南京大学建筑规划设计研究院有限公司，江苏南京210093；2.化学工业岩土工程有限公司，江苏南京210000）
摘要：沿海地基土一般含有厚度较大的淤泥或淤泥质土，含水量高、孔隙比大、呈软塑到流塑状，强度低、压缩性高、欠固结、沉降变形大。目前，针对大面积厚层淤泥质软弱土一般采用真空预压或真空堆载联合预压，先期消除该层大部分沉降量，使工后沉降满足使用要求，同时提高该层土体的承载能力。该方法适合处理面积较大，对承载力要求相对不高的场地，同时相关设计规范较成熟，按要求严格施工均能达到设计要求。
关键词：软基处理；真空预压；排水固结
前言
越南某化肥项目是越南国家石油天然气局投资，位于胡志明市西南方350公里，总投资近6亿美元，进行建设的目的是有效利用越南天然气资源（PM3-CAA气田）生产尿素产品，满足当地需要。本场地属于海积地层，软弱土深厚，很适合采用预压方式处理。本工程软地基处理分三个区域（本文仅介绍1号区域地基处理方案），处理总面积大约271254m2。
1场地特点与设计目标
根据勘察报告本场地主要地层情况如下：
层F：回填砂，粒细，褐色至深褐色，饱和，松散。层厚为：0.5～2m。
层1：全新统河海沉积层，由肥粘土组成，颜色绿灰至深灰，局部有根壳等杂物，低抗剪强度，低抗压强度，高灵敏度。层厚为15.4m～16.1m。该层为本次加固处理的目的层。
层2：粘土，绿棕色，棕色，棕黄色，含砾石和一些红土砾石，硬至极硬，该层具有相对偏高的抗剪强度和抗压强度。
（其它下卧层省略）
本次地基处理对象层为层1，具高孔隙比、高含水量、高压缩性、低强度，层1的物理力学性质指标如下：
层1（肥粘土），软流塑状，颜色绿灰至深灰，局部有根及贝壳等。含水量69.6%，湿密度1.56g/cm3，干密度0.92g/cm3，土粒比重2.69，饱和度97%，孔隙度66%，孔隙比1.922，液限74%，塑限27%，塑性指数47%，液性指数0.91，PH值8.03，硫酸盐含量0.0162%。其它指标如下：
根据建设方要求，地基处理施工工期为180天，处理面积约271254m2，要求达到承载力80kPa，主要处理层1肥粘土，该层天然地基承载力特征值仅35～45 kPa。经综合考虑，本区采用真空预压方法来提高承载力和消除大部分沉降，预处理后还可根据各拟建建筑物特点，进行后续的桩基施工。
2设计及计算
2.1加固机理
真空预压法是在需要加固的饱和软粘土地基中打设塑料排水通道（多用塑料排水板），上铺砂垫层，砂垫层中布设滤管等联合作为水平排水通道，其上再设密封膜，利用抽真空装置抽真空，使膜下形成负压，通过滤管砂垫层传递到软粘土中的排水通道内，促使排水通道内及边界孔隙水压力降低，使土中原有的孔隙水压力与边界降低的孔隙水压力之间形成压差和水力梯度，从而发生由土向边界的渗流，逐渐降低土中的孔隙水压力，根据太沙基有效应力原理，当总应力不变时，孔隙水压力的降低值全部转化为有效应力的增加值，地基土体在新增加的有效应力作用下加速固结，从而达到快速加固地基的目的。
2.2排水及抽气系统设计
由于受到密封膜加工及铺膜工艺影响，本工程共划分为4个加固分区，单块面积为1～3万平方米。
水平向排水层：采用砂垫层，采用吹填普通细砂内设水平放置的塑料排水带增加砂垫层透水性，水平放置的排水带置于砂垫层中间，沿竖向排水板板头连线放置，并与竖向排水板头基本搭接。
竖向排水体的材料采用塑料排水带（板），采用正三角形布置，打穿软土层，应进入下层粘土（层2）约0.5m，计算长度时按18m考虑。
抽气系统由砂垫层中铺设的滤管、密封膜、抽真空装置组成(参数略)。
2.3预压荷载及堆载方案
1区要求达到的承载力为80kPa，采用真空预压法时膜下真空度应至少稳定在600mmHg柱（相当于80kPa的等效压力），为了在有限的时间内减少工后沉降，抽真空时宜尽量提高稳定的真空度标准，且计划采用膜上覆水措施做为超载增加预压强度。
根据地基承载力临塑荷载计算公式，加固后的地基承载力特征值可以利用土体加固后的抗剪强度来计算，不考虑埋深的影响，有 （1）
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）对正常固结饱和粘性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按公式（2）计算：
（2）
式中：—地基土的天然抗剪强度（kPa）， 计算得16KPa
其中为地基土天然状态不固结不排水抗剪强度指标；
——预压荷载引起的该点的附加竖向应力（kPa）；取膜下真空度值，取值80kPa
——该点土的固结度；
——三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角（度）。均值为8.33°。
先假定固结度达到70%；代入公式（2）得到：
经查表，当°时，=3.97，代入公式（1）：
。
满足设计要求的80kPa承载力的要求。
由上述计算可知,地基加固后平均固结度达到70%时土体承载力即可满足要求。根据工程经验，为了减少场区道路等的工后沉降，地基平均固结度一般宜达到85%及以上。
2.4地基沉降计算
2.4.1真空预压法处理区域的主固结沉降计算
由于采用大面积真空预压方式加固地基，附加应力随深度折减有限，计算深度内均按80kPa考虑。且由于真空预压加固方式仅仅是加固深度内土层孔隙水压力降低，有效应力增加，总应力不变，对下卧层地基影响深度有限，因而主固结沉降计算时计算深度可仅只考虑加固深度内土层的变形，对下卧层地基的沉降综合在调整系数中考虑。本次沉降计算深度按17.6m考虑（层F及层1），土工试验成果各级压力下孔隙比均值如下表所示：
层1（Layer1）各级压力下孔隙比平均值：
由于分层总和法计算沉降的前提是按地基只发生竖向变形，没有侧向变形，实际真空预压加固地基将产生向加固区内的收缩变形，因此根据相关规范，参考类似工程经验，本次计算取=0.85，计算得地基固结度100%时，加固区中心的主固结沉降量约为：1435×0.85=1220mm。
2.4.2真空预压法处理区域的最终沉降计算
不论是真空预压还是真空排水堆载联合预压，在正式抽真空前的排水板打设及铺设砂垫层时，地基土在自重及施工荷载作用下会通过排水板和砂垫层产生固结，均会有不同程度的沉降，该沉降量不可忽略。应通过在施工开始前及抽真空开始前现场沉降量的观测取得施工沉降量的资料。前面公式计算的沉降量为主固结沉降，其中并不包含该部分沉降量。
根据工程经验，若考虑砂垫层及排水板施工时的施工沉降量、主固结沉降及次固结沉降，采用真空预压法加固的地基最终沉降量可按下式计算：
其中：——综合性经验系数；取=0.9。
——按分层总和法计算的处理深度范围的主固结沉降（mm）；
真空预压区域最终沉降量约为1290mm。
要达到工后10年内沉降小于100mm，即施工及预压期总沉降量为1190mm,根据工程经验，一般施工前期（真空预压前）沉降量可达50～150mm左右,卸载后地基回弹量约为50～100mm，考虑地基回弹的不利影响，则预压结束时主固结沉降量应达到约1165mm才可保证工后沉降小于100mm，此时对应的平均固结度约为95%，即主固结沉降达到95%及以上时可保证道路地坪等工后10年内沉降小于100mm。
3真空预压平均固结度计算
本次工程中排水竖井拟采用塑料排水带，排水带的宽度为100mm，厚度为4mm，则塑料排水带换算直径可按下式计算：
式中 －塑料排水带当量换算直径（mm）；
－塑料排水带宽度（mm）；－塑料排水带厚度（mm）。
排水竖井的平面布置采用等边三角形的排列，竖井的有效排水直径de与间距l的关系为：
排水竖井的间距l可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度来确定，一般取0.9m～1.2m，同一时点不同排水板间距的固结度与对应的固结沉降量通过EXCEL程序进行计算。
竖井的井径比为：
式中： －井径比；
－竖井直径，对于塑料排水带可取=。
竖井的井径比因子为：
该软土地基的竖向固结排水系数Cv=3.56×10-4cm2/s。地基土的径向排水固结系数Ch一般都大于竖向固结排水系数Cv，根据土层的不同可取Ch=1～5Cv。本次设计按Ch=3.0Cv计算如下。
真空预压法加固软土地基，因下卧层为相对隔水的层2，为了保证加固效果，塑料排水带深度应打穿层1，本工程选取土层竖向排水距离H为18m。地基土的固结排水系数按穿透受压土层，并考虑涂抹及井阻效应时的公式计算，及：
式中：－土层竖向排水距离（cm）；
－土的径向排水固结系数（cm2/sec）、土的竖向排水固结系数（cm2/sec）；
－井径比因子；de －排水板的有效排水直径。
真空预压为一级加载，根据工程经验，只要真空膜施工质量可靠，一般在2-5天即可将加压稳定到600mmHg，即约80kPa，本次计算按3天加载稳定考虑，则加载速率为：
当固结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度按下式计算：
式中 ——t时间地基的平均固结度；
——各级荷载的累加值（kPa）；
——分别为第i级荷载加载的起始和终止时间（d）。
预定时间内地基的固结度及相应的固结沉降计算见下表：
根据以上计算，达到95%及以上的固结度，可以有多种方案，即：排水板间距1.1m时预压105～115天；排水板间距1.0m时预压85～95天；排水板间距0.9m时预压65～75天。从综合经济角度考虑，可选用排水板间距1.1m时预压105～115天的方案。从工程安全度考虑，可选择排水板间距1.0m时预压85～95天的方案。此时还应满足沉降稳定保证，即连续7～10天沉降速率小于等于0.1mm/小时。
由于在真空荷载下被加固土体受到的时内缩的球面应力，土体不可能产生向外侧的位移，因而单纯采用真空预压加固方式时没有稳定性问题。
4结语
本项目最终选用排水板间距1.1m、预压时间为120天的方案，施工完成后进行了施工勘察，利用钻探取样、室内试验、十字板原位测试，并在不同区域选择5个点位进行了平板载荷试验，综合确定该层处理后承载力特征值为90KPa，能满足预处理要求，达到了预期效果。
参考文献：
[1]赵维炳．排水固结加固软基技术指南[M]．北京：人民交通出版社，2005
[2]《地基处理手册》（第二版）编写委员会．地基处理手册（第二版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000
[3]JGJ79-2012建筑地基处理技术规范[S]
论文作者:李景格1, 王志良2
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月下
论文发表时间:2016/9/6
标签：预压论文; 地基论文; 真空论文; 孔隙论文; 荷载论文; 竖井论文; 应力论文; 《建筑建材装饰》2015年9月下论文;