真空预压浅层处理法在天津沿海软基处理中的应用研究

刘仲军

（天津港（集团）有限公司，天津 300456）

真空预压浅层处理法在天津沿海软基处理中的应用研究

刘仲军

（天津港（集团）有限公司，天津 300456）

通过对比分析真空预压法中的浅层处理方式和常规深层处理方式的特点，分析了浅层处理方式应用于天津沿海软基加固工程中的优势之处，并结合工程实例对2种方式处理天津邮轮码头地基的效果进行了比较研究。研究结果表明：软基加固后土体的物理力学性质方面，浅层处理法要略优于常规处理法。因此，真空预压法浅层处理方式在天津沿海工程淤泥质地基处理中具有可行性。

真空预压法；浅层处理；深层处理；软基加固

Biography：LIU Zhong-jun（1962-），male，senior engineer.

沿海地区建设用地中相当一部分为过去的滩涂或新近吹填形成的陆地，土质较软，承载力较低，难以满足工程建设的需要，因此工程建设前必须对地基进行加固处理。软基加固工程最典型的国家是荷兰，该国国土面积小，约三分之一为造陆形成，因此被誉为最早进行大规模围海造陆、围垦造田的国家［1］。荷兰填海造陆主要采用的是自然蒸发法，其工程物料多为砾石和砂土，排水固结效果好，因此成为各国借鉴的基础［2］。随后各个国家采用不同的方法对粘性土的固结作用进行研究和实践，包括砂井固结法［3］、强夯法、电渗法、水泥搅拌法及排水固结法等［4］。1952年杰尔曼教授提出真空预压法，并应用于1957年的美国费城机场跑道建设［5］，其是软土地基加固的里程碑。这也对真空预压法的全面推广给予了巨大推动作用。真空预压法，即打设塑料排水板至地下，通过抽真空施压将地下软土中的水分和空气抽出来，达到压实加密地基土的目的，提高地基承载力，减少后期建筑荷载导致的地基沉降。我国学者于20世纪50年代末开始真空预压试验［6］，还有学者对真空预压法加固软基吹填土进行了改进［7-9］。真空预压法以其速度快，投资省，效果好等优势在近十几年的大部分软土地基加固处理项目中逐渐替代了其他地基处理方法，成为地基处理的主要方式。然而随着科学技术的进步及人们对事物的不断认识，在常规方法的基础上，人们开始探索更优化的真空预压处理方式。

本文对比分析了真空预压法中常规深层处理方式和浅层处理方式的优缺点，结合天津国际邮轮母港项目的工程实例，对浅层处理方式进行了尝试，并与真空预压常规深层处理方式处理软基的效果进行了对比研究。研究结果以期为后续和类似的工程施工提供科学参考。

1 真空预压法两种处理方式应用于天津沿海软基的理论分析

常规的真空预压方法是对地下的软土层全部进行处理。在天津海岸地区是对深度在22 m以上的土层全部进行处理，其原因是这部分土层含水率都在40%～75%之间，甚至更高，在荷载作用下，这些土体要排出孔隙水，产生沉降，对建筑物基础造成影响，因此必须提前排出土体中的水分和空气成份，形成密实土体，减少工后沉降。

而理论分析和工程实践表明，按常规深层处理方式进行处理会带来以下弊病：

（1）处理深度加大，带来投资增加，排水板和用电量都需要相应增加，工时也需要增加。

（2）深层处理后要增加沉降总量，后期回填料也要增加，而这部分用料多为价格较贵的碎石类料。

（3）处理深度过大，水泵的能力要分散，对地基的处理效果减弱，对上部需要处理的土层不能集中效力处理。

（4）施工期的抽水抽气，只能完成固结度的85%左右，剩余沉降大部分要在以后的时间里出现，而深层土体里由于存在了排水板，留有排水通道，今后会继续发生沉降。

在理论分析和长期工程实践经验的基础上，本文提出在天津海岸地区一般的荷载条件，对于地面下10～12 m以下的土体影响相对较小。从理论上讲，其主要是因为：

（1）若将地面以下10～12 m范围的土体进行充分加固，在该土层会形成一个较为厚实的基础底板，起到对上部荷载向下传递逐步扩散，荷载向下逐步减小的作用。

（2）虽然10～12 m以下的土体含水量不低，但在不进行扰动的自然状态下，无法形成排水通道，其受到的孔隙水压力难以冲破上部土层排出地面。

（3）对于部分不具备真空预压处理条件的软土地基，采用回填渣土法回填足够厚的渣土层，只要渣土层足够厚，其在施工期沉降完成后，后期沉降往往很少，深层软土在上部土层良好的条件下具备相应的承载能力。

因此，从理论上讲，依据土壤条件适当降低真空预压处理地基的深度是可行的。

通过上述分析，很明显发现2种方式方法所带来的利弊：（1）浅层处理法。优点：减少了地基沉降量，相应减少了回填料数量；减少了排水板的打设深度、抽气时间及施工期用电量，节省了施工费用；可以相对集中泵的功率用于上部土层的抽气处理，强化处理效果。缺点：规范及操作规程尚在制定中，施工经验有待成熟；排水板端头遇较松土质时，排水板易松动，需加夹具。（2）深层处理法。优点：工程所依据的规范、工艺及施工经验成熟；对于深基坑下地基处理仍有优势。缺点：相对浅层法在用工用料用电上成本较高；处理过的地基指标劣于浅层法（处理深度过长，泵力分散）；深层土体未能充分固结，遗留的排水板为残留沉降留下排水通道，有较大的中后期沉降。

2 工程实例

2.1 工程概况

本工程位于天津港东疆港区，工程用地30 000 m2，主要用途为广场用地。采用真空预压处理之前为吹填造陆形成的土地。采用真空预压法处理地基，排水板打设长度为至地下-6.0 m（以前为-13.5 m），排水板间距0.8 m，覆盖砂厚度46 cm，标准压力下抽气时间为100 d，表1为施工期前后的检测数据，同时为了与常规方法进行比较，表2列出了周边邻近地块相同参数（仅排水板打设深度不同，打设深度为-13.5 m）的地基检测数据。

2.2 真空预压法不同处理方式的效果分析

2009年至2010年初，邮轮母港建设项目部分地块的地基处理采用浅层处理法对标高7.44～-9.16m范围内的基础进行了加固处理尝试，结果见表1。处理可以划分为3个土层，即7.44～-0.16 m、-0.16～-6.50 m、-6.50～-9.16 m。加固前后，土层（7.44～-0.16）的天然含水量减少42.13%，密度增加10.06%，天然孔隙比降低37.89%，塑性指数降低33.19%，液性指数降低41.43%，压缩系数降低61.79%，压缩模量增加121.15%，抗剪切力内摩擦角增加211.31%，凝聚力增加142.95%，十字板强度增加165.59%；土层（-0.16～-6.50和-6.50～-9.16）的天然含水量减少11%～19%，密度增加1.8%～4%，天然孔隙比降低2.3%～16.2%，塑性指数降低2.5%～11.6%，液性指数降低5.3%～18.7%，压缩系数降低6.1%～33.8%，压缩模量增加7.0%～35.5%，抗剪切力内摩擦角增加6.9%～109.8%，凝聚力增加13.3%～112.5%，十字板强度增加22.1%～79.0%。

而邮轮码头地基处理常规处理区软基加固前后土的物理力学指标（表3）表明，加固前后，土层（7.56～-0.50）的天然含水量减少30.22%，密度增加7.14%，天然孔隙比降低25.169%，塑性指数降低6.53%，液性指数降低27.58%，压缩系数降低47.93%，压缩模量增加36.79%，抗剪切力内摩擦角增加154.65%，凝聚力增加94.92%，十字板强度增加150.00%；土层（-0.50～-12.04和-12.04～-14.84）的天然含水量减少15.6%～44.6%，密度增加4.3%～9.8%，天然孔隙比降低15.6%～39.0%，塑性指数降低10.4%～21.8%，液性指数降低16.5%～66.8%，压缩系数降低30.4%～63.8%，压缩模量增加32.9%～97.8%，抗剪切力内摩擦角增加99.1%～103.7%，凝聚力增加66.2%～93.3%，十字板强度增加117.5%～138.9%。

表2 邮轮码头软基浅层处理区加固前后土的物理力学指标对比表Tab.2 Comparison of physical mechanics index before and after soft foundation consolidation in cruise terminal with shallow layer treatment

表3 邮轮码头软基常规处理区加固前后土的物理力学指标对比表Tab.3 Comparison of physical mechanics index before and after soft foundation consolidation in cruise terminal with traditional method treatment

从工程实例中真空预压法浅层处理方式和常规深层处理方式的效果分析可以看出，对于第1土层而言，从加固前后土的多数物理力学指标变化情况来看，浅层处理结果相对较好。浅层处理的第2土层和第3土层与常规深层处理的第2土层比较结果表明浅层与深层处理加固软基的效果差异不大。

3 结论与讨论

通过本研究，可以得出以下结论：

（1）在地面以下8.0 m范围内，打设浅板处理的土层压缩量比常规法处理相同土层的压缩量明显增加，增加量为0.2～0.25 m。（2）浅板区土层的天然含水量降低幅度及密度增加值都较常规法处理相同土层有较大改善。（3）浅层法处理后的土体内摩擦角和凝聚力指标都较常规法处理结果提高50%左右。（4）浅层法处理后的土体十字板强度可达33.73 kPa，而常规法处理相同土层后的十字板强度仅达到25.6 kPa。

从工程竣工近2 a来广场的沉降情况看，由于东疆区域主要由挖泥吹填形成，土质较软，目前总体沉降平均值已达15 cm左右，但2种不同地基处理方式加固的地基之间未出现明显的差异沉降，同以往用同一种方式（常规深层处理方式）进行处理的效果没有明显区别，达到了设计要求的效果，也说明一定深度的下部较弱土层处理加固与否对上部荷载的敏感度很低，因此，适当减少地基处理的深度是可行的。虽然天津滨海地区软土地基采用浅层真空预压处理方式具有一定可行性，但该方法在其他沿海地区软基处理中的应用效果仍有待该领域学者进行更为广泛的应用研究和实践检验。

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Application of vacuum preloading method in Tianjin coastal soft foundation consolidation

LIU Zhong-jun
（Tianjin Port Group Co.，Ltd.，Tianjin300456，China）

The comparative analysis of shallow layer approach and conventional deep layer approach of vacuum preloading method were conducted，and the advantages for using shallow layer approach into Tianjin coastal soft foundation were analyzed.Two approaches were applied into soft foundation consolidation of Tianjin Cruise Terminal Project.The results show that：the shallow layer approach is better than conventional deep layer approach for soft foundation consolidation in physical mechanics performance.Therefore，the application of the shallow layer approach into Tianjin coastal soft foundation consolidation is feasible.

vacuum preloading method；shallow layer treatment；deep layer treatment；soft foundation consolidation

TV 223；TV 52

A

1005-8443（2012）03-0256-04

2012-03-22；

2012-04-26

刘仲军（1962-），男，天津市人，高级工程师，主要从事港口工程研究及管理。