真空预压方法在沿海软基处理中的应用及效果分析

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 文章编号 :1007Ο2993 (2005)Ο01Ο0036Ο03 真空预压方法在沿海软基处理中的 应用及效果分析 姜增国 　姚志安 (武汉理工大学土木工程与建筑学院 ,湖北武汉 　430070) 　　【摘 　要】　为对软基施工实施有效控制 ,结合我国南方某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 长达近两年的现场试验段实际测试 ,通过对沉降数据以及测斜数据的分析 ,得出了结论 :真空压力的实施和传递主要由两部 分组成 ,间距为 112 m 的竖向塑料排水板和水平向铺设的 Φ100 mm 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 ,运用真空预压法处理本地区软土地基是成功的。 【关键词】　软土地基 ;真空预压 ;变形分析 【中图分类号】　TU 472 ; 　TU 472. 33 Deformation and Consolidation Effect of Softsoils Treated by Vacuum Preloading Method Jiang Zengguo 　Yao Zhian (Wuhan University of Technology , Wuhan Hubei 　430070 China) 【Abstract】　Combined with an engineering case of foundation treatment ,the consolidation effect of vacuum preloading method is studied. Through analyzing the data of settlement and inclination , it shows that vacuum preloading method is successful used to con2 solidate the softsoils in this area. 【Key Words】　softsoil ground ;vacuum preloading method ;deformation analysis 0 　引 　言 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 ,目前已在珠 江三角洲地区逐渐被采用。 本文结合我国南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珠江三角洲地区具有较 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 19～20 m ,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。土体分层以及各层土的主要物理力学性 能指标见表 1。 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 80 kPa ; 2)预压加固平均固结度大于 85 % ,连续 3 天沉 降速率小于 3 mm/ 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 35 cm ; 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。 作者简介 :姜增国 1960 年生 ,男 ,教授 ,博士 ,桥梁隧道工程专业 ,从事桥梁监测 ,软基加固设计。 　第 19 卷 2005 年 　　 第 1 期 2 月 　　　　　 岩 　土 　工 　程 　技 　术 Geotechnical Engineering Technique 　　 　 　　　　Vol119 No11 Feb , 2005 　 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 表 1 　各土层物理力学性能指标 土层名称 取土深度 / m 液限 w L/ % 塑限 w p/ % 塑性指数 Ip 液性指数 IL 含水率 w / % 密度 ρ/ (g·cm - 3) 孔隙比 e0 压缩系数 a 压缩模量 Es 淤泥质粉土 0100Ο9150 2917 1917 912 2182 4316 1175 11296 01838 2186 淤泥 9150Ο13120 5317 2817 2118 2139 8512 1146 21354 11528 2106 淤泥质粉土 13120Ο15110 4411 2319 2012 1154 5510 1166 11474 11305 1190 粉质粘土 15110Ο17150 4116 2511 1615 0143 3212 1189 01903 01331 5175 粘土 17150Ο18190 3412 1711 1711 0105 1719 2103 01580 01196 8106 砾质粘土 18190Ο20110 3213 1015 1015 - 0108 2110 1182 01788 01304 5188 3 　施工概况及现场监测 311 　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 70 cm 素土及 30 cm 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 112 m ,采取正三角形排列 ,平均打 设深度为 20 m。 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 100 mm 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 80 kPa。 在施工中 ,真空压力将始终保持在 80 kPa 以上 ,荷 载施加时间设计为 100 d。 312 　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。 图 1 　测试仪器埋设位置图 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 1 450 m ,横向约 300～830 m ,总面积为 57162 万 m 2 。按照设计要求 ,在要加固的软基上吹填泥砂 (含泥量 < 5 %)约 2 m 高。其中试验区呈矩形 ,长为 130 m ,宽为 80 m。在其上进行地基加固 ,为了解真 空预压加固的效果 ,特此进行了变形分析。 411 　表面沉降 (见表 2) 表 2 　试验区表层沉降实测和推算结果统计 实测和推算类型 表 层 沉 降 标 沉 降 值/ mm 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 平均值 打插排水板前的沉降值 42 56 44 91 40 55 打插排水板期间沉降值 452 453 393 509 449 451 真空预压期间沉降值 1 442 1 438 1 675 1 578 1 541 1 535 累计沉降值 mm/ 100d 1 936 1 947 2 112 2 178 2 030 2 041 日沉降值 mm/ 100 天后 3 2 2 2 2 3 S ∞ 2 166 2 175 2 437 2 538 2 317 2 327 双曲线法推算 S s 230 228 325 360 287 286 U t 8914 8915 8917 8918 8916 8918 注 : s ∞为最终沉降 ,s s 为工后沉降 , Ut 为固结度。 从沉降时程曲线图 (见图 2) 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。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 451 mm , 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 80 kPa 以上。平均日沉降 最大值75 mm ,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1 675 mm , 73姜增国等 :真空预压方法在沿海软基处理中的应用及效果分析 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 最小为 1 438 mm ,平均沉降值为1 535 mm。停抽真空前 5 天 ,平均日沉降值已小于 2 mm。停抽真空后 ,地表有 所回弹 ,回弹值为 8 mm。 图 2 　试验区表层沉降与荷载的时程曲线图 412 　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 1 618 mm ,这和附近 3 # 沉降标的表层 沉降值 1 675 mm 非常接近。其中淤泥层压缩了 1 574 mm ,粘土层压缩了 44 mm ,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 218～912 m) 的压缩量已经很小 ,而下层土 (膜下 912～1611 m) 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。　　 413 　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 2 cm ,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 16 m的土体都发生了向内侧的水平位移 (见图 3) 。 图 3 　试验区水平位移变化曲线图 由图 3 可见 ,当深度在 715 m 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 50 mm 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 　论 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 112 m 的竖向塑料排水板和水平向铺设的 Φ100 mm 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850 mm 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 　《地基处理手册》编写委员会 1 地基处理手册 1 北京 :中 国建筑工业出版社 ,1988 2 　钱家欢 1 土工原则与计算 1 北京 :水利电力出版社 ,1979 3 　朱 　平 ,闫澍旺 1 真空预压法加固路堤软基的工程实例 分析 1 岩土工程学报 2003 ,25 (2) :508～510 4 　娄 　炎 1 真空排水预压法加固软基技术. 北京 :人民交通 出版社 ,2001 5 　Kjellman W. 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