真空-堆载联合预压法加固深厚软土地基试验研究.pdf

广东建材2023年第8期0 前言深厚软土地基具有含水量大，欠固结、抗剪强度低的特点1，为防止工后固结沉降给后期建设及使用带来不利影响，以及不均匀沉降对周边环境及管线的破坏，需要对其进行加固处理。真空预压是逐渐降低土体的孔隙水压力，不增加总应力条件下增加土体有效应力；而堆载预压是增加土体总应力和孔隙水压力，并随着孔隙水压力的逐渐消散而使有效应力逐渐增加。对于深厚软土地基，当采用真空-堆载联合预压时，结合两者优点，既抽真空降低孔隙水压力，又通过堆载增加总应力2，可以加快软土固结，减少工后沉降，降低含水量，提高土体抗剪强度3。本文以广东珠海横琴新区某深厚淤泥质软土为工程背景，通过对真空-堆载预压地基处理全过程监测，分析地表沉降变形特征、场地孔隙水变化、场地周边不同深度变形特征，并根据沉降变形数据估算场地固结度和工后沉降。对地基土进行室内土工试验和现场十字板剪切试验，对比处理前后场地图的物理力学指标、压缩指标和抗剪强度指标，最终评价地基处理效果，为类似地基提供参考。1 工程概况拟建场地位于广东珠海横琴新区，总面积约23.3万平方米，由3个地块组成（见图1）。场地地形起伏较大，地面标高在3.013.79m之间，平均3.36m，在地貌上属海陆交互沉积地貌，中等复杂场地。场地地表为人工填土或人工吹填砂，局部为原地形残留鱼塘、洪水沟，地表下的淤泥层及淤泥质土为典型的软弱土层，工程性质差，厚度大，据场地内钻孔显示，软土层最大厚度可达52.6米，采用真空-堆载联合预压进行软基处理，以满足后续使用要求。为了检验软基加固效果，进一步研究真空-堆载联合预压加固机理，在3#地块（面积约6.1万平方米）埋设现场监测仪器（见图2)。真空-堆载联合预压法加固深厚软土地基试验研究徐德军 车兴亮 张作庆（珠海市横琴新区建设工程质量检测中心有限公司）【摘要】本文以广东珠海横琴新区某深厚淤泥质软土地基为工程背景，研究提出真空-堆载联合预压法进行加固处理。通过室内土工试验，对比地基土体处理前后的主要物理力学指标。通过对监测数据分析，估算处理后的固结度和工后沉降。并对加固前后的地基分别进行十字板剪切试验，对比地基土不排水抗剪强度。结果表明应用真空-堆载联合预压法处理此类深厚淤泥质软土地基，可以取得良好的加固效果，对类似不良地基的处理有很好的借鉴意义。【关键词】软土；真空-堆载联合预压；室内土工试验；十字板剪切试验图1场地鸟瞰图图2监测布置点位图注：CJ代表沉降观测点；K代表孔隙水观测点；CX代表深层水平位移测量点。工程试验与研究-87广东建材2023年第8期2 地质条件拟建场地从上至下依次简述如下：人工填土层（Q4m1)。素填土-1：青灰、灰白、褐黄色，稍湿，松散稍密，大部分区域以粘性土为主，为人工回填而成，未完成自重固结，厚度 1.04.60m，平均3.3m；吹填砂-2：灰黑色，稍湿湿，松散，成分以石英细中砂为主，含5%10%左右的泥质，为人工吹填而成，厚度1.103.80m，平均1.71m。第四系海陆交互相沉积（Q4mc)。淤泥-1：灰黑色，饱和，流塑，成分以粘粒为主，含有机质及少量贝壳碎片，具腐臭味，厚度 14.8022.00m，层底标高平均-18.77m；淤泥质土-2：灰黑色，饱和，流软塑，成分以粘粒为主，含少量有机质，略具腐臭味，厚度 9.6027.30m，层底标高平均-36.46m；粉质粘土-3：灰黄、深灰、灰白色，湿，可硬塑，成分以粘粒为主，局部为薄层细中砂，厚度 1.108.50m，层底标高-38.11m；淤泥质粉质粘士-4：灰黑色，饱和，流软塑，成分以粉粘粒为主，含少量有机质厚度2.40-10.00m，层底标高，平均-39.40m；砾砂-5：灰黑，深灰饱和，稍密中密，以石英砾砂为主，局部为粗砂及少量中细砂，厚度2.008.00m，层底标高-54.18-35.28m。第四系残积层（Qe1)。砂质粘性土：湿，硬塑，成分以长石风化形成的次生粘士矿物为主，含35%左右的石英砂，干强度中等，韧性中等，浸水易崩解软化，厚度2.703.20m，层底标高-45.8444.51m。燕山三期侵入花岗岩（52（3）)。全风化花岗岩-1：原岩结构己完全破坏，岩体极破碎，基本质量等级为V类，层底标高-59.84-30.30m，平均-45.32m；中风化花岗岩-2：中粗粒花岗结构，块状构造，硅质胶结，岩芯呈短柱状，岩芯采取率95%，RQD=65，基本质量等级为 ，层底标高为-61.74-32.80m，平均-47.38m。3 施工方案及工艺清表及场地平整铺设中粗砂垫层（厚度40cm）打设粘土密封墙打设塑料排水板（采用SPB100 C型，间距1.0，长度25，井径=70mm，正三角形布置）埋设观测仪器埋设抽真空分布管（即滤管，在滤管上铺 设20cm砂砾覆盖层）铺设密封膜（1层无纺土工布+2层密封膜+1层无纺土工布，密封膜四周密封沟填筑）连接真空泵和安装管路。场地于7月23日开始抽真空，8月13日膜下真空压力达到80KPa，膜下真空维持5天后于8月18日开始分级堆载，填土堆载3.5米，分3级加载，历时18天，堆载于10月5日完毕，预压至12月29日完成，开始卸载。共历时153天。4 监测数据分析及工后沉降预测4.1地表沉降数据分析场地共埋设10块沉降板，选取典型的CJ01和CJ08分析，其表层沉降随时间的变化见图3。场地在最开始的抽真空及真空稳定阶段，由于土体中大量的自由水和气体在短时间内被抽走，土体受负压作用，地基土有效应力快速增加，沉降速率最大。堆载阶段由于增加土体总应力和孔隙水压力，并随着孔隙水压力的逐渐消散而使有效应力逐渐增加，沉降速率较真空稳定阶段有所增大，随着时间的推移，场地进入相对稳定的匀速固结阶段，逐渐变缓、收敛。4.2孔隙水压力数据分析孔隙水压力的消散过程即土体的固结过程，土体中打设排水板，人工制造了排水通道，加之真空压力的作用，使土体中的水较快速排除，使土体固结。选取K01观测孔，分别监测4m、10m、16m和22m处孔隙水压力（见图4）。开始抽真空时各测点的孔压初始值基本相同，抽真空开始后，由于排水通道的阻力使得真空度向深层传递过程中受到损耗和延缓，孔压的下降幅度沿深度减小；堆载期间由于孔隙水来不及排出，使孔隙水压力增大，随着加载稳定后孔隙水的持续排出，孔隙水压力逐渐降低变换并保持稳定。图3 地表竖向沉降曲线工程试验与研究-88广东建材2023年第8期4.3深层测斜分析选取 CX03观测点，其 25m深度范围深层水平位移见图5。真空预压区域内同一时间的侧移量随深度增加递减，同一深度的侧移量随时间推移增加，地基深层土体最大水平位移为141mm左右，位于场地表面，主要是因为真空度在向地基内部传递过程中存在散失。从深度分析，塑料排水板长度（25米）以下土体水平位移基本为零，表明场地真空-堆载预压主要影响深度在塑料排水板长度范围内，对塑料排水板长度范围以下深度影响不大。4.4工后沉降预测根据实测沉降量与时间关系估算场地最终沉降量和固结度，并预测其工后沉降。S=S3(S2S1)S2(S3S2)(S2S1)(S3S2)其中，S1对应2022年10月7日沉降量，S2对应11月18日沉降量，S3对应12月29日沉降量，S为预测的最终沉降量。由计算可知（见表1），截止2022年12月29日，地基的固结度达到约 98%，工后沉降为 27.342.9mm，基本解决了后期固结沉降，能满足后续施工要求。5 监测数据分析及工后沉降预测在打设塑料排水板前和处理后的土体（25米深度范围）分别进行钻孔取芯，对土样进行室内土工试验，对比处理前后的基本物理性质指标（见表2）、压缩性质指标和抗剪强度指标（见表3）。分析可知，与软基处理前的淤泥层比较，土体在真空-堆载联合预压法加固处理后，土体基本物理力学指标均有明显减小，压缩指标和抗剪强度指标均有明显改善。6 十字板剪切强度对比图4孔隙水压力曲线图5 深层测斜曲线点号CJ01CJ02CJ03CJ04CJ05CJ06CJ07CJ08CJ09CJ10S1/mm-1206.0-1221.9-1177.0-1324.7-1388.8-1180.2-1242.3-1286.6-1285.8-1232.5S2/mm-1618.7-1615.9-1597.8-1735.2-1813.2-1591.5-1687.7-1680.0-1685.3-1601.5S3/mm-1712.1-1722.1-1692.4-1842.8-1915.5-1703.6-1791.6-1787.8-1786.4-1707.7S/mm-1739.4-1761.3-1719.8-1881.0-1948.0-1745.6-1823.2-1828.5-1820.7-1750.6固结度Ut/%0.9840.9780.9840.9800.9830.9760.9830.9780.9810.975工后沉降/mm27.339.227.438.232.542.031.640.734.342.9表1 固结度计算和工后沉降预测标准值处理前处理后含水量W/%75.650.8密度0/（g/cm3）1.51.7比重Gs2.62.6孔隙比e1.91.4液限WL/%58.947.8塑限WP/%35.826.4塑性指数Ip22.921.4液性指数IL1.71.1表2 基本物理力学指标工程试验与研究-89广东建材2023年第8期采用十字板剪切仪对加固前后地基土体沿进行不排水抗剪强度测定（见图6），分别绘制加固前和加固后的不排水抗剪强度随深度变化曲线（见图7），根据曲线图可知，场地的不排水抗剪强在20米深度范围内有明显的提高。7 结语本文以珠海横琴新区某深厚软土地基加固工程为背景，通过现场监测及相关试验分析了真空-堆载联合预压法的加固效果，主要结论如下：采用真空-堆载联合预压法对该类深厚软土地基进行加固处理，可以加快场地固结速度，并能有效地减少工后沉降。采用真空-堆载联合预压法对该类深厚软土地基进行处理，能显著降低土体物理力学指标，能显著提高土体压缩性能指标和抗剪强度。真空-堆载联合预压主要影响深度在塑料排水板长度范围，超过其长度后影响不大。本场地经真空-堆载联合预压处理后，能取得良好的效果，表明真空-堆载联合预压法适用于此类深厚软土地基的加固处理。【参考文献】1 秦皎，毕俊伟，高广运.真空联合堆载预压法在某新近吹填场地的应用研究J.路基工程.2018.2 JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范S.3 朱艳，毕德义.真空-堆载联合预压法的试验研究J.路基工程，2011.作者简介徐德军，男，1986年生，硕士研究生学历，工学硕士，工程师，主要从事地基基础勘察设计、监测和检测方面工作.电子邮箱:.标准值处理前处理后压缩系数a1-2/MPa-11.31.0压缩模量Es/MPa1.92.3直接快剪C/kPa5.47.1直接快剪/()3.76.0固结快剪C/kPa7.011.3固结快剪/()11.19.8表3 压缩性质指标和抗剪强度指标图6 十字板剪切试验图7 十字板剪切试验结果对比工程试验与研究-90