真空预压法在某软基加固工程中对邻近地基的影响

任延寿，刘天韵，陈智军

（1.中交第一航务工程局有限公司，天津 300456；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津 300222）

0 引言

在我国以长江三角洲、珠江三角洲为代表的河海交汇处是我国经济发展的重要区域，它地处海滨、地势平坦，也是人类文明的重要聚集地。但三角洲地区发展时往往遭遇地基承载力不足，陆域难以得到有效利用的困境，因此往往需要进行地基加固处理。真空预压法是软基处理中常用的方法，能有效地提高淤泥地基的承载力。

真空预压施工过程中，地基土体产生较大变形，会对相邻地块产生影响。目前国内外对于软基处理施工对周边环境影响的研究已取得一定的研究成果。2001年，于志强、朱耀庭等[1]根据钻孔试验结果，分析了真空预压法加固软土地基时对周围土体土性指标的影响，提出估算加固影响区可能发生变形的经验方法。2005年，陈兰云、朱建才[2]分析了不同研究深度的沟、不同模量、不同渗透系数的桩以及不同桩长等安全保障措施下真空预压对周围环境影响的效果。2006年，艾英钵[3]在广州港南沙港区真空预压加固吹填陆域软土地基工程开展抽真空对周围环境影响的现场试验研究及有限元分析研究，研究表明抽真空对加固区周围土体的影响距离及深度与加固区外的土质条件有关，周围土体的土质条件越好，影响距离及深度越小。2007年，艾英钵等[4]结合某真空预压加固软基工程中出现的临近建筑物拉裂问题，进行了真空预压对周围土体变形影响及减小其影响的防护措施的现场试验研究。2008年，金小荣等[5]通过试验研究发现从加固区外地下水位、侧向变形和地表沉降变化看，真空联合堆载预压试验的影响区为地基处理边线外12.5 m。同时还分析了采用水泥搅拌桩隔离、开挖应力释放沟和采用树根桩托换技术三类防治方法对减小周围土体变形的作用。2008年，蔡南树等[6]结合广州港南沙港区二期工程软基处理工程现场试验，综合分析了真空预压影响区的孔隙水压、地下水位、沉降和侧向变形等变化规律。

本文依托珠海横琴岛某真空预压加固工程，采用数值分析方法模拟了真空预压过程中相邻区域的变形情况，研究了邻近结构物受到的影响以及隔离保护措施的防护效果，对后续的工程实践提供了参考性建议。

1 工程概况

工程位于珠海市横琴岛，待加固的软土地基区域全部为人工鱼塘，按照设计要求，先将该区域填筑至2.0 m标高后，再进行真空预压加固，设计真空压力为-80 kPa，塑料排水板间距为1 m，呈正三角形布置，排水板平均深度为23.75 m，连续抽真空120 d以上，当土体固结度超过85%后停止抽真空。

现待加固区域的相邻地块已经交付使用，为避免真空预压加固过程中产生的土体沉降对相邻地块产生影响，采用了如下防护措施：沿处理边界打设双排泥浆搅拌桩密封墙（密封墙内边缘为处理边界），桩距500 mm，桩径700 mm，一侧桩长约8 m，入淤泥层3.0 m，靠近泵房侧桩长约24 m，入砂质黏土约1 m。

为了探究真空预压加固软土地基过程中对周边地块的影响程度，选取典型施工断面进行计算，如图1所示。图1所示的真空预压区上表面标高为2.5 m，插板低标高-21 m，靠近泵房侧的水泥搅拌桩底标高-24 m，伸入砂质黏土约1 m。

图1 典型计算断面Fig.1 Typical calculation section

2 数值模型

运用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟。为简便计算，将真空预压加固软土地基的三维问题简化为二维平面应变进行处理，按对称原则取施工断面的一半开展计算，分析真空预压加固软土地基过程中对周边环境的影响程度。

对真空预压软基处理的二维等效模拟，采用目前行业普遍接受的Indraratna[7-8]方法，即将土体分为涂抹区和非涂抹区，利用计算出涂抹区和非涂抹区的等效水平渗透系数来模拟真空预压。土体采用摩尔-库仑模型，水泥搅拌桩采用弹性模型。对相邻已建成地块，施加40 kPa均布荷载。模型左右水平向位移约束，模型底部约束竖向位移，为了简化计算，将水位线位于真空预压区上表面。

模型计算参数如表1所示。

图2为计算断面的几何模型，左侧为真空预压区，宽度为14 m。右侧斜坡以上为现有地块，取宽度为60 m。为防止计算中出现力不平衡的现象，模型中采用斜坡形式模拟现有地块和预压区之间约2 m左右的高程差。整个几何模型长77 m，高31 m，共61 632个计算节点，共计40 482个单元。

表1 真空预压区模型计算参数Table1 Model calculating parametersof vacuum preloading zone

图2 计算断面几何模型Fig.2 Calculational section geometric model

3 模拟结果

图3为计算得到的真空预压加荷结束时竖向沉降。可知，在真空预压区内，最大位移发生在预压区中心处，约1.91 m。随着离中心处距离的增加，沉降逐渐减小，靠近边界处搅拌桩附近时，沉降急剧减小，搅拌桩沉降为0.05 m。在现有地块处也产生了一定沉降，但沉降幅度较真空预压区小，靠近真空预压区边界外5 m处，最大沉降约0.15 m，与真空预压区距离越远沉降越小。

图3 真空预压120 d时竖向沉降云图Fig.3 Vertical settlement nephogram at 120 day vacuum preloading

图4 为在真空预压结束时侧向位移云图。由图4可知，在真空预压区表层发生向中心方向的侧向位移，在真空预压区中心，侧向位移为0，随着距离真空预压区中心越远，侧移逐渐增大，靠近边界处的搅拌桩时最大为0.2 m。在现有地块处也发生了向真空预压区方向的位移，主要发生在真空预压边界外15 m范围内，其值较小。搅拌桩外侧土体明显有向真空预压区内位移的现象，在深度方向上，形成了小-大-小的侧向位移变化趋势，其最大值约为0.2 m。

图5为真空预压结束时真空预压区和现有地块表层土体沉降位移轮廓曲线。图中明显可见，现有地块处靠近真空预压区约25 m范围内发生较明显的沉降变形，最大约为0.15 m，平均约为0.10 m，且波动幅度不大。25 m范围之外，沉降变形很小，平均约为0.03 m。沉降分布比较均匀，未出现明显不均匀沉降。

图4 真空预压结束时侧向位移云图Fig.4 Lateral displacement nephogram at the end of vacuum preloading

图5 真空预压结束时的沉降变形轮廓线Fig.5 Settlement deformation profile at theend of vacuum preloading

图6 为计算模型表层土体在真空预压结束时的侧移变化曲线，侧移幅值表示向真空预压区方向位移。可见，在现有地块距离真空预压边界外15 m处，发生侧移最大约为0.035 m。随着距离真空预压边界距离增大，侧移逐渐减小。在距真空预压边界35 m范围内，平均侧移约为0.025 m，侧移分布较为均匀。在此以外区域，侧移从0.02 m逐渐减小，直至为0。

图6 表层土体侧移曲线Fig.6 Lateral displacement curve of surface soil

4 结语

本文通过数值分析方法，研究了真空预压过程对邻近地基的影响，主要结论如下：

1）真空预压引起邻近地基的沉降主要影响范围约为边界外25 m区域，最大沉降变形约为0.15 m，平均约为0.1 m。25 m之外，沉降变形很小。

2）真空预压引起现有地块侧移的主要影响范围约为真空预压边界外15 m，最大侧移为0.035 m；在真空预压边界外35 m范围内，平均侧移为0.025 m。

3）经计算，真空预压加固软土地基施工前，采用打设水泥搅拌桩密封墙的措施，可有效减小邻近地基因真空预压引起的竖向沉降和侧向变形大小。