王亚东 曾芳金 * 王 军 符洪涛 赵 森

(1.江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西 赣州 341000;2.温州大学建筑与土木工程学院，浙江 温州 325035;3.温州大学浙江省软弱土地基与海涂围垦工程技术重点实验室，浙江 温州 325035)

0 引言

由于国家土地资源的紧缺，围海造地工程日益增多，吹填淤泥的承载力低、孔隙比大、含水率高、压缩性高、透水性差等物理特性使得真空预压法成为处理滩涂淤泥广泛使用的方法，压缩性高、孔隙比大致使其在荷载作用下会产生很大的沉降效果，在真空预压的过程中，土体的总应力不发生改变，土体产生固结，随之超静孔隙水压力得到消散，土体的有效应力相应提高，土体强度快速增加继而满足相应的建设工程需要［1-3］。为减少真空度传递时的损失及更好的加固深层土体而采取的密闭式真空预压技术也取得了很好的处理效果［4］，由于密闭式真空预压抽真空前期土体会发生很大的压缩变形迅速沉降导致排水板存在一定程度上的弯曲，从而致使真空度不能更有效的传递到深层土体以及造成排水通道受阻影响土体的固结［5-8］，苑晓青提出了分级真空预压即逐级施加真空荷载的加固方案并进行了室内模拟试验［9］，武亚军深入探讨了加载方式对软土地基固结影响的细观机理，提出加载方式的快慢对土体的加固有很大的影响并认为慢速加载更有利于土体的加固［10］，但并没有涉及具体的加载数值等级以及寻找加固吹填淤泥最佳加载等级，针对以上问题本次试验即采取真空预压技术按照1 级～4 级不同加载方式对温州瓯飞一期围垦水闸工程滩涂原淤泥土进行加固对比试验，通过试验评价不同加载方式对土体的加固效果，得到最优加载方式，以改善和提高真空预压法加固软土地基效果。

1 试验布置方案

模型试验装置由模型桶、排水体系、真空泵和量测系统组成。该试验采用的是防淤堵板，该真空预压法的排水体系由塑料排水板、手型密封接头和无孔真空管组成;量测系统由安装在模型箱内土样表面的沉降标以及真空表组成。本次试验土样取自瓯飞一期围垦水闸工程滩涂区，土样装填高度均为0.85 m，淤泥土样装入模型桶后，在土样表面铺设一层土工编织布，然后插设塑料排水板;在膜下以及土体20 cm，60 cm 深度处安装真空度探头，用来测量加固过程中土体不同位置的真空度;采用单手板接头将塑料排水板与无孔真空管连接，连接完成后，利用塑料泡沫薄板在土体表面布置一块沉降标，以供试验过程中实时量测土体表面沉降量。最后在横向排水体系表面铺设一层土工布并铺设两层塑料薄膜密封。每个模型桶的排水主管通过气水分离瓶连接于流通总接头，四个气水分离瓶引出的排水软管通过一个六通总接头连接至同一个真空泵。六通总接头每通上都装有真空荷载控制阀门。试验安装完成后，开启真空泵抽真空，检查塑料薄膜密封是否严密，如有漏气现象则采取补漏措施。试验连续抽真空时间预设为14 d。抽真空结束后对土体进行含水率和十字板剪切强度检测。

2 试验结果与分析

2.1 沉降监测结果

试验中均在每个模型桶的土体表层中心位置布置1 个沉降标进行沉降监测。经过沉降监测可以得出，经过了380 h 的真空抽气，二级加载(30 kPa～80 kPa)真空预压工法总沉降量最大为73 mm，四级加载(10 kPa→30 kPa→60 kPa→80 kPa)真空预压工法总沉降量最小为54 mm;真空预压开始抽气后的前2 天，全载和二级加载两种工法均有相对较高的沉降速率19.5 mm/d、平均沉降速率16 mm/d，相比之下三级和四级加载方法的沉降速度要缓慢一些，可见在开始抽真空的前2 天全载的加载方式土体的沉降效果最明显。在之后的330 h 中，全载真空预压工法的沉降速率均趋于稳定且低于48 h 内的速率，二级加载方式的沉降速率呈阶梯状并于抽真空100 h 后逐渐趋于稳定且低于48 h 内的速率，可见二级加载(30 kPa～80 kPa)真空预压工法在减少排水板弯曲的前提下总体沉降稳定且总沉降大于其余真空预压加载方式。

2.2 真空度监测结果

通过监测模型桶膜下及土体以下20 cm，60 cm 深度的真空度得到四种不同分级真空加载方式，对比试验过程中膜下及排水板内不同深度真空度可以得出，四种加载方式的真空预压工法处理过程中每一级加载板内真空度都会明显随着加载等级的变化而变化。在同一个加载等级下，距离土体表面20 cm 深度处板内真空度都要高于土体表面以下60 cm 深度处板内真空度，四级加载在开启真空泵采取第一级10 kPa 加载阶段板中基本上没有真空度，其余三种加载方式在采取第一级加载阶段板中真空度都达到了相应的加载值，相比之下加载第一阶段采用30 kPa 二级加载方式板内的真空度达到最大值的时间是四种加载方式中最少的，在抽真空200 h 加载到80 kPa，板内沿土体深度20 cm 和60 cm 处的真空度也迅速地达到80 kPa 左右并在随后的时间里真空度都相对稳定，且两个深度处的真空度相差很小，说明二级加载方式能减少排水板内真空度沿深度的损失，能使深层的土体得到有效的加固。

2.3 加固后含水率测试结果

试验结束后，对每个模型桶塑料排水板所在位置的垂直方向一侧取土测试含水率，检测点的沿深度分布为:根据真空预压后的土体工后实际深度，检测点位于土体表面、土体中部及土体底部，共3 个检测点。四种不同分级真空加载方式对比试验的工后平均含水率沿土体深度的变化规律:二级加载(30 kPa～80 kPa)真空预压工法处理后土体沿深度的含水率由表层的最小41.61%增加到深层的最大49.25%，比土体初始含水率降低了43%之多，采用全载(80 kPa)处理后土体沿深度的含水率由表层的最小43.75%增加到深层的最大51.68%，三级加载和四级加载处理后土体沿深度的含水率分别为45.25%～53.67%，48%～53.12%，四级加载真空预压工法处理后的地基土含水率均随深度增加呈先减小后增大的趋势，在表层至30 cm 之间的含水率减小速率很小，基本保持不变，而沿着30 cm 处往下土体的平均含水率逐渐增大。其余三种加载方式的真空预压工法处理后的地基土含水率均随深度增加而增大，且基本呈线性增长。在相同深度处，二级加载的土样含水率都要低于其余三种加载方式的土样含水率，因此说明采用二级加载方式可以更有效地排出土体里的水分，更有助于提高土体的加固效果。

2.4 十字板剪切强度测试结果

利用十字板剪切仪分别于四个模型箱土体表层以及距表层40 cm，80 cm 深度处进行十字板剪切强度测试，得到四种不同分级真空加载方式，对比试验的工后十字板剪切强度测试结果可以得出，四种加载方式下的土体十字板抗剪强度均沿深度呈逐渐减小的趋势，二级加载处理后从表层到深层土体抗剪强度都要高于其余三种加载方式，且在土体表层体现的尤为明显，要比其余三种加载方式高出2 kPa～5 kPa，深层土体抗剪强度二级加载方式也要比其余三种高出1 kPa～4 kPa，因为二级加载能使真空度更有效地传递到土体中从而促使孔隙水压力的消散使土体密实固结，由十字板抗剪强度沿深度的变化规律可知，二级加载(30 kPa～80 kPa)真空预压处理后的土体固结效果最好。

3 结语

通过不同真空加载方式下真空预压试验的对比，探究分析分级加载密闭式真空预压对土体的加固机理，得出以下结论:

1)二级加载过程中土体的沉降速率最为均匀且最终的沉降量最大，能更有效的避免加固前期造成的排水板弯折及排水板的拥堵现象。

2)二级加载方式下真空度能更有效的传递到深层土体，使土体加固效果最优。

3)二级加载真空预压能更均匀有效的降低淤泥土中的含水率，减少了因前期排水速率过快致使淤泥残留排水体而引起的少许淤堵现象。

4)采用二级加载(30 kPa～80 kPa)方式能更好的提高土体的十字板抗剪强度，处理效果要明显优于其余三种真空预压加载方式，更适合于温州瓯飞一期围垦水闸工程滩涂区淤泥土地基的加固。

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