真空加載方式對吹填流泥加固效果及土顆粒移動(dòng)的影響研究

　　考慮加載方式的影響開(kāi)展室內模型試驗，對4 組相同性質(zhì)的泥漿試樣(含水率為100%)分別采用不同的加載方式，即-80 kPa、-60 kPa→80 kPa、-40 kPa→-80 kPa、-20 kPa→-80 kPa 進(jìn)行加載，加載過(guò)程中對試樣的出水量、沉降量和側向變形進(jìn)行跟蹤監測，并對處理后土體的含水率、塑性指數和十字板剪切強度等的空間分布與變化規律進(jìn)行研究。試驗結果表明，(1)真空加載方式對吹填流泥的固結具有比較明顯的影響；(2)初始真空荷載為-20 kPa 時(shí)所得到的土體沉降量最大、強度最高，始終保持-80 kPa 荷載情況下所得到的土體沉降量最小、強度最低；(3)從塑性指數的分布特征來(lái)看，土顆粒隨著(zhù)土中水的排出發(fā)生移動(dòng)，初始真空荷載越大，這種趨勢越明顯，部分土顆粒會(huì )聚積在排水板周?chē)�而導致土體滲透性能的降低，嚴重時(shí)會(huì )影響土體的后續固結。建議在流泥淤泥的真空固結過(guò)程中采用低初始荷載方式進(jìn)行加載。

　　1、引言

　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，土地的需求量日益增大，特別是沿海地區通過(guò)吹填方式形成陸域的工程逐年增加，同時(shí)，吹填造陸往往與航道疏浚同時(shí)進(jìn)行，因此，吹填造陸常被作為一舉兩得的造陸方式而被廣泛采用。真空預壓法是新近吹填軟土地基處理的一種有效方法，具有加固效果好、造價(jià)低和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

　　基于真空預壓法的基本原理，許多學(xué)者還進(jìn)行了各種探索性研究，如Chai 等[1]發(fā)現前期固結應力較低時(shí)真空荷載比堆載所產(chǎn)生的沉降量要小，前期固結應力較高時(shí)二者沉降量基本一致。王建勛等通過(guò)向淤泥中摻入一定量的生石灰后再進(jìn)行真空預壓加固處理，取得了較好的效果。武孟瓊等進(jìn)行了底部抽真空加固淤泥的試驗，認為底部抽真空的加固效果要優(yōu)于上部抽真空。馮軍等通過(guò)室內模型試驗研究，認為飽和軟土中黏粒含量高，對孔隙水的吸附作用大，是導致真空預壓加固流泥效果較差的原因之一。高志義等進(jìn)行了真空預壓和真空聯(lián)合電滲加固法加固軟土的室內模型試驗，認為真空聯(lián)合電滲法能提高淤泥質(zhì)土的加固效率。李麗慧等進(jìn)行了立體式真空降水法室內試驗，認為該方法能使淤泥土的自然沉淀和加固同時(shí)進(jìn)行，從而縮短地基的加固時(shí)間。朱平等通過(guò)試驗對相同條件下可控通氣真空預壓和常規真空預壓進(jìn)行了對比研究，認為可控通氣真空預壓加固高含水率軟土地能夠縮短加固時(shí)間，比常規真空預壓加固效果要好。顏永國等采用改進(jìn)的真空預壓試驗模型研究了顆粒級配對吹填土加固效果的影響，表明顆粒級配對吹填土的加固效果影響很大。

　　關(guān)于真空預壓法加固吹填流泥的研究主要有：孫立強等進(jìn)行了超軟土的真空預壓室內模型試驗，認為二次插板可以改善土體的加固效果馮會(huì )芳采用淺層與深層相結合的兩次真空預壓先后對新近吹填淤泥形成的超軟土地基進(jìn)行了加固處理，認為兩次加固效果明顯，且成本偏高。Myint等在單向固結試驗中研究了不同正壓加載速率(0.66～6.66 Pa/s)對沉降和孔壓的影響，并認為線(xiàn)性加載與瞬時(shí)加載對地基的加固效果存在差異。董志良等針對天津濱海新區吹填淤泥地基進(jìn)行了淺層加固技術(shù)的現場(chǎng)試驗研究。

　　綜上，目前對真空預壓加固流泥(超軟土)的研究主要集中在土體性質(zhì)改善狀況和現場(chǎng)常規設計參數優(yōu)化等方面，但關(guān)于真空加載方式對土體固結影響方面的研究還未見(jiàn)有所報道，筆者曾提出植物墊層真空預壓法，經(jīng)現場(chǎng)試驗驗證了其可行性，同時(shí)發(fā)現加載特性對淤泥加固效果可能有一定影響，并進(jìn)行了初步分析，為了進(jìn)一步驗證和揭示加載方式的影響，本次進(jìn)行了不同初始真空荷載下流泥加固的室內模型試驗研究，從機制上探討初始真空荷載對流泥固結和變形的影響，并對工程實(shí)踐提出指導性建議。

　　2、室內模型試驗

　　2.1、試樣的制備

　　試驗中所采用的土樣取自上海地區第④層灰色淤泥質(zhì)黏土，取回后先在泥漿池中充分浸泡，兌水稀釋?zhuān)�并充分攪拌均勻，攪拌過(guò)程中去除雜質(zhì)，以含水率為100%進(jìn)行控制，試樣制成物理指標如表1所列。

表1 試樣物理力學(xué)性質(zhì)指標

　　2.2、模型裝置

　　模型試驗裝置如圖1 所示，主要裝置包括模型箱、調壓系統、排水系統和量測系統。模型箱為圓柱形塑料桶，直徑為60 cm，高90 cm，共4 個(gè)。調壓系統是SMC 真空調壓閥，用于控制所施加真空荷載的大小。排水系統由真空泵、塑料排水板和硬質(zhì)排水管組成，排水板設置在圓柱形模型箱內正中央(見(jiàn)圖2)，排水板頂端通過(guò)塑料管與真空泵相相連。量測系統包括刻度尺、真空表、量筒和帶刻度的水汽分流瓶等，刻度尺用來(lái)測量泥面沉降，真空表用來(lái)測量膜下、排水板內以及土樣內的真空度，量筒和帶刻度的水汽分流瓶用來(lái)測量真空預壓處理過(guò)程中的出水量。

圖1 模型試驗裝置示意圖(單位：mm)

圖2 排水板和土工布

　　2.3、模型試驗目的與內容

　　本次試驗探討真空加載方式對流泥加固效果及土顆粒移動(dòng)的影響規律。具體采用4 種不同的真空加載方式：(1)80 kPa(計為L(cháng)1)；(2)60→ 80kPa(計為L(cháng)2)；(3)40→80 kPa(計為L(cháng)3)；(4) 20→ 80 kPa(計為L(cháng)4)，分別在4 個(gè)模型箱內對性質(zhì)相同的流泥進(jìn)行真空固結試驗，通過(guò)比較不同加載方式下各自的沉降量、出水量、含水率、孔隙比、顆粒級配和土體強度等的空間分布與變化規律，研究真空加載方式對流泥加固效果以及土顆粒移動(dòng)的影響。

　　4、結論

　　(1)初始真空荷載較低時(shí)得到的土樣的沉降量大，出水量也大，進(jìn)一步說(shuō)明土樣更密度、強度更高。

　　(2)不同加載方式所得到的這些指標的分布與變化是不同的，初始真空荷載越低，土樣的強度越高、各項指標的分布越均勻。

　　(3)不同真空加載方式引起土顆粒不同程度的移動(dòng)與聚積，這些移動(dòng)與聚積又導致了土體在固結過(guò)程中各項指標的不同變化特點(diǎn)。建議在吹填流泥的真空加固過(guò)程中應該控制加載速率，采用分級加載。

　　本次試驗是在塑料桶內進(jìn)行的，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、改變施工參數快速容易、便于模擬不同工況、排水固結效果快捷直觀(guān)、且周期快。缺點(diǎn)是模型邊界和實(shí)際工況有一定偏差，加載后期可能會(huì )出現局部漏氣現象，關(guān)于這一點(diǎn)擬在后續研究工作中采用大尺寸的模型箱，以減小邊界效應并消除漏氣現象。