临近真空预压加固区边界的海堤路基防护技术研究

中交四航局广州南沙工程有限公司，广东 广州 510230

随着沿海城市的经济发展，港口、机场等用地日趋紧张，填海造陆已成为一种重要的土地扩张方式。真空预压法作为新一代软基加固方法，因加固效果好、工期短、施工安全、工程造价低、无环境污染等优点而广泛应用于填海造陆工程的软基处理中，但真空预压也会对周边地基变形产生影响。若地基变形过大，会危及上部结构物的安全，造成路面开裂、管道断裂、墙体拉裂倒塌、路堤被毁等重大工程事故。

珠海某工程为新吹填超软弱土和原状深厚软土地质条件下的软土地基处理工程，根据真空预压固结沉降理论计算，地基处理后地基沉降量将达到2m左右，真空预压加固区外土体会发生朝向加固区的位移及不均匀沉降。临近加固区一侧为新建海堤路基，为防止海堤路基发生拉裂或塌陷，在加固区外一定范围内插设竖向排水板，并对防护效果进行了监测试验研究。在真空预压加固过程中，海堤路基土体稳定，没有出现明显破坏性的不均匀沉降及位移。通过对土体的孔隙水压力、地下水位、深层土体侧向位移情况的监测分析可得出抽真空对周边土体影响的规律性特征，可知真空预压加固区外插设竖向排水板可有效减弱抽真空对海堤路基土体的不利影响。

1 插排水板减少抽真空影响的机理

1.1 真空预压对加固区外作用的机理

（1）真空预压属于负压排水固结，利用抽真空的方法，使土体中形成一个局部的负压源，在总应力不变的情况下，通过降低土体中的孔隙水压力而使孔隙水排出，然后通过增加有效应力来压密土体。因此，真空预压固结过程中不仅产生垂直沉降，侧向也会产生向着负压源的位移。

（2）由于加固区边界与外界无法做到完全封闭隔离，在抽真空传递效应下，加固区外土体也会发生朝向加固区的侧向位移；同时，抽真空导致周边土体孔隙水压力降低，地下水位下降，形成降水预压作用，地基产生固结而发生不均匀沉降[1]。

1.2 插排水板对减少抽真空影响的机理

抽真空前，在真空预压加固区外一定范围内的土体中插设竖向塑料排水板，通过竖向排水，提前释放土体中的应力，改变土体排水条件，降低孔隙水压，加速土体自然固结，使土体侧向压力系数降低、土体变形模量增加，提高土体刚度及抵抗真空预压引起的侧向变形。同时，排水板使土体内部与大气连通，能削弱真空度在土体中的增长，减少抽真空负压作用。

2 试验工况及监测布置

2.1 试验工况

监测试验选择在真空预压加固2区外地基进行，2区上部土层为新近吹填超软弱土，层厚8.4～13.7m；下部为原状深厚软土。2区加固区北侧为纳泥区，土质条件与2区相似，为未加固软土区。2区加固区西侧15m范围内为C区，即插板固结区，C区地质条件与2区一致。距离C区西侧边界7～8m为海堤路基顶面，该范围地基上部1～2m为石渣、杂填块石，下部土体地质条件不明。

2.2 试验监测仪器布置

该试验监测分2组，即第1组在2区加固区北侧，第2组在2区加固区西侧。试验监测包括孔隙水压力、水位、深层测斜。

3 监测结果

3.1 对周边未加固地基的影响

（1）孔隙水压力监测分析。在该项目中，15m以上土层孔压降随深度自下而上逐渐减小，这是因为密封沟的密封作用阻碍了真空度的侧向传递。真空度主要从密封沟以下深度向加固区外侧土体传递，由于加固区外土层无密封措施，且传递过程中发生真空度沿程损失，负压衰减，使孔压降自下而上逐渐减小。而且同深度孔压降随着与加固区边界距离的增加而迅速减少，这说明真空传达有沿程损失，加固边界外某一距离的土层中存在“0”真空度点。将各深度孔压降与加固区边界距离关系的回归趋势线延长，可得到深度为3m、9m、15m处土体的孔压降衰减至0的水平距离分别为22.08m、26.86m、28.21m。

（2）地下水位监测分析。地下水位降与真空预压边界距离的关系曲线如图1所示。北侧监测点共埋设3根水位管，水位管埋深为10m，由图1可知，水位降随着与加固区边界距离的增加而迅速减小，成线性衰减趋势，将回归趋势线延长可得到水位降减小至0时的水平距离约为27.77m，这与9m深处孔压降关系曲线推算的影响距离基本一致。

图1 地下水位降与真空预压边界距离的关系曲线

（3）深层土体侧向位移监测分析。北侧监测点共埋设2根测斜管，加固区外土体，距地表越近的土体侧向位移越大，侧向位移随着土体深度的增加而减少，且存在一个临界深度，当土体深度超过该深度后，土体侧向位移迅速衰减[2]。北侧试验观测土体侧向位移的临界深度约为17～18m，与该区排水板插设深度一致，但在18～20m时，仍有少量侧向位移，说明真空度影响深度大于排水板打设深度。

同时，距离真空预压加固边界越远，同深度土体侧向位移越小，说明抽真空对加固区外土体的侧向位移有影响，随着与加固区距离的增加而衰减，且侧向位移衰减速度由真空负压的衰减速度决定。试验测点距地表0.5m深处的侧向位移线性衰减速率约为13.26mm/m，由此推算土体侧向位移影响范围约为35.7m。

3.2 对周边已插竖向排水板固结地基的影响

（1）孔隙水压力分析。抽真空对插板固结区孔压降的影响关系与北侧未加固区监测结果一致[3]。15m以上土层孔压降随深度自下而上逐渐减小，同深度孔压降随真空预压边界距离增加而迅速减少。将各深度孔压降与加固区边界距离关系的回归趋势线延长，可得到深度为3m、9m、15m处土体的孔压降衰减至0的水平距离分别为16.07m、17.98m、21.42m。

在水平方向上，距加固边界2m处，插板固结区孔压降与未加固区孔压降相比减少了38.2%～47.7%，距离5m处同比减少了39.1%～51.4%，距离15m处同比减少了44.4%～ 59.2%。

（2）地下水位分析。插板固结区水位降随着与加固边界距离的增加而迅速减小，成线性衰减趋势，由回归趋势线延长可得到，水位降减小至0时的水平距离约为19.28m，这与9m深处孔压降关系曲线推算的影响距离基本一致。对比2组试验监测结果可知，在距加固边界同等距离条件下，插板固结区水位降约为未加固区水位降的20.05%～ 42.64%。

（3）深层侧向位移分析。抽真空对插板固结区土体侧向位移的影响关系与北侧未加固区监测结果一样。距离加固边界越远，同深度土体侧向位移越小，插板固结区2处测点距地表0.5m深处侧向位移的线性衰减速率约为9.6mm/m，由此推算土体侧向位移影响范围约为28.04m。插板固结区土体侧向位移的临界深度约为18～19m。

另外，在距加固边界同等距离、深度条件下，插板固结区土体侧向位移比北侧未加固区明显较小。在深度为0.5m处土层中，距加固区边界2m时，插板固结区土体侧向位移约为未加固区土体侧向位移的55.88%；距离15m时，插板固结区土体侧向位移约为未加固区土体侧向位移的45.53%。

4 结论

文章结合工程实例，借助试验监测，得到以下结论：

（1）真空预压加固区外地基孔压降随深度自下而上逐渐减小，同深度孔压降随与加固边界距离的增加而迅速减少。同时，在一定深度范围内，孔压降水平影响范围随深度的增加而增大。

（2）真空预压加固区外地基水位降随着与加固边界距离的增加而迅速减小，成线性衰减趋势。

（3）真空预压加固区外土体侧向位移随深度的增加而减小，距地表越近位移越大，且存在一个临界深度，当土体深度超过该深度后，土体侧向位移迅速衰减。同时，土体的侧向位移随着与加固区距离的增加而衰减，且衰减速度由真空负压的衰减速度决定。

（4）在真空预压加固区外一定范围内插设竖向排水板，在加速土体自然固结、提高土体强度的同时，使加固区外土体内部与大气连通，有效减弱真空度在土体中的增长，减小由抽真空导致的土体侧向张拉应力，减小孔压降及地下水位下降，从而有效抑制加固区外土体的侧向位移及不均匀沉降，对海堤路基起到了较好的防护作用。