人工堆积物，物理力学性质极差。经浅层真空预压固结处理，现表部呈软塑状，底部呈流塑状，物理力学性质差。平均厚度约 3.36 m。

2）②1层。淤泥质粉质黏土。浅黄灰色，流塑，厚层状，局部含粉土细团及贝壳碎屑，无摇振反应，韧性中等，干强度中等，局部为淤泥质黏土。具高压缩性，物理力学性质差。平均厚度约 7.79 m。

2.8严格执行交接班制度,晨会交班、不同班组的交接班、与临床科室的交接、与外来器械的交接、灭菌消毒流程中各环节的交接过程中,进一步发现问题、不断完善,做到和谐、有序、衔接。

3）②2层。淤泥质黏土。灰色，流塑，厚层状，偶含有机质及贝壳碎屑，无摇振反应，切面光滑，有光泽，韧性高，干强度高。具高压缩性，物理力学性质差。平均厚度约 8.09 m。

4）②3层。淤泥。灰色，流塑，厚层状，含少量有机质及贝壳碎屑，无摇振反应，切面光滑，有光泽，韧性高，干强度高，局部为淤泥质黏土。具高压缩性，物理力学性质极差。平均厚度约 8.11 m。

3 设计要求

在真空预压地基处理区域，按照每隔8 0 0～1 200 m2均匀布置一套射流真空泵要求，共布置真空泵 121 套。排水板采用可测深塑料排水板（B 型），排水板打设深度 15.0 m，间距 1.0 m，正方形布置。真空预压期间，膜下真空度稳定在 80 kPa 以上，真空预压满载时间≥ 120 d。卸载时，根据监测数据，真空预压区地表平均沉降量连续 5～10 d 每天≤2 mm，地基土体固结度达到 85 % 及以上。真空预压施工中，需委托第三方进行过程监测。真空预压完成卸载后，需进行施工质量检测。

4 施工监测及检测

施工监测主要是为了评价地基处理工程效果。通过监测数据，推算地基处理固结度和工后沉降量等数据，为确定卸载时间和评价地基处理效果提供依据。同时，通过地面测量，也为合理计算土石方量提供依据。根据设计要求，结合工程的实际情况，真空预压监测项目及内容如表1 所示。第三方监测单位于 4 月 7 日进场作业，4 月 18 日开始监测，8 月 21 日完成全部监测工作。真空预压前期监测频率为每天一次，待地基沉降逐步趋于稳定后，监测频率逐步调整至 4～5 d 一次。

表1 真空预压监测项目及内容一览表

施工检测主要是为了检验施工质量和检查设计是否符合实际要求。检测内容包括十字板剪切强度试验、平板载荷试验和室内土工试验等。检测单位于8 月 26 日进场作业，9 月 6 日完成工作任务。

5 加固效果

5.1 场地地表沉降

地表沉降主要是由于土中水、气的排出，土颗粒之间的孔隙减小，土体固结。地表沉降情况可以通过观测真空膜表面的地表沉降标识得到。地表沉降的数据最能直观反映软土地基加固的效果。本项目在真空预压区内均匀设置了 18 个沉降观测点，以抽真空满载日期 4 月22 日作为监测的起始时间，绘制场地地表沉降趋势图（见图2）。

从平均沉降量来看，在真空预压的第 15 d（5 月 7 日），沉降量达到真空预压期间总沉降量的5 0.0 %；第 32 d（5 月 24 日），沉降量达到真空预压期间总沉降量的 70.0 %；第 44 d（6 月 5 日），沉降量达到真空预压期间总沉降量的 80.0 %；第 69 d（6 月 30 日），沉降量达到真空预压期间总沉降量的 90.0 %。

从平均沉降速率来看，可以分为三个阶段。第一阶段，真空预压开始至第 15 d，地表的沉降速率最大，可以达到 29.2 mm/d；第二阶段，真空预压第 15～44 d，沉降速率稍有放缓，但还是保持较快，沉降速率为 9.1 mm/d。第三阶段，真空预压第 44～120 d，降速率为 2.3 mm/d，沉降速率逐渐降低并趋于稳定。

在整个监测时间段里，真空预压期间的最大沉降量为 941 mm，最小沉降量为 643 mm，总平均沉降量为 875 mm，最后 10 d 的平均沉降速率为 1.4 mm/d，小于设计要求 2.0 mm/d，利用三点法推算的地基平均固结度为 91.8 %，达到了设计要求的卸载标准。

5.2 孔隙水压力

孔隙水压力的消散值是衡量真空度传递和土体固结情况的重要指标。真空预压区场地内埋设了 18 个孔隙水压力监测孔点，每点布置 6 个孔隙水压力计，孔隙水压力计埋深为-3、-6、-9、-12、-15、-18 m，用以观测预压期间每个深度段孔隙水压力消散情况。本文以第 11 个监测孔 CJ11 为例，绘制孔隙水压力时程曲线图（见图3），分析真空预压过程中，各深度孔隙水压力消散情况。

由图3 可见，在抽真空的前 15 d，孔隙水压力消散最为明显；在抽真空前 44 d，孔隙水压力消散较快，随着时间延续，后期孔隙水压力消散趋于平缓。在时间上，孔隙水压力时程曲线图反应的孔隙水压力消散情况，与场地地表沉降情况是相一致的。同时可以发现，孔隙水压力计各深度的时程曲线图的波形基本一致，这说明在抽真空过程中，真空度在向排水板深度传递过程中的损耗不大，地基处理影响范围包含在整个地基的深度。

5.3 分层沉降

分层沉降监测点埋设于孔隙水压力监测旁，共布置 18 个监测点，各磁环埋深位置为-3、-6、-9、-12、-15、-18 m。通过深层分层沉降仪观测得到各环的沉降量，绘制土层各深度的沉降时程曲线。

本文以第 11 个监测孔 CJ11 为例，绘制分层沉降趋势曲线图（见图4），分析真空预压过程中，地基土分层沉降情况。曲线图显示，在抽真空初期，不同深度的磁环均下降明显，前 15 d 沉降速率较大，各分层的沉降量均达到真空预压期间总沉降量的 50 % 以上；至第 44 d，各分层的沉降量均达到真空预压期间总沉降量的 85 % 以上。随着时间轴的推移，各点的沉降速率开始逐渐变小，沉降曲线趋于缓和。

图4 CJ11 监测点分层沉降趋势图

另外，对比各埋置深度的沉降曲线后发现，埋深较浅的土层，抽真空期间沉降值和沉降速率均明显大于埋深较深的土层；深度＞12 m 的土层，沉降曲线在抽真空的全过程中一直比较平缓。这说明，真空预压的效果随着土层深度的增加不断减弱。

5.4 深层土体水平位移

在真空预压区场地的周边，共布置 12 个深层土体位移测斜孔，监测不同深度土体在真空预压期间产生的水平位移量和位移方向。

根据监测，12 个监测孔位的深层土体均发生水平位移，主要水平位移发生在 10 m 以上的土层，位移量以地表处最大，随着深度的增加，土体水平位移量不断减少。各监测孔位最大位移值及相应的位置如表2 所示。最大水平位移位于 CX5 监测点，水平位移最大值为 172.2 mm，位于土层表面。根据监测，所有深层土体水平位移方向均朝向真空预压区，由于土体水平位移是向内的，并未发生周边土体失稳现象。

表2 深层土体最大位移及位置一览表

向内的水平位移导致了场地周边土体产生较大开裂，根据现场测量，本项目西侧地面最大裂缝宽度达到 15 cm。由于本项目周边无建（构）筑物和重要城市道路，在抽真空期间，仅采取常规如制定应急处置预案、加强监测等措施，而未对开裂部位进行加固和防护。

5.5 地下水位

场地周边共布置 12 个水位监测孔，水位管孔深 18.0 m，用于监测抽真空期间地下水位变化情况。初始平均水位 2.250 m，抽真空 120 d 后，平均水位降至-6.506 m，整个抽真空期间水位平均下降 8.756 m。根据各水位监测孔的监测数据，取水位平均值，绘制地下水位变化趋势图（见图5）。

图5 地下水位变化趋势图

根据曲线图，在抽真空的前半期，地下水位一直持续下降，至第 65 d（6 月 25 日），水位平均下降值已基本达到最终的下降值。在抽真空的后半期，地下水位变化曲线逐渐趋于平缓，地下水位保持在相对稳定的深度。

5.6 周边地面

在场地外的东西两侧的临时道路侧边，共布置 12 个沉降监测点。根据监测数据分析累计沉降值与点位的关系，三个较大沉降值的点位均距离场地较近，其中最大值为 126 mm，位于西侧中段。三个较小沉降值的点位均距离场地较远，其中最小值为 17 mm，位于东侧道路的最北点位。说明本项目真空预压施工对于周边道路影响总体是较小的，周边地面、道路的变形是稳定可控的。

5.7 地基土层物理力学性能指标

真空预压施工结束后，经过工后取样与室内土工试验，列表对加固前后的土体的物理力学性能指标进行比较（见表3）。数据表明，经过真空预压，排水板埋置深度范围内的②1层淤泥质粉质黏土和②2层淤泥质黏土的含水率分别降低了 12.98 % 和 8.86 %，孔隙比分别降低了 17.34 % 和 11.19 %，其他指标如天然重度、压缩模量等指标均有所提高。经过真空预压，土体的物理力学性能指标得到了明显改良，加固效果显著。

表3 真空预压前后地基土体的物理力学指标

5.8 浅层平板荷载试验和十字板剪切试验

真空预压完工后，进行浅层平板载荷试验和十字板剪切试验。浅层平板荷载试验共随机选取了 6 个点位，试验压板面积为 1.0 m2，根据 GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》，试验点的地基承载力特征值为 60 kPa，检测试验结果均能满足设计要求（地基承载力特征值≥60 kPa），荷载试验具体情况如表4 所示。十字板剪切试验共进行了 20 个孔位的试验，检测试验结果均满足设计要求（3 m 以上≥15 kPa，3 m 以下≥10 kPa）。两项试验表明，经过真空预压，地基承载能力有了大幅提高。

表4 浅层平板载荷试验成果表