真空預(yù)壓加固新近吹填土新工藝及機(jī)理研究.pdf

1、隨著沿海城市建設(shè)及對(duì)外開放的需要，圍海造陸已成為沿海工程建設(shè)和海岸開發(fā)工程中的重要組成部分。在天津、深圳、廣州等沿海軟土地區(qū)，圍海造陸的方式一般是在原地面上吹填一層吹填土，通過真空預(yù)壓加固，形成可以作為建筑地基使用的陸域。隨著圍海造陸工程向海域延伸，需要吹填的泥層厚度不斷增加，使得傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝已經(jīng)不能滿足工程要求，需要提出新的工藝。同時(shí)，真空預(yù)壓對(duì)吹填土的作用效果與對(duì)天然沉積的土層的效果有很大差別，用傳統(tǒng)固結(jié)理論計(jì)算的吹填土在真空壓

2、力作用下的固結(jié)度與吹填土實(shí)際的固結(jié)度有很大差別，因此有必要建立計(jì)算吹填土在真空預(yù)壓作用下的固結(jié)度的新方法。傳統(tǒng)的真空預(yù)壓工藝需要大量的中粗砂，而天津地區(qū)的砂源非常匱乏，需要開發(fā)不用或少用砂料的真空預(yù)壓工藝。針對(duì)這些問題，本文進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容和取得的成果如下：
　?。?）新近吹填的吹填土的承載力很低，在深厚吹填土上面形成打設(shè)排水板機(jī)械的工作層是制約真空預(yù)壓工期的主要因素之一。本課題根據(jù)室內(nèi)模型試驗(yàn)和魏西克（Vesi

3、c）雙層地基承載力計(jì)算公式，提出了在吹填土表面吹填一定厚度的粉細(xì)砂形成硬殼層的方法，可以快速形成一個(gè)硬殼層，其承載力能夠滿足打設(shè)排水板機(jī)械的承載力要求，解決了這個(gè)工程難題。該工藝和推薦的硬殼層的厚度（0.6-0.8m）已在天津?yàn)I海新區(qū)圍海造陸工程中得到廣泛應(yīng)用，大大節(jié)省了施工工期，降低了工程造價(jià)，加快了吹填土加固的施工進(jìn)度。
　?。?）通過模型試驗(yàn)?zāi)M了高含水量吹填土在水土分離、插板期間、真空預(yù)壓期間的沉降過程，從而可以比較準(zhǔn)確地

4、計(jì)算出吹填土在水土分離階段、插板期和真空預(yù)壓階段的沉降量，可以為吹填造陸工程提供合理的吹填標(biāo)高建議，避免由于吹填量過多或過少引起的浪費(fèi)和工程問題。
　?。?）模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程的觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，采用傳統(tǒng)的固結(jié)理論計(jì)算的吹填土固結(jié)度與實(shí)測(cè)值有很大的差距。本課題首先研究了該問題的機(jī)理，即靠近排水板和地表的土體，由于排水路徑短，有效應(yīng)力增加較快而導(dǎo)致滲透性降低，阻礙了較遠(yuǎn)處土體的排水通路，進(jìn)而使得土體的整體固結(jié)速率下降。在此基礎(chǔ)上建立

5、了變固結(jié)系數(shù)的固結(jié)方程，并提出了方程的數(shù)值解法。該成果對(duì)于正確評(píng)估經(jīng)真空預(yù)壓處理的吹填土地基的固結(jié)程度和不均勻性有重要意義。
　　（4）提出了用砂量較小的二次吹泥自密封真空預(yù)壓加固吹填土的工藝，該方法不僅可以解決天津地區(qū)砂源匱乏的問題，而且使真空預(yù)壓技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。泥密封通過直排式真空預(yù)壓模型試驗(yàn)的研究可以發(fā)現(xiàn)，該工藝在加固效果上達(dá)到了真空預(yù)壓加固的目的，加固效果較好，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的中試工作，以完善大面積的真空預(yù)壓施工工藝。本

6、文根據(jù)非飽和土力學(xué)中收縮膜的概念，從微觀角度，分析了在這種工藝加固過程中土體的開裂問題。通過分析收縮膜在基質(zhì)吸力、水膜張力和周圍邊界傳遞的拉力的平衡條件，建立了收縮膜的受力模型；通過水膜與附著物的張力試驗(yàn)類比了土體開裂過程中收縮膜的張拉作用；通過不同尺度和形狀的模型槽試驗(yàn)研究了飽和土在干燥和蒸發(fā)條件下裂縫發(fā)生、發(fā)展和終止的過程。研究結(jié)果可加深對(duì)土體開裂機(jī)理的認(rèn)識(shí)水平，并在直排式真空預(yù)壓工藝中得到應(yīng)用。
　　（5）本文應(yīng)用ABAQU

7、S軟件對(duì)復(fù)雜應(yīng)力路徑的吹填土加固過程進(jìn)行模擬，分析了淺層人工插板、一次真空預(yù)壓、吹砂鋪膜、深層插板、二次真空預(yù)壓、填土堆載、真空-堆載預(yù)壓等施工全過程中吹填土的應(yīng)力變化，通過有限元中均布荷載、超孔壓、真空度等加荷方式模擬土體中的應(yīng)力狀態(tài)，并計(jì)算在外荷載作用下的土體固結(jié)沉降，實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果吻合較好。數(shù)值計(jì)算時(shí)不僅考慮土體滲透系數(shù)隨孔隙比變化的影響，而且真實(shí)模擬了真空載荷與堆載隨時(shí)間的梯度變化，更符合真實(shí)情況。最后通過分析不同的工況作業(yè)

8、時(shí)間對(duì)吹填土沉降影響，得出，延長插板時(shí)間不能改變土體的總體沉降，但可以減少深層抽真空時(shí)間，節(jié)約能源。
　　（6）通過吹填土自重固結(jié)試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn)，在吹填土自然晾曬初期，土體的蒸發(fā)速率與純水的蒸發(fā)速度相當(dāng)。在無降水情況下，表層20cm厚度土體會(huì)在2個(gè)月內(nèi)形成硬層，此時(shí)表層土體的含水量降低至50％以下，隨后土體的蒸發(fā)速率、沉降速率都減慢。應(yīng)用土力學(xué)三相性質(zhì)關(guān)系，得出土體含水量變化與土體沉降間的規(guī)律，并通過一維自重固結(jié)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得到不同