吹填淤泥地基快速处理试验研究

王立鹏

摘 要：依托温州丁山垦区吹填淤泥地基处理项目，选择真空预压法对吹填淤泥进行处理并进行现场试验研究，根据监测资料和现场试验测试分析真空预压法对吹填淤泥的加固效果，验证真空预压法处理吹填淤泥土地基的有效性和可靠性。

关键词：吹填淤泥；真空预压；现场试验；监测

中图分类号：TU441 文献标识码：A

Test Study on High-speed Ground Treatment Approach of Hydraulic Filling Mud

Wang Li-peng

（ College of Engineering， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210031， China ）

Abstract：Based on the hydraulic fill mud foundation treatment project in DingShan district of WenZhou City， chooses the method of vacuum preloading to consolidate the hydraulic fill foundation and makes a field test. With the monitoring data and experiment in field， it makes an analysis and evaluation of the consolidation effect of processing the ground foundation of recently hydraulic fill mud by adopting vacuum preloading method， validates its validity and dependability. Base on one-dimensional large deformation consolidation with void ratio as control variable， using finite differential method time changing， finite element method and weighted residual method in position changes to simulate the large deformation equation .

Key words： hydraulic fill mud； vacuum preloading； field test； monitoring

引 言

圍海造地和滩涂开发用于城市建设和工业生产，为解决土地稀缺问题和利用沿海丰富的海涂资源提供了有效的途径。现在自常用的方法是以海相淤泥为原料进行吹填，由于吹填淤泥性质极差，对后续地基处理带来了相当大的技术困难。以往的做法是先将淤泥吹填到围垦区内放置晾晒若干年，待其自然沉降达到一定固结度，表面形成具有一定强度的硬壳层后，再进行人工加固处理。这种为使表层达到一定承载力而进行的长时间晾晒，必然会影响后续工程的施工进度，在时间上和财力上的消耗都很大。因此，寻找一种表层快速处理的方法十分必要。

根据吹填土的性质，对比分析各种软土地基的处理方法，选择真空预压法处理吹填淤泥地基，依托温州丁山垦区吹填淤泥地基处理项目，监测真空预压过程中吹填淤泥土性质的变化。研究真空预压法对新吹填淤泥地基的加固效果，改进施工工艺，为吹填淤泥地基的大面积加固施工提供依据。

1.项目概况

温州民营经济科技产业基地是温州市沿海产业带的重要组成部分，也是温州市实现产业升级和转型发展的关键载体。科技产业基地位于龙湾区境内，利用滩涂围垦工程开发建设。

温州民营经济科技产业基地滨海园区丁山垦区2#标围垦区面积总共大约468.5万m2。工程场地位于丁山围垦区，场区所属于地面单元为浙东南滨海区河口相冲海积平原。整个1#区场地由淤泥吹填而成，吹填淤泥平均厚度约3m，处理要求是先进行浅层处理，即处理吹填土场地区域，使表层具有一定的承载力，为后期近一步的处理创造条件。

2.现场试验方案

根据现场试验吹填淤泥的特点，结合工程地基处理要求，采用真空预压方法对吹填淤泥地基进行处理[1～3]。吸收国内外相关水平真空预压法、低位真空预压法、浮筏插板技术、透水软管替代砂垫层等方法和技术的优点，试验区采用人工插板真空预压方案，设计不同的方案，通过试验结果和对比分析，不断优化调整，指导后续大面积吹填淤泥土处理的设计和施工。

2.1现场试验方案

在试验区的外侧重新划分了四块10×10m的试验场地，仅对吹填淤泥层进行处理，竖向排水体的插设深度为3m，即吹填土厚度。

在四块试验区域内分别采用不同的加固方案进行地基处理。具体试验方案如下：

方案Ⅰ：打设70cm间距的塑料排水板，正方形布置，并在表面铺设厚约20cm的砂垫层，排水板端部用透水软管连接，透水软管置于砂垫层中；

方案Ⅱ：打设70cm间距的塑料排水板，正方形布置，表层水平排水通道为透水软管；

方案Ⅲ：打设100cm间距的塑料排水板，正方形布置，并在表面铺设厚约20cm的砂垫层，排水板端部用透水软管连接，透水软管置于砂垫层中。同时在四根排水板的中心位置打设一根长度较短的塑料排水板；

方案Ⅳ：打设100cm间距的塑料排水板，正方形布置，表层水平排水通道为透水软管，同时在四根排水板的中心位置打设一根较短的塑料排水板。

2.2现场监测及分析

根据不同的试验方案，进行现场监测[4～7]和质量检测，了解和掌握真空预压过程中吹填淤泥性质的变化，检验各分区地基处理方案的加固效果并进行对比研究，以指导现场施工，为大面积推广应用提供技术方案。

真空预压处理吹填淤泥，主要是孔隙水排出、超静孔隙水压力消散、淤泥表层沉降来达到淤泥排水固结的目的。根据现场施工条件，遵照兼顾全面，突出重点，“少而精”的原则，布置监测点。真空预压处理前、加载过程中以及施工结束后，进行十字板剪切试验，监测吹填淤泥强度变化及增长规律。

真空预压开始抽真空加载后，基本经过10天时间真空压力达到80 kPa并基本保持稳定，监测资料如下：

1）表层沉降观测

整理各区表面沉降观测资料[8]，绘制沉降量随时间变化曲线如图1～图4。

根据表面沉降曲线图分析可以知：

吹填淤泥表面的沉降发展趋势与真空压力有关，真空压力越大，吹填淤泥土的排水固结作用越明显，固结沉降量越大[9]。因此施工过程中维持较高的真空压力并确保压力的稳定，对处理效果有十分重要的影响。

在抽真空开始30天左右时间，土体表层沉降速率较大，随时间增加，沉降速率逐渐减缓，基本在70天左右开始逐步趋于收敛状态。不同方案抽真空时间长短不一，沉降发展的趋势也有差异。

不同试验方案土体表面最终沉降量不同，方案Ⅰ170天总沉降量接近1000mm；方案Ⅲ170天总沉降量接近900mm，有无砂垫层对最终沉降结果影响不太明显，但是有砂垫层的试验方案与无砂垫层方案相比，沉降速率较大。

新近吹填淤泥含水量超高，呈泥水混合状，抽真空的初、中期主要是排水阶段，沉降速率较大，这一特点与真空预压处理常规软土地基有所不同。因此，地基处理过程中排水板间距、布泵密度以及开泵率对沉降影响较大，高开泵率可以保持稳定的高真空压力，增加淤泥深層土体的负压，加快深层土体的排水固结，从而增大地基沉降，提高加固效果。

2）超静孔压消散

真空预压过程中超静孔隙水压力变化曲线如下：

根据超静孔隙水压力消散曲线分析可知：

抽真空过程中，土体的孔隙水压力逐渐降低，形成负的超静孔压，随着抽真空的进行，负的超静孔压逐渐增大，根据有效应力原理，负的超静孔压消散，土体有效应力增加，从而提高地基土体的强度，这就是真空预压的原理[10][11]。因此，真空预压过程中，对超静孔隙水压力[12]的监测对于了解真空预压效果具有十分重要的意义。

方案Ⅰ、方案Ⅲ铺设了20cm厚水平砂垫层，方案Ⅱ、方案Ⅳ没有铺设水平砂垫层。抽真空50天后吹填淤泥土层内的超静孔压值明显降低，有砂垫层方案孔隙水压力消散较快，方案Ⅲ、方案Ⅳ有短板，有利于上部孔隙水压力消散。真空预压过程中，排水路径的设计对于处理效果十分重要。铺设水平砂垫层对于促进真空压力的传递和提高淤泥土体的排水固结效果是有利的。

3）十字板剪切试验

施工过程中，在试验区各区分阶段地选点做十字板剪切试验，及时掌握真空预压过程中吹填淤泥地基的强度增长状况[13]，十字板剪切曲线图如下：

根据上述图表进行初步分析如下：

处理前各方案吹填淤泥地基基本没有承载力，个别区域表层由于长时间晾晒，水分蒸发等表层形成“硬壳层”，具有一定的抗剪强度，但最大抗剪强度也没有达到10kPa，“硬壳层”以下到深度约2m范围抗剪强度很小，地基承载力基本为零。由于吹填淤泥平均厚度为3m，十字板实验深度为4m，由于原始地面深度不均，个别区域可能是原海相淤泥，因此2～4m深度范围内十字板试验变化较大。处理过程中，土体抗剪强度逐渐增加：真空预压处理30天左右表层土体抗剪强度大部分在15kPa～20kPa之间，铺设砂垫层方案表层0.2m深度内的的土体强度明显好于无砂垫层方案，有短板方案，排水板中间（短板附近土体强度）土体排水固结程度明显好于无短板方案。

3.试验结果分析

现场试验采取四种施工方案对吹填淤泥进行浅层快速处理，并在施工过程中进行相关项目监测，根据监测数据结果总结如下：

1）表层沉降观测

吹填淤泥表层沉降的发展趋势与真空压力有着密切的关系，真空压力越大，淤泥土的排水作用越明显，固结沉降量越大。因此，真空预压施工过程中，确保良好的密封效果，维持高且稳定的真空压力，对于地基处理效果具有重要影响。但是，与真空预压处理普通软土地基不同，真空预压处理吹填淤泥过程中，抽真空的初、中期沉降速率变化较大。

表层沉降的监测结果表明：真空预压处理吹填淤泥过程中，抽真空初期，主要是大量自由水和少量的结合水的排出，土体表层沉降量和沉降速率均较大；随抽真空进行，沉降量继续增加，但沉降速率逐渐减小，并逐步趋于收敛状态。

2）超静孔压消散

抽真空过程中，因负压作用使土体的孔隙水压力逐渐降低，形成负的超静孔压，随着抽真空时间的增加，负的超静孔压逐渐增大。根据有效应力原理，总应力保持不变，超静孔压消散后，土体中的有效应力增加，地基土体的强度得到提高。与真空预压处理普通软土地基相比，土体中超静孔压消散缓慢，土体的固结比较慢，土体强度提高速度比较慢。

超静孔压消散的监测结果表明：设置砂垫层，将排水管路与淤泥表面隔离，有利于保持排水管路通畅，使真空压力在平面、竖向排水体中更好传递，有利于吹填淤泥中超静孔压的消散；改变排水板间距或采用长短板结合的方案，对于超静孔压的消散具有重要影响，排水板间距越小越有利于超静孔压消散，短板有助于土体中上层超静孔压消散。

3）十字板剪切试验

加固前吹填淤泥土抗剪强度很小，土体基本没有承载力，经过真空预压处理后强度普遍得到提高，但是提高的比例有所差异。结合沉降观测资料可以看出，铺设砂垫层后能较好地维持稳定的真空压力，明显改善真空压力的平面分布状况，增大竖向真空压力传递功能，尤其有利于表层淤泥土的排水固结，所以表层淤泥土的强度提高显著。采取长短板结合方案，对距离排水板不同距离的淤泥进行了强度测试，结果表明靠近排水板的淤泥土强度普遍高于距离排水板较远处的淤泥土强度，说明越靠近排水板，排水加固效果越好。

十字板剪切試验的结果表明：铺设砂垫层，显著改善了表层淤泥的排水固结条件，使表层淤泥较快排水固结，形成了一个强度较高、渗透性差的“硬壳层”。“硬壳层”以下的淤泥土强度增长缓慢；改变排水板间距或采用长短板结合等方案，对于排水板附近吹填淤泥土强度增长作用明显，但是对于距离排水板较远处吹填土强度增长还有待于进一步研究。

参考文献

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