真空加載方式對吹填流泥加固效果及土顆粒移動的影響分析

真空加載方式對吹填流泥加固效果及土顆粒移動的影響分析考慮加載方式的影響開展室內(nèi)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-80kPa、-60kPa→80kPa、-40kPa→-80kPa、-20kPa→-80kPa開展加載，加載過程中對試樣的出水量、沉降量和側向變形開展跟蹤監(jiān)測，并對處理后土體的含水率、塑性指數(shù)和十字板剪切強度等的空間分布與變化規(guī)律開展研究。試驗結果說明，(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-20kPa時所得到的土體沉降量最大、強度最高，始終保持-80kPa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(shù)的分布特征來看，土顆粒隨著土中水的排出發(fā)生移動，初始真空荷載越大，這種趨勢越明顯，部分土顆粒會聚積在排水板周圍而導致土體滲透性能的降低，嚴重時會影響土體的后續(xù)固結。建議在流泥淤泥的真空固結過程中采用低初始荷載方式開展加載。

1、引言

隨著我國經(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(qū)通過吹填方式形成陸域的工程逐年增加，同時，吹填造陸往往與航道疏浚同時開展，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、造價低和工藝簡單等特點。

基于真空預壓法的基本原理，許多學者還開展了各種探索性研究，如Chai等[1]發(fā)現(xiàn)前期固結應力較低時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二者沉降量基本一致。王建勛等通過向淤泥中摻入一定量的生石灰后再開展真空預壓加固處理，取得了較好的效果。武孟瓊等開展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。馮軍等通過室內(nèi)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。高志義等開展了真空預壓和真空聯(lián)合電滲加固法加固軟土的室內(nèi)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。李麗慧等開展了立體式真空降水法室內(nèi)試驗，認為該方法能使淤泥土的自然沉淀和加固同時開展，從而縮短地基的加固時間。朱平等通過試驗對相同條件下可控通氣真空預壓和常規(guī)真空預壓開展了比照研究，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間，比常規(guī)真空預壓加固效果要好。顏永國等采用改良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，說明顆粒級配對吹填土的加固效果影響很大。

關于真空預壓法加固吹填流泥的研究主要有：孫立強等開展了超軟土的真空預壓室內(nèi)模型試驗，認為二次插板可以改善土體的加固效果馮會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開展了加固處理，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(0.66～6.66Pa/s)對沉降和孔壓的影響，并認為線性加載與瞬時加載對地基的加固效果存在差異。董志良等針對**濱海新區(qū)吹填淤泥地基開展了淺層加固技術的現(xiàn)場試驗研究。

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(xiàn)場常規(guī)設計參數(shù)優(yōu)化等方面，但關于真空加載方式對土體固結影響方面的研究還未見有所報道，筆者曾提出植物墊層真空預壓法，經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證了其可行性，同時發(fā)現(xiàn)加載特性對淤泥加固效果可能有一定影響，并開展了初步分析，為了進一步驗證和揭露加載方式的影響，本次開展了不同初始真空荷載下流泥加固的室內(nèi)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，并對工程實踐提出指導性建議。

2、室內(nèi)模型試驗

2.1、試樣的制備

試驗中所采用的土樣取自**地區(qū)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，并充分攪拌均勻，攪拌過程中去除雜質(zhì)，以含水率為100%開展控制，試樣制成物理指標如下表1所列。

表1試樣物理力學性質(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(diào)壓系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和量測系統(tǒng)。模型箱為圓柱形塑料桶，直徑為60cm，高90cm，共4個。調(diào)壓系統(tǒng)是SMC真空調(diào)壓閥，用于控制所施加真空荷載的大小。排水系統(tǒng)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(nèi)正中央(見圖2)，排水板頂端通過塑料管與真空泵相相連。量測系統(tǒng)包括刻度尺、真空表、量筒和帶刻度的水汽分流瓶等，刻度尺用來測量泥面沉降，真空表用來測量膜下、排水板內(nèi)以及土樣內(nèi)的真空度，量筒和帶刻度的水汽分流瓶用來測量真空預壓處理過程中的出水量。

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(nèi)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的影響規(guī)律。具體采用4種不同的真空加載方式：(1)80kPa(計為L1)；(2)60→80kPa(計為L2)；(3)40→80kPa(計為L3)；(4)20→80kPa(計為L4)，分別在4個模型箱內(nèi)對性質(zhì)相同的流泥開展真空固結試驗，通過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(guī)律，研究真空加載方式對流泥加固效果以及土顆粒移動的影響。

4、結論

(1)初始真空荷載較低時得到的土樣的沉降量大，出水量也大，進一步說明土樣更密度、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與聚積，這些移動與聚積又導致了土體在固結過程中各項指標的不同變化特點。建議在吹填流泥的真空加固過程中應該控制加載速率，采用分級加載。

本次試驗是