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真空预压处理珠三角大面积软土的监测及效果分析

【摘要】:
以东莞某港口工程大面积滩涂软土软基处理为实例,基于现场监测和检测数据,总结了真空预压的变形和孔压变化规律,分析了加固效果,为类似工程提供借鉴。  关键词:真空预压;珠三角;港口工程;监测;加固效果  1引言  珠江三角洲软土属第四纪沉积物,主要是在珠江口受内海岸浪流及潮汐水动力作用逐渐冲积或洪积而成。土层多为含水量高的淤泥、淤泥质粘土、泥炭、粉土及粉细砂等。具有孔隙率大、承载力低、受荷后变形大、时

 以东莞某港口工程大面积滩涂软土软基处理为实例,基于现场监测和检测数据,总结了真空预压的变形和孔压变化规律,分析了加固效果,为类似工程提供借鉴。

  关键词:真空预压;珠三角;港口工程;监测;加固效果

  1 引言

  珠江三角洲软土属第四纪沉积物,主要是在珠江口受内海岸浪流及潮汐水动力作用逐渐冲积或洪积而成。土层多为含水量高的淤泥、淤泥质粘土、泥炭、粉土及粉细砂等。具有孔隙率大、承载力低、受荷后变形大、时间效应明显等特性。目前,真空预压作为一种常规地基处理工艺已得到了广泛的应用。本文介绍真空预压在珠江三角洲大面积滩涂地区软基处理中的应用,分析总结了现场监测、检测数据,为该技术在该地区的应用提供参考。

  2 工程概况

  2.1 地质条件

  工程区域土层由第四纪淤积和冲积土、表层吹填的粉质粘土和吹填的淤泥质土构成,具有沉积历史短、压缩性高、不均匀、欠固结的特点。根据真空预压前钻孔资料,主要软土层分布如下:①表层吹填土:主要由粉质粘土组成,局部混有角砾,该土层由航道开挖吹填形成,厚度2.2~7.4m。②1淤泥:饱和,流塑,局部混少量粉砂。区域内普遍分布,层厚1.1~13.40m,平均层厚6.24m; ②2淤泥混砂:饱和,流~软塑,含少量腐植物,局部夹粉细砂或薄层中砂。区域内普遍揭示,层厚0.7~8.20m,平均层厚3.16m;③1淤泥质粉质粘土:饱和,软塑,局部夹薄层黑色腐殖质,层厚1.40~7.80m,平均层厚为3.11m。

  表1 软土层主要物理力学指标表

  

  2.2 地基处理方案

  东莞某港口工程,后方陆域真空预压总面积约33.45万m2,分为11个区块,每个区块面积3~4万m2。场地吹填疏浚土(主要为港池、航道疏浚全风化岩)至标高4.5m,晾晒沥干后,铺设中粗砂垫层60cm厚,打设塑料排水板,正方形布置,间距1.2m。打设黏土密封墙,埋设真空滤管,铺设密封膜,设置抽真空设备。抽真空,膜下真空度达到80kPa。要求固结度不小于90%,卸载后进行振动碾压,交工标高+3.77m。

  3 监测数据分析

  本工程共分为11个真空预压区,选择2个代表性区域进行分析。

  3.1 表层沉降

  图2 A1区沉降量随时间变化曲线

  

  图3 B1区沉降量随时间变化曲线

  通过实测资料分析和固结度计算,经过90~100天的真空预压处理,加固区土体固结明显,各区均达到固结度不小于90%的预期效果。曲线总体趋势为由陡变缓,最后趋向水平,符合固结变形一般规律。

  上图沉降零点为抽真空起始时间点,在插板至开始抽真空期间,软土层沉降量不可忽视,达到了总沉降量的20%~30%。

  3.2 分层沉降

  

  图4 A1区分层沉降随时间变化曲线

  

  图5 B1区分层沉降随时间变化曲线

  

  图6 A1区分层沉降随深度变化曲线 图7 B1区分层沉降随深度变化曲线

  由图4、图5可见,不同深度段土体沉降规律与表层沉降变化规律一致,且各深度段曲线变化趋势也大致相同。

  由图6、图7可见,曲线下部较陡,上部较缓。这说明下卧淤泥质黏土压缩性较小,沉降比例较上部淤泥层小,且由于真空度沿深度的衰减,导致预压荷载减小所致。

  A1区分层沉降标分层沉降总和为1028mm,邻近的A1-6和A1-7表层沉降标平均沉降为813mm。B1区分层沉降标分层沉降总和为1096mm,邻近的B1-8表层沉降标919mm。监测数据显示分层沉降总和均大于表层沉降量,分析原因主要有:①监测位置不同,对应土体沉降量不同;②分层沉降标需钻孔埋设仪器,钻孔对周边土体扰动较大,导致分层沉降标位置沉降量偏大。

  3.3 孔隙水压力

  

  图8 A1区实测孔隙水压力值随时间变化曲线

  

  图9 B1区实测孔隙水压力值随时间变化曲线

  由图8、图9可见,真空预压不同于堆载预压,随着抽真空的进行,孔隙水压力逐渐降低,表层孔压出现负值,土体中孔隙水则在负压的作用下,通过竖向排水通道排出,土体逐渐固结。抽真空约1周左右,曲线趋向于水平,表明真空度已达到恒定状态,且膜下真空度达80kPa以上,达到设计预期效果。

  从不同深度孔隙水压力推算真空度,测点1~测点6埋深高程分别为+4.3m,+2.1m,-0.4m,-2.9m,-5.4m,-8.4m,A1区真空度分别为80kpa,79kpa,68kpa,65kpa,63kpa,50kpa,B1区真空度分别为85kpa,72kpa,78kpa,78kpa,70kpa,70kpa。这说明地基中真空度总体上沿深度方向呈衰减趋势。且可判断,本工程真空预压有效加固深度可达到13m以上。

  3.4 地下水位

  

  图10 A1区水位标高变化过程线 图11 B1区水位标高变化过程线

  由图10、图11可见,随着抽真空的进行,地下水位缓慢下降,平均降深约1m,随着地下水不断排出,土体自重增加,预压荷载增大,有利于消除工后沉降。地下水位变化趋势与孔压曲线基本一致,两者具有密切相关性。

  4 加固效果分析

  4.1 加固前后土体物理力学指标对比

  淤泥、淤泥质土加固前后的主要物理力学指标对比表如下:

  表2 加固前后土体主要物理力学指标对比表

  加固前后对比土层名称含水量w(%)孔隙比

  e质量密度

  ρ(g/cm3)压缩模量

  (MPa)直接快剪

  粘聚力(kPa)摩擦角(度)

  加固前淤泥70.61.941.562.094.78.2

  加固后61.21.621.6352.323.215.8

  平均值增减-13.32%-16.5%4.8%+11%-31.9%+92.7%

  加固前淤泥质土50.51.411.662.8103.3

  加固后46.51.241.7423.03.618

  平均值增减-7.9%-12.1%4.9%+7.2%-64%+445%

  由上表可见,加固后土体含水量和孔隙比均有一定程度的降低。真空预压后,土体粘聚力有所下降,摩擦角有较大增长。总体上土体抗剪强度有较大提高。

  4.2 加固前后土体十字板指标对比

  加固前后土体十字板强度沿深度变化曲线见下图:

  

 

  图12 十字板强度沿深度变化对比图

  由上图可见,真空预压后,土体强度均有较大增长。由于上部主要为全风化泥质岩吹填土,呈松散饱和状态,加固前强度很低,但加固后强度增加较快。

  5 结语

  (1)对于珠江三角洲滩涂软土,抽真空约1周可使膜下真空度达80~85kpa,抽真空90~100d后固结度可达90%,真空预压有效加固深度可达到13m以上;

  (2)插板期间软土层沉降量不可忽视,约占总沉降量的20%~30%;

  (3)随着抽真空的进行,各深度位置孔隙水压力逐渐降低,表层孔压出现负值;地基中真空度沿深度方向呈衰减趋势;

  (4)预压后土体含水量和孔隙比均有一定程度的降低。土体粘聚力有所下降,摩擦角有较大增长,总体上土体抗剪强度有所增长。