真空预压加载下的孔隙水压力变化分析

真空预压加载下的孔隙水压力变化分析

一、地层及岩相古地理项目a：项目位于周边地区，与大海相连，位于盐河西岸，属于由沉积物和人工活动形成的平坦山丘和海拔河面。勘察深度范围内分布的地层有:人工填积(Qml)层、第四系海相沉积(Q4m)层、第四系海陆交互相沉积(Q4mc)层和燕山期侵入花岗岩(γ52-3)岩层。项目B:工程用地面积约37万m项目C:工程用地位于珠江口伶仃洋喇叭湾湾顶、伶仃水道西侧,东莞虎门与沙角的正南方,形状近梯形,面积约40多万m二、施工工艺1.铺设密封装置回填的中粗砂应按要求铺设厚度0.6m,在已放样确定的区域按正方形布置、间距1m设塑料排水板,外露排水板头200mm,预压区设淤泥搅拌桩,铺水平排水管路,并将排水板头埋入砂垫层中,连接水平排水管路并安装出膜装置,密封膜厚度为0.12~0.14mm,铺设两层,安装真空泵前,真空射流泵额定功率不小于7.5kW,且能形成不小于96KPa的真空压力,开始密封抽气。2.水平排水管和密封膜的安装在已放样确定的区域范围内按正方形布置、间距1.1m设塑料排水板,外露排水板头700mm,真空预压各区打设淤泥搅拌桩,铺设水平排水管路,并将排水板头与水平排水管路连接绑扎,连接水平排水管路,并安装出膜装置,密封膜采用厚度为0.12~0.14mm的聚乙烯薄膜,共铺设两层,安装真空泵前,真空射流泵额定功率不小于7.5kW,且能形成不小于96KPa的真空压力,开始密封抽气。三、真空压监测结果分析1.孔隙水压力观测目的是监测软基孔隙水压力在真空荷载下降低情况,判断地基固结状态,以下取三个试验区结果进行对比:以三个项目为不同试验区进行监测,按照至上而下每3m设置一个磁环,监测场地不同深度处孔隙水的压力。并结合真空预压加载情况分析孔隙水压力,可以得出不同深度处的孔隙水压力变化是类似的,抽真空开始孔隙水压力快速下降,待到真空压力恒载阶段,孔隙水压力的变化趋势小,但随着膜下真空度的增减,孔隙水压力同样增减。A、B、C三组抽真空预压期间的孔压差~时间的曲线呈现典型的曼德尔效应:表层孔压下降幅度小,深层土体孔压下降幅度大,膜下的真空度为80KPa,随着土体深入,孔压下降越来越大,A最深处为-18m处,孔压差为-40KPa,B最深处-15m,孔压差为-20KPa,C最深处为-21m,孔压差为-30KPa。由于真空预压造成的土体压缩程度随深度而减小,土体越浅层压缩量越大,而吹填淤泥渗透系数很小,浅层土体收缩引起的正孔压大于深层土体,因此反应在超孔压上就是浅层孔压下降不如深层。可见在真空预压施工中水平排水垫层改变并没改变排水垫层的作用,有效传递孔压,从而达到真空预压的效果。2.预压压力b根据沉降杆观测地表,随着抽真空时间延长地表沉降也逐渐增加,预压初期地表沉降速率较快,随着时间延长地表沉降的速率越来越慢。从试验可以看出,A在真空预压压力大于80KPa的条件下90d沉降量大部分均在0.8~1.4m之间;B在预压压力大于80KPa的条件下110d沉降量大部分集中在0.9~1.1m之间;C在预压压力85KPa的条件下110d沉降量大部分集中在0.8~1.6m之间。根据试验现场及沉降杆地表沉降数据反应,处于场地周边的沉降量小中心的沉降量大,场地呈明显的下凹面;同时也表明场地中心的沉降速率大于场地周边的沉降速率。3.固结速度慢的双曲线拟合根据各项目实测沉降量来计算和分析地基最终沉降量和地基土的固结度最终沉降量S其中:U双曲线的基本方程为:式中:S由(3)式可见,ɑ和b分别为关系图中的截距和斜率,可用图解法求出。将求得的ɑ、b和代入式(4),即可得到双曲线拟合方程。此时若已知任意时刻t,则可以预估沉降量。最终沉降量S双曲线土层固结速度慢的实测沉降随时间变化曲线示意图线,应根据曲线形状确定拟合曲线的起点,不能简单地从观测起点进行拟合,否则误差较大。根据施工过程中的监测数据,三个项目的双曲线拟合如图1~图3所示。由图1~图3可以看出,随着真空预压的时间的延长,拟合的程度越来越高,使用双曲线拟合能有效的计算工程的最终沉降量和固结度,如表1。四、真空预压空间成本和环保方面的问题由现场施工和以上数据分析可知,无砂垫层真空预压与传统的真空预压相比,在严格按照设计要求的情况下,真空预压处理的固结度均能满足要求。但从造价及环保护方面看:采用无砂垫层真空预压成本较低,排水垫层的中粗砂垫层一般要求较高,实际施工中的单价及成本均较高。而采用塑料真空滤管或PVC塑料管,成本费用相对来说较低;从环保方面中粗砂作为不可再生的自然资源,随着围海造陆的面积越来越大,若后期砂资源过度开采,必将对环境造成很大的影响,而采用塑料的真空滤管或PVC塑料管,对环境没有破坏。从真空预压工艺来看,采用无砂垫层真空预压,能保证压力传递效果良好,不会因为砂垫层里含泥量的多少而使真空管路堵塞,因为排水板与真空滤管直接相连接,能够保证真空管路及压力畅通连接。五、无砂垫层与传统真空预压的比较(1)采用无砂垫层真空预压方法,同传统的真空预压方法相比,施工能达到相同的效果;(2)从施工过程的孔隙水压力及地表沉降观测数据来看,无砂垫层真空预压能保证真空压力顺利传递,施工效果佳,与传统真空预压相比,工艺相同,能达到传统工艺效