吹填软弱土夹层的真空预压加固方法探讨

董志凌，曲月华，戴约林

（中交第一航务工程局第四工程有限公司，天津300456）

吹填软弱土夹层的真空预压加固方法探讨

董志凌，曲月华，戴约林

（中交第一航务工程局第四工程有限公司，天津300456）

天津沿海地区围海造陆通常采用淤泥质土，由于水力分选和吹填工艺的原因，易形成软弱土夹层，对新吹填土真空预压加固效果产生不良影响，产生加固后无法达到使用要求的现象。文章通过分析吹填软弱土夹层的形成原因及其含水量大、压缩性高、抗剪强度低和渗透性差等特性对加固效果的影响。根据沉积时间的不同，探讨了3种处理方法：吹填砂性土法，二次真空预压法和深浅排水板结合处理方法。并结合3个典型工程实例，论述了3种方法在工程中的成功应用。

软弱土；夹层；真空预压；加固；探讨

随着天津市工业战略东移和滨海新区的快速发展，土地资源已成为本区持续发展的制约因素。而滨海新区153.3 km的海岸线以及其广阔的滩涂，是得天独厚的自然资源，为城市发展提供了广阔空间。因此需要利用沿海滩涂进行围海造陆工程，缓和土地资源的匮乏与经济快速发展的矛盾。

随着用地需求的加快，从围埝开始至加固结束，2～3 a交地的现象形成一种常态。但由于速度的加快，存在部分固有的不利因素，加上细节处理存在不足，尤其易形成软弱土夹层，造成较多的工程在加固效果和交地时间等方面达不到要求。本文分析一些工程实例，为同类工程提供借鉴。

1 吹填软弱土夹层的形成原因及对加固效果的影响

1.1吹填软弱土夹层的形成原因

近年来，天津沿海地区围海造陆吹填土一般采用淤泥质土，一次性吹填区域较大，出水口离吹填管口较远。吹填过程中粗颗粒在吹填管口附近落沉，颗粒较小的粘粒随水飘流富集在出水口附近，形成含水量大、压缩性高、抗剪强度低和渗透性差的淤泥、流泥等超软土。根据取土分析，其物理特性具有以下特点：①液限高。液限大于45%，且属于高液限黏性土；②颗粒细，土质差。土样含有大量的黏粒（粒径＜0.005 mm的颗粒），达到50.4%。同时土样中胶粒（＜0.002 mm的颗粒）的含量也较大，胶粒含量达到22.5%。黏粒和胶粒很细，使得土具有巨大的比表面积和活性，能够把大量的水分和矿物质吸附在土颗粒周围，使其结合水厚，土质松软，形成超软弱土层［1］。

由于时间紧、任务重，新形成的吹填工艺往往投入相对较多的设备定点吹填，短时间内达到围堰顶标高。经过短时间沉淀、滤水后，泥面高程出现很大回落，往往需要进行集中补吹。循环多次，使吹填形成的软弱土层未及时改善，形成较明显的地质分层，极易形成软弱土夹层。根据吹填厚度，一般埋深1～5 m。

1.2吹填软弱土夹层对真空预压加固效果的影响

软弱土具有高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度、低渗透性的“三高两低”特点，地基承载力低、变形大且变形不均匀，变形稳定历时较长［2］。在外界荷载的作用下，随着孔隙水的不断排出，土体产生固结，固结速率取决于孔隙水排出的快慢和土骨架蠕变速率。在渗透固结过程中，压缩系数a、渗透系数k、固结系数c均随着固结过程发生明显的变化［3］。这样的土质条件下，增加了工程的施工难度。其对真空加固效果的影响主要体现在以下三方面：（1）相关研究表明［4］：在真空压力下，粘粒含量聚集升高导致土体排水能力的降低。由图1可知，当固结压力由5 kPa增加到80 kPa时，渗透系数急剧减小。在80 kPa的同结压力下，渗透系数仅为固结压力为5 kPa试样渗透系数的1/15，渗透系数变化明显。固结压力大于80 kPa后，渗透系数与固结压力关系曲线基本呈一条水平直线，渗透系数变化较小，对加固效果的影响明显。（2）加固过程中，粘粒含量聚集升高导致塑料排水板排水能力的降低。由于粘粒含量高，加固过程中土体向排水板汇聚，细颗粒的粘粒很可能导致排水板滤膜透水性的显著下降，从而影响土体的排水性能，影响加固效果（图2）。（3）由于土体在外界荷载的作用下，软弱土夹层压缩量大而常规土层的压缩量小。各土层的沉降差异，导致排水板在土层分界处易发生错位、弯折，破坏排水板的井径效应，影响地基加固效果（图3～图4）。

图1渗透系数与固结压力的关系曲线Fig.1Relationship between permeability coefficient and consolidation pressure

图2排水板滤膜粘粒含量聚集效果图Fig.2 Drainage plate membrane clay content aggregation effect

图3土体沉降前后排水板形态对比图Fig.3 Comparison chart of soil drainage plate form before and after settlement

图4土体沉降后排水板错位、弯折效果图Fig.4Soil settlement after the drainage plate dislocation and bending effect

2 吹填软弱土夹层加固方法探讨

软弱土夹层的处理可根据其形成过程和土性特点，由沉积时间的长短，采用不同的处理方法。

2.1吹填砂性土法

粘土的渗透系数＜5×10-9m/s，砂性土的渗透系数10-4～10-3m/s［5］。针对刚吹填完成的加固区，可通过吹填砂性土，与原有软弱土夹层混合，形成紊乱土层结构，改善土体的固结系数，达到提升加固效果的目的。

根据固结系数公式［6］

式中：Cv为土的固结系数，cm2/s；k为渗透系数；γw为水的重度，一般近似值等于10.0 kN/m3；e为天然孔隙比；a为压缩系数。

通过吹填砂性土，提高了土体渗透系数，降低压缩系数。从而改善土体固结系数，可提升加固效果。

2.2二次真空预压法

针对滤水完成的加固区，可采用二次真空预压法，即首先对表层吹填土进行一次浅层真空预压［7］，使软弱土夹层进行预加固后，再进行深层真空预压加固处理。

根据相关研究［8］，浅层处理被加固对象土性指标不断改善，土体含水率不断降低，湿密度不断增长，这种变化在加固的前15 d尤为显著，后期变化逐渐趋缓。另外，随着真空预压的进行，加固区产生了非常明显的沉降，说明加固效果是非常显著的。沉降曲线在加固开始阶段近似直线，并不产生明显的衰减；加固中土体的竖向应变非常大。由此可知，经过浅层处理后的软弱土夹层的工程特性得到明显加强，对真空预压加固处理的影响得到有效消除。

2.3深浅排水板结合处理方法

针对表层已经形成硬壳的加固区，可采用了深浅排水板结合的施工方案，在长板之间中心加密打设短板，成倍增加软弱土夹层的竖向排水通道。

首先，在物理数量上，通过增加附着根数，分解粘粒的聚集，缓解排水板滤膜透水性能过度下降，使排水板保持排水功能，使加固效果得到保证。其次，通过增加数量，当部分排水板发生错位、弯折，井径效应被破坏时，增加的排水板可以作为补充，充当坚向排水通道，保证真空预压加固效果。

3 典型工程实例的经验分析

对于软弱土夹层的处理，经过加固处理技术的不断完善，有大量成功的工程实例，下面针对探讨的3种方法，举3个典型的工程实例进行分析。

3.1中外运北方物流集散中心钢材堆场造陆工程项目岸坡地基处理工程

中外运北方物流集散中心钢材堆场造陆工程项目岸坡地基处理工程位于天津临港产业区3#区内。为满足投资方的用地要求，自围堤闭合后，1.5个月完成吹填，经历2次补吹。刚吹填完成的超软弱地基，淤泥层较厚（7～8 m），均为流状，无承载力；表层为浮泥，厚度均在2 m以上，均为细颗粒粘粒，且水、泥混合不分离。

吹填完成后，根据建设单位的要求，选取西侧2个区作为试验区，采用真空预压加固技术。要求真空恒载不少于120 d，固结度≥90%，连续5 d的平均沉降速率不大于2.5 mm/d。

经过研究，采用吹填砂性土工作垫层的方法进行。通过此方法的实施，将砂性土与淤泥进行混合，使土质在加固前得到改善，加固效果得到保证。如图5所示，各土层孔隙水压力正常消散。各区加固效果如表1所示。由此可见，在形成软弱夹层的地基上进行真空预压加固时，改善土层的渗透性对加固过程中的孔隙水压力消散有着积极的作用。

3.2天津临港热电项目软基处理工程#1标段

天津临港热电项目软基处理工程#1标段位于临港工业区一期规划区域西南中部，位于天津碱厂搬迁项目区东侧。施工区域系围海造地，新吹填淤泥质粘土层，呈欠固结流塑状态，工程力学性质极差。

在方案比选后，项目采用二次处理法施工方案。即先对表层吹填土进行一次浅层真空预压，在表层软土达到一定强度，再进行深层真空预压处理。通过实践比较，较传统的一次真空预压加固效果更好。现以I-6区为例，其深层处理的各种观测结果及有关指标分析如下：（1）分层沉降观测。I-6区分层沉降观测的磁环埋设深度、各磁环累计沉降量以及磁环处土体固结度计算值见表2，沉降曲线如图6所示。（2）孔隙水压力监测。I-6区的7个孔隙水压力计的埋设按照设计要求进行埋设，孔压计的埋设标高分别为+3.0 m、+ 0.5 m、-2.0 m、-4.5 m、-7.0 m、-9.5 m和-12.0 m。监测的孔隙水压力变化曲线见图7。根据实测沉降标资料计算卸载时平均表面沉降速率为0.90 mm/d，推算的土体平均固结度为85.3%，有效满载抽真空时间超过95 d，均满足设计卸载标准。

图52区孔隙水压力变化过程曲线Fig.5Pore water pressure change curve of area 2

表1地表沉降固结度结果汇总表Tab.1Degree of consolidation settlement results

表2分层沉降成果汇总表Tab.2Layered settlement results

图6沉降变化曲线Fig.6Settlement curve

图7孔隙水压力变化曲线Fig.7Curves of pore water pressure changes

图8排水板打设平面图Fig.8Drainage plate plan

图9排水板打设断面图Fig.9Drainage plate section

表3卸载时各磁环沉降量一览表Tab.3Ring settlement list

表4分层沉降固结度表Tab.4Degree of ring consolidation

3.3天津临港产业区华北陶瓷石材产业基地地基处理工程（二标段）

天津临港产业区华北陶瓷石材产业基地地基处理工程（二标段）位于天津临港产业区5#区内，为2008年完成吹填，经过2次补泥。地基处理实施时间为2011年6月，区域表层土已经形成硬壳。在前期的地质勘察报告显示，在吹填土层中含有一层流塑状态，欠固结的高压缩性淤泥土层。针对本工程地质特点，采用了深浅排水板结合的施工方案：竖向排水通道采用塑料排水板，间距为1 m，正方形布置，在长板之间中心加密打设短板底标高为+0 m，间距为1 m，正方形布置（图8～图9）。

此方法的实施是利用加密短板加强对软弱夹层的处理，以达到各土层同时固结的目的。经过90 d的恒载后，加固效果达到要求（以1区数据为例）。加固后，各土层沉降量如表3所示。从表3可以看出，表层土质软弱，强度极低，属于高压缩性土地基，最终沉降量最大。

经推算，各土层的固结度如表4所示。从表4可以看出，实测分层沉降曲线推算的平均固结度大于85%，加固效果满足要求。

4 分析总结

本文所述的典型工程实例在含有软弱土夹层的加固区处理工程中，很具有代表性。从各工程的经验得出，根据其形成过程、土性特点和沉积时间的长短，可以采用不同的处理方式。

（1）可在吹填后，采用吹填砂性土法与吹填泥相混合，强行改善土层的颗粒结构，增大整个地基的渗透性。（2）若软弱土夹层已不可紊乱，可采用二次处理或加密浅板的方法进行加固，使软弱土夹层的处理得到补偿，使地基加固效果得以保证。总之，吹填软弱土夹层加大了软土地基加固的难度，应针对不同的形成过程和土性特点，采用改善土层的颗粒结构，或二次处理或加密浅板的方法，使含软弱土夹层的新吹填土真空加固效果得到保证，从而满足地基的使用要求。

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Discussion on vacuum pre reinforcement method of dredger fill soft soil interlayer

DONG Zhi⁃ling，QU Yue⁃hua，DAI Yue⁃lin
（No.4 Engineering Company of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

Tianjin coastal areas usually used the silt soil for reclamation.Because of the hydraulic sorting and reclamation process,it was easy to form weak soil layers,which has a harmful effect on the vacuum preloading con⁃solidation and would make the soil cannot meet the use standard after reinforcement.In this paper,the forming rea⁃son of reclaimed soil weak interlayer was analyzed,and the influences of its water content,high compressibility,low shear strength and poor permeability characteristics on reinforcement effect were studied.Depending on the deposi⁃tion time,three methods were discussed,including blown sand filling method,secondary vacuum preloading method combined with depth drainage plate processing method.Combining with three typical examples,the three approach⁃es which have the successful applications in engineering were discussed.

soft soil;interlayer;vacuum preloading;reinforcement;discussion

TU447

A

1005-8443（2015）04-0350-05

2014-12-05；

2015-02-03

董志凌（1977-），男，江西省人，高级工程师，主要从事港口航道工程地基与基础研究。

Biography：DONG Zhi⁃ling(1977-),male,senior engineer.