真空预压法在沿海软基加固中应用与分析——以福州沿海某工业园区软基加固工程为例

郭尧顺

(福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

随着现代工业发展，各类大规模的工业园区在全国各地落地生根。为解决园区的用地问题，在沿海一带常是围海造陆用于园区的建设，往往在该类园区内分布有大厚度的饱和软土层。该类软土层一般呈流塑状态，自身天然含水量大，压缩性高，承载力低，且具有透水性差、排水固结慢的特点。在上部荷载及软土自重的持续作用下，该类软土层将会长期缓慢地固结沉降，导致园区路面、地面、地下管网在工后相当长时间持续沉降破坏，势必影响园区正常作业，甚至会因地下管网破裂而导致有毒化工产品泄漏，造成重大中毒及爆炸安全事故。

真空预压法作为一种重要的软基加固方法，在我国得到了推广应用。本文以福州沿海某工业园区的软土地基加固工程作为工程实例，从方案布置及固结度、沉降变形量验算等方面，分析探讨了真空预压法在沿海软土地基加固中的应用，并得到现场监测、检测数据的验证，以求能给相类似的软基加固工程提供参考与借鉴。

1 工程实例

1.1 工程概况

工程场地位于福州福清市某工业园区内，占地面积约54.4万m2(约合816亩)，拟建设MDI、甲醛、ODC盐酸电解等化工生产装置及配套的辅助设施、公用工程等。场地原为滨海潮间地带，后期人工围海造陆形成陆域，表层填砂层之下分布有典型的海相沉积软土层(②淤泥质土层)，今后场地尚需回填土约2.5m高。为解决场地地基沉降变形及承载力问题，该工程在建设前选择真空预压法对填砂层下的软基土层(②淤泥质土层)进行预压排水固结加固处理。

根据场地条件及周边环境，该地基加固处理范围为该工程用地红线向内退让约20m～30m的所有区域，拟处理总面积约48万m2，内退未处理区域根据用地功能另行进行软基处理。为满足项目分区交工及规范[1-2]要求，该工程场地共分为A、B、C、D、E…等15个加固区，每个加固区面积控制在2～4万m2之内。

为便于阐述，本文选择其中具代表性的D加固区为工程实例。D加固区为一块约192m×189m方形地块，占地面积约3.63万m2，现地面标高约3m，地面较平坦，后期尚需回填高约2.5m至设计地面标高。场地岩土层自上而下主要为：①回填中砂层，呈松散状态，平均厚度约2.5m，回填时间约8年；②淤泥质土层，呈流塑状，为高压缩性的软弱土层，平均厚度约15.0m；③圆砾层，呈稍密～中密状，平均厚度约5.0m，其下卧层为风化岩层。各岩土层相关参数如表1所示。

表1 岩土层相关参数

1.2 软基加固设计

拟加固的②淤泥质土层受到上部前期回填中砂层的荷载作用，利用单向(竖向)渗流固结理论计算其平均固结度已达到96.7%，且依据土工固结试验数据计算其超固结比OCR≈1，故,拟加固的②淤泥质土层可视为正常固结土。

该工程在拟加固的②淤泥质土层中布设SPB-C型塑料排水带作为竖向排水体，加快软土层排水固结。排水带间距按1m×1m正方形排列布设，打设深度按②淤泥质土层的层底标高向上0.5m控制，不穿透②淤泥质土层。

利用场地表层①回填中砂层作为水平排水垫层。加固区周边的密封措施采用淤泥搅拌桩密封墙及密封沟，沿加固区边界设置，结合密封膜将加固区连成一连续的密封体。淤泥搅拌桩布置两排，横纵向互相搭接200mm，施工深度至嵌入②淤泥质土层不少于2m。

采用射流真空泵作为真空抽气设备，按每台设备可抽真空面积1000m2考虑，沿加固区四周均匀布置，共布置36台真空泵。滤管按主管30m间距、支管5m间距布置。密封膜上覆水深度1m，膜下真空度要求达到86.7kPa以上。试抽真空恒定后进入正式抽真空阶段，膜下真空度达到设计要求之日作为加载计时起点，加载过程视为瞬时加载。

真空预压卸载须满足以下条件：(1)满载预压时间达到90d以上；(2)实测的平均沉降速率连续5d小于2mm/d；(3)按实测沉降曲线推算的软土固结度达到90%以上。另外，加固后的②淤泥质土层承载力特征值需达到80kPa以上。

软基加固设计方案布置如图1～图2所示。

图1 断面布置示意图

图2 真空泵及滤管平面布置示意图

1.3 固结度验算

1.4 沉降变形量估算

2 现场监测分析

为了对软基加固施工过程进行全程监控，确保工程质量和安全，D加固区预压过程对膜下真空度、地基变形(表层沉降、分层沉降、侧向位移)、孔隙水压力、地下水位以及加固区周边建构筑物等进行监测，监测周期至软基加固达到要求并卸载后。该工程D加固区满载预压总时长95d。

2.1 膜下真空度监测

D加固区共均匀布置8个膜下真空度监测点，每3h观测1次，全程监测到的膜下真空度范围值为86.9kPa～99.0kPa，平均值92.8kPa，满足膜下真空度需达到86.7kPa以上的要求。

2.2 表层沉降监测

D加固区共均匀布置45个表层沉降监测点。经分析45个监测点的沉降数据，表层沉降量范围值701mm～929mm，平均沉降量820mm。整体而言，固结沉降较大的监测点相对位于加固区的中部一带，越往加固区边缘，沉降呈逐步减少趋势，沉降较小的监测点相对位于加固区边缘一带，说明加固区边缘的加固效果不如中部。究其因主要是由于加固区边缘一带的真空度会向加固区外部扩散而影响到加固效果的缘故。

以最大沉降量、最小沉降量监测点的沉降数据和45个监测点的平均沉降数据，绘制表层沉降时间-沉降量曲线图，如图3所示。根据时间-沉降量曲线图，t135d、t265d、t395d的平均沉降量分别为s1619mm、s2755mm、s3820mm，依据公式：

图3 表层沉降时间-沉降量曲线图

2.3 分层沉降监测

D加固区共均匀布置3组分层沉降监测点，各监测点在②淤泥质土层面以下1m、3m、5.5m、8.5m、11.5m、14.5m、17.5m深度处分别埋设沉降磁环。根据3组沉降监测点同一深度的平均沉降量数据，绘制时间-沉降量曲线图，如图4所示。经测算分析，整体相对而言，土层表部单位厚度土体的固结沉降量较大，随着土层深度的增加，其单位厚度土体的固结沉降量在逐步减少，说明随着土层深度的增加加固效果逐步减弱。采用双曲线法推算的土层平均固结度为90.8%～93.9%，大于90%，符合预压卸载标准，且满足设计对固结度的要求。

图4 分层沉降时间-沉降量曲线图

2.4 孔隙水压力监测

2.5 地下水位、侧向位移及周边建构筑物变形监测

在D加固区距压膜沟外边缘1.0～1.5m处，共布置5个地下水位监测点和5个侧向位移监测点，在周边已有建构筑物上共布置6个变形监测点。根据监测数据，预压期的地下水位变化幅度533～678mm，场地侧向位移量0～91.6mm，周边已有建构筑物竖向沉降变形量0～3.2mm、水平位移变形量0～3.4mm，均未见明显异常的现象，符合预期。

3 加固效果检测分析

真空预压前后，对D加固区分别进行静力触探试验、十字板剪切试验及钻孔取土试验等检测项目，检测软基加固效果，并进行预压前后对比分析。试验检测点按间距80m～100m网格状布置，共布置9个静力触探试验点、9个十字板剪切试验点和9个钻孔取土点，前后两次检测位置相距约1.0m，取样及试验深度为加固深度范围内。

预压前检测在打设排水带之前进行，预压后检测在卸载14d之后进行。预压加固前后的②淤泥质土层主要物理力学性质指标如表2所示。对比可知，预压加固后的②淤泥质土层物理指标和力学指标均得到很大程度改善，土层承载力特征值从60kPa增长到84kPa，表明软基加固效果明显，达到了预期效果，且满足设计要求。

表2 加固效果对比表

4 结论

(1)该工程采用真空预压法对场地内的软基土层(②淤泥质土层)进行预压排水固结加固处理，依据多种监测、检测数据综合分析，实测沉降量以及推算的沉降量、固结度均与理论计算值相近，未见明显异常现象，符合预期，且加固处理后的软基土层(②淤泥质土层)物理指标及力学指标均得到很大程度的改善，表明软基加固效果明显，技术上可行，且满足规范[1-2]及设计要求。

(2)真空预压法加载时不存在超载的地基稳定问题，可瞬时加载，相对堆载预压法而言可大大缩短超载预压时间，缩短工期，且避免了堆载料取土对环境的破坏及扬尘污染等问题，也不存在预压后超载部分的弃土问题。真空预压法具有能耗小、造价低、无噪音、无污染等诸多特点，尤其类似该工程这种大面积、大厚度的软基加固处理，产生的社会效益和经济效益就更为明显。

(3)真空预压加固区中部的加固效果相对好于加固区边缘，且加固效果随土层深度的增加逐步减弱。在大型大面积的真空预压加固区分块应尽可能大且呈方形，面积以2～4万m2为宜，不仅方便施工加快工程进度，也有利于消除软基更多的固结沉降量。

(4)由于软基处理属于隐蔽性工程，在施工中应采用科学的监测、检测方法，信息化施工，以保证施工质量及加固效果。