新近吹填淤泥地基真空固結(jié)失效原因分析及對策

　　新近吹填淤泥地基經(jīng)無砂墊層真空預壓技術(shù)加固后，土體強度增長有限，地基有效加固深度小，地基承載力仍然較低。為了深入分析新近吹填淤泥地基真空固結(jié)失效原因，首先對不同地區(qū)新近吹填淤泥的工程特性進行了系統(tǒng)地研究，然后采用3 種典型的豎向排水體進行了室內(nèi)真空固結(jié)單井模型對比試驗研究，研究結(jié)果表明：

　�、傩陆�吹填淤泥中黏粒含量(d≤ 0.005 mm)過高、豎向排水體反濾層的等效孔徑過小、真空加載速度過快是豎向排水體出現(xiàn)較嚴重淤堵現(xiàn)象的主要原因；

　�、谂潘�系統(tǒng)內(nèi)的真空度局部損失較大，豎向排水體彎曲程度大和水平排水墊層中真空度傳遞阻力大均致使較大的真空度沿程損失；

　　③土體中強親水礦物含量較高、排水體中出現(xiàn)嚴重的淤堵現(xiàn)象和過大的真空度損失等共同降低了排水系統(tǒng)的排水效率，削弱了土體中的真空壓力作用，最終致使土體的加固效果不理想。最后，有針對性地提出了相應的解決對策。

　　引言

　　新近吹填淤泥處于“稀泥湯”狀態(tài)，工程特性極差，幾乎無承載力，因此，該類地基處理難度十分大，目前主要采用無砂墊層真空預壓技術(shù)進行加固。然而，工程實踐表明：新近吹填淤泥地基經(jīng)該技術(shù)加固后，土體強度增長有限、地基有效加固深度小、地基承載力仍然較低，如天津濱海新區(qū)新近吹填淤泥地基加固 30 d 后，僅形成了厚度為15～30 cm 的硬殼層，硬殼層內(nèi)土體實測十字板抗剪強度為4.0～9.0 kPa，其承載力值僅為27.3 kPa，且硬殼層以下土體的強度十分低，幾乎無法進行相關(guān)原位測試；溫州民科基地新近吹填淤泥地基加固120 d 后，由于加固時間較長，整個加固深度范圍內(nèi)的十字板抗剪強度相對較均勻，平均值為18.4 kPa，最低值為13.0 kPa，地基承載力特征值也僅為55.0 kPa。

　　顯然，新近吹填淤泥地基的真空固結(jié)效果主要取決于新近吹填淤泥工程特性、排水系統(tǒng)的排水性能以及真空固結(jié)技術(shù)等3 方面。鑒于此，為了深入研究新近吹填淤泥地基真空固結(jié)失效的原因，本文先對不同地區(qū)新近吹填淤泥的工程特性進行系統(tǒng)地研究，并采用3 種典型的豎向排水體進行室內(nèi)真空固結(jié)單井模型對比試驗研究，然后提出相應的解決對策。

　　1、新近吹填淤泥工程特性

　　新近吹填淤泥，主要指原位海積或湖積淤泥經(jīng)水力重塑和顆粒重新分選后、土體顆粒自重沉積尚未完成、顆粒結(jié)構(gòu)極松散、含水率極高、處于流動或者懸浮狀態(tài)、剛吹填形成的淤泥。

　　1.1、微觀特征

　　土顆粒之間的微觀結(jié)構(gòu)是土體的一個重要特征，土體在宏觀上所表現(xiàn)出來的各種特性都是其內(nèi)在微觀特征的外在反映。

　　相對于一般軟土和原位海積或湖積淤泥而言，新近吹填淤泥主要以紊流狀結(jié)構(gòu)為主，孤立孔隙、大裂隙更加發(fā)育，結(jié)構(gòu)性更差，這是疏浚淤泥在吹填過程中經(jīng)過了水力重塑及顆粒重新分選的結(jié)果[8]。

　　1.2、粒度組成及礦物成分

　　表1對不同地區(qū)新近吹填淤泥的粒度組成和礦物成分進行了統(tǒng)計。由表1可知：

　　(1)不同地區(qū)新近吹填淤泥的主要差異是粒度組成。惠州和連云港的土體黏粒含量(d≤ 0.005 mm)明顯高于粗顆粒含量(d>0.005 mm)；而珠海、深圳、溫州、天津和大連的正好相反。

　　(2)不同地區(qū)新近吹填淤泥的強親水礦物(伊利石和蒙脫石)含量也有明顯的不同。珠海、天津和溫州3 個地區(qū)基本接近，而深圳、大連的稍低。然而，總的來說，不同地區(qū)新近吹填淤泥的黏粒含量和強親水礦物含量都較高。

表1 不同地區(qū)新近吹填淤泥的粒度組成及礦物成分

　　1.3、物理性質(zhì)

　　表2 對不同地區(qū)新近吹填淤泥的物理性質(zhì)進行了統(tǒng)計。由表2 可知，新近吹填淤泥的物理性質(zhì)概括如下：

　　(1)含水率均在90%以上，且均大于1.5 倍的液限；孔隙比均大于2.0；塑性指數(shù)基本在20 以上；液性指數(shù)基本大于2.0。

　　(2)吹填完成時間的長短對含水量和孔隙比的影響很大，如珠海高欄港和惠州荃州灣港的兩個區(qū)域的相關(guān)指標遠大于天津濱海新區(qū)和深圳灣。已有研究成果表明：①新近吹填淤泥中黏粒(d≤ 0.005 mm)含量越高，自重落淤越慢，真空預壓過程中豎向排水體就越容易出現(xiàn)嚴重的淤堵現(xiàn)象，致使排水效率顯著降低；②新近吹填淤泥中強親水礦物含量越高，土體所吸附的結(jié)合水就越多，真空固結(jié)排水越難，也會致使排水效率顯著降低。因此，新近吹填淤泥極差的工程特性是真空固結(jié)排水效率低的主要原因之一。

　　如前所述，新近吹填淤泥真空預壓加固效果還取決于排水系統(tǒng)的排水性能以及真空固結(jié)技術(shù)。因此，下面基于具有上述工程特性的新近吹填淤泥土樣，采用3 種典型的豎向排水體進行室內(nèi)真空固結(jié)單井模型對比試驗研究，進一步分析新近吹填淤泥地基真空固結(jié)失效的原因。

表2 不同地區(qū)新近吹填淤泥的物理性質(zhì)

　　3、結(jié)論及建議

　　本文先對不同地區(qū)新近吹填淤泥的工程特性進行系統(tǒng)地研究，并采用3 種典型的豎向排水體進行室內(nèi)真空固結(jié)單井模型對比試驗研究，深入研究了新近吹填淤泥地基真空固結(jié)失效的原因，主要結(jié)論概括如下：

　　(1)新近吹填淤泥中黏粒含量(d≤0.005 mm)過高、豎向排水體反濾層的等效孔徑過小、真空加載速度過快是豎向排水體出現(xiàn)較嚴重淤堵現(xiàn)象的主要原因。

　　(2)排水系統(tǒng)內(nèi)的真空度局部損失較大，豎向排水體彎曲程度大和水平排水墊層中真空度傳遞阻力大均致使較大的真空度沿程損失。

　　(3)土體中強親水礦物含量較高、排水體中出現(xiàn)嚴重的淤堵現(xiàn)象和過大的真空度損失等共同降低了排水系統(tǒng)的排水效率，削弱了土體中的真空壓力作用，最終致使土體的加固效果不理想。

　　針對上面的原因，為了提高新近吹填淤泥地基真空預壓加固效果，可以從以下3 方面著手：

　　(1)研發(fā)出抗彎折性能好、不易淤堵、排水性能好、適宜于真空預壓加固的新型排水材料。

　　(2)改變真空荷載的加載方式，如采用分級抽真空的方式。

　　(3)改變新近吹填淤泥的初始狀態(tài)。如施工工期允許的話，可以先讓新近吹填淤泥先自重沉積一段時間，以便淤泥中形成結(jié)構(gòu)性孔隙，以便有效促進后續(xù)真空預壓加固過程中自由水排出；另外，眾所周知，化學加固法能快速改變土體的初始狀態(tài)，如顆粒的結(jié)構(gòu)性等，因此，若場地急需交付使用的話，則可以嘗試在真空預壓加固的同時采用環(huán)保型的化學加固劑進行綜合加固。