陈智军，诸葛爱军，李茂记，张国梁

(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)



长、短排水板相结合在真空预压中的应用

陈智军，诸葛爱军，李茂记，张国梁

(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)

摘要：本文以天津临港经济区某地基处理工程为实例，介绍了处理软土地基施工过程中排水板打设采用长、短板相结合的施工工艺，并对采用该工艺所起到的加固效果进行了分析。认为采用该方法不仅能够节省造价，缩短工期，还能有效地改善场地地质条件，增强土体的抗剪强度，特别是对新吹填层土体的加固效果明显。排水板长、短板打设相结合的施工方法在天津临港经济区真空预压中的成功应用，对于其他地区的类似工程具有指导意义。

关键词：真空预压；长、短板；孔隙水压力；土体抗剪强度；土工物理力学指标

引 言

对淤泥质土进行地基处理传统工艺是真空预压法[1,2]。天津地区越来越多的地基加固工程，真空预压加固达到设计满载计时时，地表沉降速率或平均固结度不能满足设计卸载要求，需要延长满载计时时间30~40 d，为解决该问题我们做了大量实地调研和分析，并提出了长、短排水板相结合的真空预压地基处理方法，希望为相似工程提供借鉴。

1 原因分析

天津港大部分地基加固工程为围海造陆，新近吹填完成的待加固地基。随着围海造陆向商业用地的迅速转换及吹填造陆向较深海域发展，吹填土厚度大且来不及充分晾晒就进行地基加固。这些地基主要由新吹填土层和原泥面以下海相沉积土层两部分组成。新吹填土属于淤泥或淤泥质土，厚度5~8 m，颗粒细，含水率高，吹填完成后的沉积时间为几个月或一到两年，加固困难；原泥面以下13 m左右地基土主要为全新统海相沉积土质，经过长时间的沉积，含水率较低，结构性好，但仍然属于欠固结地基，需要进行真空预压加固。

在真空预压加固过程中，新吹填土与原海相层排水板间距相同。根据我们监测的实际资料[3]计算，新吹填土层在满载时间达到设计要求天数时，未能满足固结度要求，土层压缩速率仍然较大，需要延长抽真空时间；而原海相层土则超过设计固结度要求，固结时间有富余。工程整体工期延长。

2 解决方法

为了解决该问题，我们在天津临港经济区尝试长、短板结合新工艺，即根据原泥面以下地基土的土性参数进行原泥面以下土层排水板间距设计，然后根据吹填土层土性参数进行吹填土排水板间距设计。以原泥面以下土层设计的排水板间距作为长板的排水板间距，根据吹填土层设计的排水板间距，在长板中间插短排水板，短板的插入深度为吹填土层厚度。该方法能够有效缩短吹填土层的固结时间，解决了原泥面以上吹填土层固结时间延长的问题；同时也解决了原泥面以下所需固结时间有富余的问题，还可以有效提高吹填土层的加固效果。下面以天津临港经济区某地基处理工程为例，介绍这种新工艺的设计施工概况及加固效果。

3 现场应用

3.1 工程概况

天津临港经济区某软基加固工程总处理面积约22万m2，本工程共有8个软基加固区。工程吹填土厚度5~8 m，主要为淤泥和淤泥质土，沉积历史较短，含水率高，压缩性大。原泥面以下10 m左右为欠固结土层，主要为淤泥、淤泥质土和汾质粘土。加固前土工试验资料汇总见表1。

表1 加固前土工试验资料

3.2 设计资料

在吹填区域表面铺设一层编织布，再在编织布上人工铺设两层竹芭和一层短纤土工布，并在此工作垫层上铺设排水砂垫层50 cm。机械打设排水板，打设排水板采用长、短板排水板布置方式，长板间距90 cm，正方形布置，打设深度至底高程-12.0 m，在每四根长板的形心位置插一根短板，吹填土层实际排水板间距64 cm，短板打设深度至底高程0.0 m。每一排排水板附近铺设一根通长滤管，排水板绑扎在滤管上；长、短版打设工艺断面如图1所示。

卸载标准：1）按现场实测沉降曲线推算，得出的综合固结度大于85 %；2）卸载前5天，平均每天产生地表沉降不大于2.0 mm；3）有效抽真空计时天数为110天。

3.3 排水板长、短板打设施工

排水砂垫层验收完成后，采用陆地打板机施打塑料排水板。塑料排水板呈正方形布置，间距均为90 cm，长板打至底高程-12 m，短板打设至底高程0.0 m。长、短排水板打设同时进行施工，即进行一排长板的打设施工，再在其相邻一排进行短板的打设施工，短板位于四根长板的中心位置。打设塑料排水板前后均需对加固区地表高程进行采集，用以计算排水板打设过程中发生的沉降。

图1 地基处理断面

打设塑料排水板采用轻型门架式打设机，施工严格遵守规程的要求，并按以下施工步骤进行实施：放样→定位→塑料排水板打设→切割塑料排水板→移机→验收→测量→排水。

3.4 加固效果分析

为及时掌握施工过程中采用排水板长、短板相结合这种新工艺所能得到的加固效果，我们在真空预压加固前后及其过程中进行了监测和现场检测的工作，这其中包括现场钻孔取土及室内土工试验和十字板剪切试验，地表沉降及孔隙水压力等现场监测项目，根据监测及检测报告[6]，试验数据统计、分析如下。

3.4.1 地表沉降及固结度计算

加固区域原地基土在加固前都处于欠固结状态，随着排水板的打设，土颗粒之间的排水间距被缩短，地基土会在其自重荷载的作用下，产生了一定的地表沉降，此地表沉降为排水板打设期间的地表沉降。加固区施工过程中的总沉降为排水板打设期间的地表沉降与预压期间沉降量之和，加固区实测地表沉降量以及综合固结度值（双曲线法）[4]详细情况见表2。

表2 综合固结度及沉降

由表2可以看出，各加固区在有效加固时间达到110天的情况下，加固期间沉降量为1 378~ 2 064 mm，真空区卸载时按现场实测沉降曲线推算，得出的综合固结度大于85 %，并且卸载前5天，平均每天产生地表沉降不大于2.0 mm，各区均满足设计提出的卸载要求。

3.4.2 孔隙水压力变化

图2 8区真空预压期间孔隙水压力～时间关系变化曲线

真空预压加固的原理是使加固区域中地基土内的孔隙水不断向外排出，使地基土发生固结，进而达到改善土性，加固地基的过程，根据监测数据，并且以8区为实例，绘制该区的孔隙水压力～时间关系变化曲线及孔隙水压力累计消散值如图2和表3所示。

表3 8区孔压累计消散值

根据表3数据分析可知，真空预压抽真空进行前，地基土内孔隙水压力明显大于埋设测头位置的静水压力，可以看出地基土内存在超静水压力，原加固地基处于欠固结状态。真空预压过程中，地基土内的孔隙水压力产生了较大的消散，使得加固效果明显。

3.4.3 土质变化

真空预压加固前后监测单位均在现场进行了取原状土工作，并对取出的土样进行室内土工试验；以8区为例，为了对加固效果做出评价，我们对每个加固小区加固前后的土工试验数据进行对比，现以8区为例，该加固小区加固前后的数据变化见表4。

表4 加固前后8区的土工试验数据对比

根据表4可知，8区主要的加固土层土体含水率及孔隙比降低明显，压缩模量、粘聚力及内摩擦角增加较大，采用长、短板相结合的新工艺在真空预压中加固效果显著。

3.4.4 十字板剪切试验

真空预压加固前后，每个加固区均进行了18 m深的现场十字板剪切试验工作，通过对各个加固区的加固前后十字板抗剪强度进行对比发现，各加固土层的十字板抗剪强度增幅都比较明显。以8区的现场十字板剪切试验为例，该区的真空预压前后的十字板抗剪强度值变化见图3。

4 新工艺与临近工程传统工艺对比

临近工程设计采用的是传统打设深板的工艺，该工程吹填土厚度为4.0~6.0 m，并且塑料排水板只打设深板，塑料排水板打设底高程为-12 m，打设间距为0.8 m。现将采用新工艺和传统工艺排水板打设施工的两个工程的各个指标进行对比，对比指标见表5。

图3 真空预压前后8区的十字板抗剪强度～深度曲线

表5 塑料排水板新、传统工艺指标对比

由表5可以看出，排水板打设间距新工艺较传统工艺在新吹填土层缩短：0.8-0.64=0.16 m，在原海相层增加：0.9-0.8=0.1 m；新工艺较传统工艺在每平米地基多打设排水板0.6 m，本工程增加费用：0.6 m/m2×220 000 m2×2.5元/m=33万元；新工艺较传统工艺减少约30天的抽真空天数，每1 000 m2布设一台7.5 kW的泵，电费按1.2元/（kW·h）计算，30天共节省费用：220 000/1 000× 7.5×24×30×1.2=142.56万元；本工程共节省费用：142.56-33=109.56万元。通过吹填层十字板抗剪强度比较可知，新工艺较传统工艺对吹填土层加固效果好，土体强度得到了提高。

5 结 论

1）采用排水板长、短板相结合这种工艺，在加固期间使得浅层土体各物理力学指标变化显著，并且加固土体在真空预压施工过程中产生了较大沉降，根据真空预压卸载后的数据可知，卸载时按现场实测沉降曲线推算，得出的综合固结度大于85 %，并且卸载前5天，平均每天产生地表沉降不大于2.0 mm，满足设计提出的卸载要求。

2）采用排水板长、短板相结合这种工艺，多打设少量的排水板，缩短了新吹填土层土体的排水路径，减少了新吹填层土体的固结时间，从而使软基处理区域满足卸载要求的前提下，不出现延期抽气的现象。

3）采用排水板长、短板相结合这种工艺，能够使地基浅层土体的抗剪强度得到明显提高，特别是对于沉积历史较短的浅层土体加固效果明显。

4）采用排水板长、短板相结合这种工艺，降低了工程造价，保证了工期。因此排水板长、短板相结合新工艺的成功应用为其他相似工程起到了指导和借鉴的作用。

参考文献：

[1] 赵培生. 塑料排水板在天津港工程建设中的应用[J].水道港口，2003.

[2] 叶柏荣. 真空预压法加固法的发展及工程实录[J].地基处理，1995.

[3] 陈智军. 天津临港工业区二期T2区二标段真空预压地基处理工程监测（检测）报告[R].天津港湾工程质量检测中心有限公司, 2011, 4.

[4] JTS 147-2-2009真空预压加固软土地基技术规程[S]. 2009, 6.

[5] 刘怀远, 李积平. 软土地基处理技术[M]. 中国交通建设集团，2006, 3.

[6] 陈智军. 天津临港经济区某工程监测（检测）报告[R].天津港湾工程质量检测中心有限公司, 2013, 6.

[7] 中华人民共和国交通运输部. JTS147-1-2010港口工程地基规范[S].

Combination of Long and Short Draining Boards Applied in Vacuum Preloading Project

Chen Zhijun, Zhuge Aijun, Li Maoji, Zhang Guoliang
(Transport Industry Key Laboratory of Port Geotechnical Engineering & Tianjin Key Laboratory of Port Geotechnical Engineering, Tianjin Port Engineering Institute Co., Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

Abstract:Based on one foundation improvement project of Tianjin port economic zone, an introduction has been given to the construction technologies of applying long and short draining boards in soft base improvement, and its reinforcing effect has been analyzed. This analysis results show that the above method can reduces the project cost, shorten the construction period, effectively improve local geological conditions, and increase the shear strength of soil body. In addition, the method is of remarkable reinforcing effect on new dredger-filled soil layer. The combination of long and short draining boards is applied successfully in soft base improvement, which serves as a significant guidance for other similar projects.

Key words:vacuum preloading; long and short draining boards; pore water pressure; shearing strength of soil body; geotechnical physics and mechanics indices

作者简介：陈智军（1986-），男，工程师，主要从事岩土工程监测、检测以及科研等方面的工作。

收稿日期：2015-03-04

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160120

中图分类号：TU472.3+3

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0085-05