(中交上航局航道建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315200)

吹填土多為海底以及湖底的淤泥質(zhì)黏土，其特點(diǎn)為含水率較高、壓縮性較高、滲透性較差、黏粒含量比較高，在自重作用的影響下，吹填土所需要的固結(jié)耗時(shí)過長(zhǎng)，排水固結(jié)法的排水效果也達(dá)不到預(yù)期，但電滲法的效果顯著。電滲現(xiàn)象是由Reuss在19世紀(jì)早期研究黏土機(jī)理過程中發(fā)現(xiàn)的。Casagrande[1]的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)顆粒土在經(jīng)過電滲處理后，其抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定程度均顯著提升，此后電滲法在軟弱黏土加固工程中的使用愈加廣泛。后續(xù)科研人員對(duì)電滲技術(shù)進(jìn)行了大量探索研究，其在實(shí)際中的成功應(yīng)用也不少見。利用電滲現(xiàn)象對(duì)軟土進(jìn)行加固，可以提高加固速率，細(xì)顆粒土和滲透性較差的土經(jīng)過電滲處理后，加固效果顯著，可以有效地排出土中的自由水和結(jié)合水。然而，陽極腐蝕以及界面電阻過大對(duì)電滲法的應(yīng)用產(chǎn)生很大的干擾。若軟黏土地基單獨(dú)在電滲作用加固下，其功耗較大，并且會(huì)伴隨土體的加固程度呈不均勻現(xiàn)象，極大地限制了在工程實(shí)際中的應(yīng)用。胡余晨[2]等通過將電動(dòng)土工合成材料(EKG)以及土工織物制作成電極，在此基礎(chǔ)上開展了室內(nèi)軟土電滲試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電塑料絲作為電極材料進(jìn)行加固軟土?xí)r作用顯著，EKG是電滲電極的優(yōu)選材料。

真空預(yù)壓法經(jīng)過多年的發(fā)展，不僅在理論試驗(yàn)方面取得成果，并且在大面積工程應(yīng)用中也取得良好的效果[3-6]。但因真空預(yù)壓法其自身存在的問題，容易造成后期處理效率低、加固效果不明顯，尤其是存在硬殼層、下部土體加固較差等問題，后期如果使用，必須進(jìn)行二次處理，造成大量人力物力浪費(fèi)。

房營(yíng)光[7-8]等提出了一種真空預(yù)壓法，這種方法的排水系統(tǒng)包括豎向砂井和砂墊層。他們?cè)谑覂?nèi)分別對(duì)堿渣土和軟黏土開展了真空預(yù)壓-電滲加固試驗(yàn)，通過試驗(yàn)該方法的有效性得到證實(shí)，但在大面積工程應(yīng)用中還不是很多見。本文針對(duì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，進(jìn)行真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固法的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以期對(duì)工程應(yīng)用有所裨益。

1 加固機(jī)理分析

真空預(yù)壓屬傳統(tǒng)排水固結(jié)法，電滲法從本質(zhì)上來說也是此類方法。真空預(yù)壓法由抽干空氣形成的真空環(huán)境在豎向排水體中產(chǎn)生負(fù)壓源，使土內(nèi)孔隙水和孔隙氣流向豎向排水體，然后由水平排水層排至土體之外。在真空預(yù)壓加固過程中，始終遵循有效應(yīng)力原理，由于總應(yīng)力保持不變，負(fù)孔隙水應(yīng)力的產(chǎn)生將會(huì)增加土體的有效應(yīng)力。相對(duì)堆載預(yù)壓來說，真空預(yù)壓法所產(chǎn)生的真空壓力是球應(yīng)力，不會(huì)出現(xiàn)剪切應(yīng)力，軟基不會(huì)失穩(wěn)。但真空預(yù)壓法因自身局限性，僅排除了大部分自由水，導(dǎo)致土的強(qiáng)度提高有限，并且存在加固土體強(qiáng)度不均等問題，這也從側(cè)面說明需要進(jìn)一步探索真空預(yù)壓加固新方法新工藝。

電滲法是將電極插進(jìn)土中，通直流電，由于電場(chǎng)作用，土體中的水化陽離子就會(huì)出現(xiàn)由陽極向陰極的流動(dòng)趨勢(shì)，進(jìn)而孔隙水從陰極排出。電滲進(jìn)行的同時(shí)還發(fā)生一系列的電化學(xué)現(xiàn)象，對(duì)提高土體強(qiáng)度有一定作用。電滲加固法中孔隙水向陰極流動(dòng)，對(duì)孔隙水形成一種吸力，等同于形成了負(fù)孔壓。相對(duì)于真空預(yù)壓法，電滲法的優(yōu)勢(shì)是不但可以排除自由水，還可以排除土體中的弱結(jié)合水。

由真空預(yù)壓和電滲加固機(jī)理可以看出，兩者的加固機(jī)理是不同的，同時(shí)兩者聯(lián)合加固機(jī)理是不沖突的，是相互補(bǔ)充的關(guān)系。真空預(yù)壓形成負(fù)孔壓，而電滲實(shí)際上形成的也是負(fù)孔壓，兩者相加可以形成更大的負(fù)孔隙水應(yīng)力，由有效應(yīng)力原理可知，這樣會(huì)加速排水的進(jìn)行。由真空預(yù)壓聯(lián)合電滲機(jī)理可知，在土體含水量高的情況下，先利用真空預(yù)壓排除土體中大部分的自由水，在含水率降到一定程度后介入電滲，利用電滲排除土體中的弱結(jié)合水，充分地發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，有利于排出軟弱黏土中的孔隙水，從而提高地基強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)介紹

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于浙江省蒼南縣龍港鎮(zhèn)規(guī)劃的江南涂區(qū)域內(nèi)，原地面以下的地質(zhì)情況是：?黏土層厚0.40～2.20m；?含細(xì)砂淤泥，灰色—淺灰色，流塑狀，局部軟塑狀，中—高壓縮性，層厚8.00～12.70m；?細(xì)砂，褐灰色，飽和，松散狀為主，層厚3.50～13.70m；?淤泥，青灰色—灰色，流塑狀，高壓縮性，厚度6.80～17.50m；?黏土，灰—褐灰色，軟塑—可塑狀，高壓縮性，揭露厚度1.00～9.60m；?粉質(zhì)黏土，褐黃—褐灰色，軟塑—可塑狀，局部硬塑狀，中—高壓縮性，揭露厚度1.20～9.80m；?粉質(zhì)黏土，灰色—藍(lán)灰色，可塑狀，中壓縮性。

加固前吹填土室內(nèi)試驗(yàn)物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 加固前吹填土的主要物理力學(xué)指標(biāo)

設(shè)計(jì)要求：處理后表層0～1.5m深度范圍內(nèi)地基承載力特征值不小于50kPa。

2.2 試驗(yàn)方案實(shí)施

原設(shè)計(jì)方案中采用真空預(yù)壓，本次試驗(yàn)選擇了100m2吹填土現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固法，使地基承載力得到大幅增加。

真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固吹填土工藝總流程見圖1。

圖1 真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固吹填土工藝總流程

施工關(guān)鍵點(diǎn)： ?對(duì)未經(jīng)處理的吹填土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣、試驗(yàn)(靜力觸探和十字板剪切試驗(yàn))；?按照軟基處理正常流程進(jìn)行人工搭設(shè)塑料排水板、鋪設(shè)水平管網(wǎng)和無紡?fù)凉げ迹?搭設(shè)金屬電極，并進(jìn)行導(dǎo)線連接；?鋪設(shè)密封膜、踩密封溝，完成真空預(yù)壓工藝性施工；?埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器：真空度表、沉降板、孔壓計(jì)；?開始抽真空施工，并在適當(dāng)時(shí)機(jī)對(duì)電極通電介入電滲工藝。

真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固吹填土試驗(yàn)方案見圖2，試驗(yàn)區(qū)面積為10m×10m，分成兩部分，金屬電極兩種分布，一種為平行布置試驗(yàn)S1-1(左側(cè))，另一種為錯(cuò)位布置試驗(yàn)S1-2(右側(cè))。

圖2 試驗(yàn)方案

3 監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

3.1 真空度

圖3 真空度隨時(shí)間變化曲線

真空度是影響真空預(yù)壓效果的一個(gè)重要因素。真空度是密封膜內(nèi)外壓力的一個(gè)差值，一方面真空度在排水板中往下傳遞，使排水板中的壓力小于周圍土體的壓力，孔隙水就會(huì)向排水板側(cè)流動(dòng)，另一方面因真空度的作用，膜下壓力小于大氣壓力，因此后期真空度的維護(hù)將決定最終的質(zhì)量。真空度變化曲線見圖3。在試驗(yàn)中，由于設(shè)備、密封溝等原因，真空度處在波動(dòng)狀態(tài)，真正的穩(wěn)定期始于2015年12月1日，也是真空預(yù)壓真正發(fā)揮作用的時(shí)間。為防止出現(xiàn)土柱現(xiàn)象，真空度比較低，1個(gè)月內(nèi)均保持在40～50kPa，隨后真空度增至超過80kPa，一直保持到2016年3月31日，中間真空度有微小波動(dòng)。土體表層硬殼層的形成是由膜下真空度決定的，表層土體會(huì)伴隨土體表層硬殼層的逐漸形成而變得致密，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致膜下真空度在表層土體孔隙的傳遞通道遭受阻擋，從而沿著塑料排水板向深層土體傳遞，塑料排水板中的真空度開始隨之逐步增大，這將會(huì)對(duì)深層土體排出水分造成決定性的影響。后期真空度必須保證維持在80kPa以上，因?yàn)楹笃谂潘鍟?huì)出現(xiàn)淤堵問題，影響真空度傳遞。

3.2 表面沉降

在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)布置3個(gè)沉降板，試驗(yàn)1區(qū)、試驗(yàn)2區(qū)和對(duì)比試驗(yàn)區(qū)各布置1個(gè)沉降板。由圖4的沉降曲線可以看出，在抽真空的前10天沉降不是最大，而出水量是比較大的。在抽真空10～90天這段時(shí)間沉降斜率比較大，然后沉降速率減慢，在最后7天沉降速率明顯減小，并趨于穩(wěn)定。從圖4中可以看出試驗(yàn)1區(qū)累計(jì)沉降大于試驗(yàn)2區(qū)，并且這兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的累計(jì)沉降都大于對(duì)比試驗(yàn)區(qū)。

圖4 表層總沉降曲線

3.3 靜力觸探試驗(yàn)

加固之前，采用靜力觸探試驗(yàn)對(duì)吹填土進(jìn)行了強(qiáng)度測(cè)試，吹填土強(qiáng)度接近于0。

由圖5可知，加固后土體強(qiáng)度都有較大幅度的增長(zhǎng)，S1-1靜探試驗(yàn)的比貫入阻力大于S1-2和對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)，而S1-2的比貫入阻力反而小于對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)。在整個(gè)3m范圍內(nèi)S1-1的比貫入阻力在1.5m范圍內(nèi)比較均勻且較大，1.5～3m范圍內(nèi)強(qiáng)度雖有減小但總體好于對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算3m范圍內(nèi)的比貫入阻力的均值可以得到，S1-1的均值為0.27MPa，S1-2的平均值為0.16MPa，對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的平均值為0.17MPa，根據(jù)《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ 83—2011)相關(guān)公式fak=34+0.068ps可計(jì)算地基土的承載力特征值，S1-1、S1-2和對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力分別為52.4kPa、44.9kPa、45.6kPa，S1-1的3m范圍內(nèi)承載力是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的1.15倍，S1-1是S1-2的1.17倍，S1-2是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的0.99倍。

圖5 S1試驗(yàn)區(qū)加固后土體靜力觸探曲線

在1.5m范圍內(nèi)S1-1、S1-2對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的比貫入阻力平均值分別為0.32MPa、0.22MPa、0.22MPa，對(duì)應(yīng)的地基承載力分別為55.8kPa、49.0kPa、49.0kPa。S1-1的1.5m范圍內(nèi)承載力是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的1.14倍，S1-1是S1-2的1.1倍，S1-2是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的1倍。由此可知，S1-1的加固效果最好，S1-2的加固效果不理想。S1-1加固效果不僅滿足1.5m深度范圍要求，而且也滿足3m范圍內(nèi)要求，加固效果較對(duì)比區(qū)均勻。試驗(yàn)結(jié)果也符合試驗(yàn)設(shè)想。

3.4 十字板剪切試驗(yàn)

加固之前，采用靜力觸探試驗(yàn)對(duì)吹填土進(jìn)行了強(qiáng)度測(cè)試，吹填土強(qiáng)度接近于0。加固后在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)和對(duì)比試驗(yàn)區(qū)分別選擇兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)，現(xiàn)選擇其中的一組試驗(yàn)點(diǎn)得到抗剪強(qiáng)度Cu隨深度s的變化曲線。

由圖6可以發(fā)現(xiàn)S1-1和S1-2的抗剪強(qiáng)度在3m范圍內(nèi)都大于對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的強(qiáng)度。就3m范圍的平均抗剪強(qiáng)度而言，S1-1為27.0kPa，S1-2為25.7kPa，對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)為14.0kPa，相應(yīng)的地基承載力分別為77.5kPa、74.3kPa、45.0kPa，S1-1是S1-2的1.04倍，S1-1是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的1.72倍，S1-2是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的1.65倍。在1.5m范圍的地基承載力分別為83.2kPa、82.4kPa、56.4kPa，S1-1是S1-2的1.01倍，S1-1是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的1.47倍，S1-2是對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的1.46倍。由以上對(duì)比分析，真空預(yù)壓聯(lián)合電滲對(duì)加固深層土體有較好的效果，能看出S1-1的效果要好于S1-2，符合試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

圖6 S1試驗(yàn)區(qū)抗剪強(qiáng)度隨深度變化曲線

3.5 載荷板試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)束后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了載荷板試驗(yàn)，載荷板為正方形平板，面積為0.56m2，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)和浙江省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB33/T 1136—2017)中有關(guān)規(guī)定取值，對(duì)比試驗(yàn)點(diǎn)的地基土承載力特征值為42kPa，S1-1試驗(yàn)區(qū)的地基土承載力特征值為57kPa，S1-2為59kPa，可見真空預(yù)壓電滲法加固效果明顯。

3.6 土工試驗(yàn)結(jié)果分析

為了對(duì)試驗(yàn)區(qū)的加固效果作進(jìn)一步檢驗(yàn)，更好地評(píng)判地基承載力，在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)選兩個(gè)點(diǎn)取土進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，取樣深度為2m，試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)列于表2和表3。對(duì)比加固前后物理力學(xué)指標(biāo)可見，吹填土含水率有較大的降低，各指標(biāo)也有了明顯的改善。

表2 S1-1試驗(yàn)區(qū)加固后土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表3 S1-2試驗(yàn)區(qū)加固后土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

4 結(jié) 論

a.通過試驗(yàn)前后對(duì)比能夠得出，真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固法取得了良好的效果，不僅地基承載力超過了預(yù)期效果，而且相對(duì)于單純的真空預(yù)壓法縮短了工期。

b.結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果來看，建議前期采用真空預(yù)壓法將土中絕大部分自由水排出，當(dāng)含水率降到一定程度后介入電滲，在電滲過程中采取間歇通電和電極反轉(zhuǎn)等措施，可以充分發(fā)揮兩者的作用。