新近吹填软土真空预压卸荷反弹变形规律分析

金华辉，陆泰然

（1.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020；3.中国农业大学，北京 100083）

1 问题的提出

新近吹填淤泥真空预压法具有施工设备轻型简单，满足吹填淤泥低承载力的要求，荷载可一次性加载，节约大量堆载石材，加固工期短和造价低等优势，已在温州、天津、广州等市的诸多吹填软土地基处理工程中得到广泛应用[1-4]。岩土工作者针对软土地基卸荷变形特性开展一系列研究，并已取得一定工程应用[5-6]。同时也在真空预压处理工程实践中发现真空压力卸载后产生一定的反弹变形[7]，随着真空预压应用和研究的不断深入，吹填软土真空预压卸荷条件下的变形和力学特性也引起关注，明经平等通过对原状软黏土土样进行常规三轴仪等向压缩与膨胀试验，以及CKC 三轴仪压缩膨胀试验，模拟真空预压地基中各种应力状态下的土体单元在卸除真空球形压力后的变形特征，对真空预压卸荷反弹变形进行试验理论解释[8]。

为更进一步直观、深入分析真空预压软基卸荷反弹变形特性，根据温州市某真空预压试验区工后变形监测数据，分析真空预压卸载停泵、工后地表沉降和孔隙水压力反弹变化规律，并就工后场地覆水和排水晾晒对软土地基影响进行量化分析，探究不同加载条件下软土地基卸荷反弹变化规律，研究成果可为真空预压实践和理论研究提供参考。

2 工程概况

温州市某围区采用无砂垫层浅层真空预压地基处理法，吹填淤泥主要为浙东南滨海区河口相冲海积淤泥，自然晾晒时间为1.5 个月，流动状，含水率高达130%以上，基本无承载力；受场地地形影响，吹填淤泥厚度由西至东呈递增趋势，厚度为3.0～6.0 m，其中试验区块吹填厚度约3.5 m；一般地块区排水板打设至原滩面，正方形布置，间距0.8 m，抽真空时间115 d；道路区采用二次真空预压处理，第一次排水板打设至原滩面，抽真空时间45 d，第二次采用有砂垫层真空预压法处理，正方形布置，间距0.8 m，抽真空时间135 d，第二次软基处理根据设计道路高程不同，采用不同的插板深度（设计道路高程Hd≤4.5 m，排水板打设底高程为-3.5 m；4.5 m ＜Hd≤5.0 m，排水板打设底高程为-9.0 m；Hd＞5.0 m，排水板打设底高程为-19.0 m）。

为保证真空预压加固效果，各区块布置膜下真空度、地表沉降、孔隙水压力等监测设施，并就大面积真空预压处理开展典型示范先行区（试验区），本文以试验区监测数据为主要研究对象。试验区于2012 年7 月8 日开始真空预压，11 月4 日完成第三方质检取样（开泵率和真空压力下降明显），11 月14 日完全停泵，停泵后由于陆续开始大面积真空预压处理，试验区处于覆水状态，次年3 月初大面积掀膜排水晾晒，工后安全监测于次年10 月结束。

3 卸荷变形

为掌握软土地基工后沉降发展规律，对试验区进行长期工后变形监测。

3.1 地表沉降

典型地表沉降卸荷反弹过程曲线见图1（由于掀膜晾晒后沉降测量方法变更，晾晒期沉降数据未列入图中），试验区工后沉降/反弹统计见表1。由图1 和表1 可知：

（1）各区块于11 月4 日陆续卸载，地表累计沉降量于当日达到最大值，11 月4—14 日为膜下真空度和开泵率骤降期（期间开泵数量基本维持1～3 台，真空度亦维持在较低水平），地表沉降反弹速率最为明显。

（2）区块地表沉降在卸荷后30 d 内反弹依旧明显，反弹均值-31.0 mm，反弹比达-4.8%；受地表覆水影响，随后120 d 区块地表沉降持续缓慢反弹-50.0 mm，反弹比达-7.9%，反弹量依旧较大。

（3）全区仅试-8、试-9 两个区块在卸荷后地表沉降有持续缓慢发展趋势，在卸荷20 d 后地表沉降达最大，随后步入缓慢反弹期，反弹均值-42.5 mm，反弹比-7.2%，反弹规律与一般区块较为相似。

（4）掀膜晾晒后（高温期）地表沉降有所增加，期间沉降141.0 mm，沉降比21.9%，经表层取样揭露晾晒后0.5 m 表层土体含水率较停泵时又下降5.0%左右，但下部土体无明显下降。

图1 典型地表沉降卸荷反弹过程曲线图

表1 试验区工后沉降/反弹统计表

3.2 孔隙水压力

典型孔隙水压消散卸荷反弹过程曲线见图2，试验区孔隙水压力消散工后统计见表2。掀膜晾晒期间孔隙水压力计遭到破损，掀膜晾晒后孔隙水压力消散效果未能监测到位。由图2 和表2 可知：

（1）埋深为1.5，3.0 m 的孔隙水压力计在卸载前夕11月2 日孔隙水压力消散值达最大，11 月4 日随膜下真空度和开泵率骤降，浅层埋深1.5 m 孔隙水压力消散反弹较为明显，埋深3.0 m 孔隙水压力消散反弹轻微且滞后1～3 d。

（2）11 月4—14 日为第三方质检取样，历时10 d，期间维持较低开泵率和膜下真空度，孔隙水压力消散反弹依旧较为突出，埋深1.5，3.0 m 的孔隙水压力消散平均反弹比-41%、-6%。

（3）11 月14 日后120 d（覆水期）孔隙水压力呈缓慢反弹并逐步趋于稳定，但埋深1.5，3.0 m 孔隙水压力消散反弹比达-75%、-26%，反弹比更加明显，与地表沉降反弹规律呈较好关联性。

（4）掀膜晾晒（高温期）时仅试-5、试-6 孔隙水压力计得到保留，其余由于掀膜割排水管板遭破坏，经上述2区孔隙水压力计显示，埋深1.5，3.0 m 孔隙水压力消散增加22%、13%，与地表沉降发展规律相似，表明排水晾晒效果较好。

图2 典型孔隙水压消散卸荷反弹过程曲线图

表2 试验区孔隙水压力消散工后统计表 kPa

4 不同加荷时间条件下卸荷反弹规律探究

在典型示范先行区真空预压完成后，陆续开展大面积真空预压处理，期间由于电力故障导致个别区块停泵，本文对停泵间歇2～5 d 的区块进行统计分析，探究不同加荷时间条件下软土地基卸荷变形：

（1）道路区浅层第一次处理主要是为第二次深层处理大型插板机械提供入场条件，卸载时地表沉降无反弹现象，且预压区边角沉降板有继续缓慢沉降趋势。

（2）大面积真空预压处理中，预压前期（前50～60 d）停电停泵卸荷时地表沉降也无反弹现象，但孔隙水压力迅速反弹且幅度较大，随膜下真空度的恢复也能较快恢复；预压后期地表沉降随膜下真空度骤降（停电停泵）地表沉降明显变缓（轻微反弹），孔隙水压力依旧随膜下真空度消失迅速反弹且幅度明显，膜下真空度的恢复孔隙水压力难以恢复到原有消散水平且持续时间较长。

（3）道路区二次深层处理先铺设砂垫层，插板深度达20.0 m，卸载停泵时地表沉降无卸荷反弹现象，孔隙水压力仅距地表5.0 m 以内的2 支孔隙水压力计有所反弹，其中第一支孔隙水压力（砂垫层下1.0 m）计最为突出。

5 结 论

根据上述分析，可以得出以下结论：

（1）试验区浅层真空预压处理卸荷时地表沉降、埋深1.5 m 和3.0 m 孔隙水压力消散反弹比占-4.8%、-40.8%、-5.9%，后期吸水反弹比达-7.9%、-73.1%、-26.0%。其中后期吸水反弹比例较为突出，表明真空预压卸载后软土吸水反弹危害大，预压卸载后应避免场地覆水。

（2）试验区排水晾晒后地表沉降增加141.0 mm，沉降比21.9%，埋深1.5 m 和3.0 m 孔隙水压力消散增加22%、13%，表明真空预压工后掀膜晾晒排水效果可观，预压卸载后应加强场地掀膜排水晾晒。

（3）地表沉降卸荷反弹随真空预压处理时间增加表现更明显，孔隙水压力消散随着真空预压消失均迅速反弹，但预压后期停泵孔隙水压力难以恢复至原消散水平且恢复时间较长，表明预压后期应避免停泵、大面真空预压损失等现象，保证预压效果。