劉飛禹 李航 王軍 符洪濤 李校兵 蔡瑛

DOI：?10.11835/j.issn.2096-6717.2022.010

收稿日期：2021?12?18

基金項目：國家自然科學(xué)基金（51878402、5217080907、52178350）；浙江省自然科學(xué)基金（LY20E080029）；溫州市科技項目（S20210004）

作者簡介：劉飛禹（1976-?），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事加筋土及土動力學(xué)研究，E-mail： lfyzju@shu.edu.cn。

通信作者：符洪濤（通信作者），男，博士，教授，E-mail：?fuhongtao2012@163.com。

Received： 2021?12?18

Foundation items： National Natural Science Foundation of China （Nos. 51878402， 5217080907， 52178350）; Natural Science Foundation of Zhejiang Province （No. LY20E080029）; Science and Technology Project of Wenzhou （No. S20210004）

Author brief： LIU Feiyu （1976-?）， professor， doctoral supervisor， main research interests： reinforced earth and soil dynamics， E-mail： lfyzju@shu.edu.cn.

corresponding author：FU Hongtao （corresponding author），?PhD，?professor，?E-mail：?fuhongtao2012@163.com.

（1. 上海大學(xué)?力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院，上海?200444；?2. 溫州大學(xué)?建筑工程學(xué)院，浙江?溫州?325035）

摘要：傳統(tǒng)真空預(yù)壓法（VP）在加固工程廢漿時存在預(yù)制豎向排水板（PVD）易淤堵、周圍土體形成土柱以及真空度隨深度衰減等問題，考慮到預(yù)制水平排水板（PHD）在真空預(yù)壓法處理軟土地基中的特點，提出一種水平聯(lián)合豎直排水板真空預(yù)壓（PHD-PVD-VP）處理工程廢漿的方法。通過4組大型室內(nèi)模型試驗，對工程廢漿加固過程中的排水、沉降以及孔隙水壓力進行監(jiān)測，并借助掃描電鏡得到的排水板濾膜微觀圖片，分析不同初始PHD真空壓力下PHD-PVD-VP對工程廢漿的加固效果。試驗結(jié)果表明，PHD-PVD-VP處理工程廢漿時減少了土顆粒徑向移動速率，延緩“土柱”的形成及緩解土顆粒嵌入排水板濾膜的淤堵效應(yīng)，提升了土體整體固結(jié)效果；40 kPa的初始PHD真空壓力使PHD-PVD-VP對工程廢漿的排水固結(jié)效果最佳，處理后土體的平均含水率和十字板剪切強度分別為40.9%和25.5 kPa，有效地緩解了PHD和PVD的淤堵并改善了土體固結(jié)的均勻性。通過微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，PHD初始真空壓力的大小同時影響著PHD與PVD濾膜的淤堵情況，從而影響其排水性能，40 kPa的初始PHD真空壓力使得兩種排水板的排水性能都得到充分發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓；水平排水板；工程廢漿；防淤堵；固結(jié)度

中圖分類號：TU447；TU472.1 ????文獻標(biāo)志碼：A ????文章編號：2096-6717（2024）03-0024-09

Experimental study of waste slurry treated by a vacuum preloading method combined vertical drains with horizontal drains

LIU Feiyu¹，?LI Hang¹，?WANG Jun²，?FU Hongtao²，?LI Jiaobing²，?CAI Ying²

（1. School of Mechanics and Engineering Science， Shanghai University， Shanghai 200444， P. R. China；?2. College of Civil Engineering and Architecture， Wenzhou University， Wenzhou 325035， Zhejiang， P. R. China）

Abstract： When the vacuum preloading （VP） is used to consolidate the engineering waste slurry， there are several problems， such as the clogging of prefabricated vertical drain （PVD）， formation of the soil columns and the attenuation of vacuum degree with depth， resulting in non-uniform consolidation. Considering the characteristics of prefabricated horizontal drain （PHD） in the treatment of soft soil foundation by VP method， a vacuum preloading method combined PHD with PVD （PHD-PVD-VP） is proposed to treat the slurry. Through four groups of large-scale indoor model tests， the drainage， settlement and pore water pressure during consolidation of engineering waste slurry were monitored， combined with the micro pictures of drainage board filter membrane obtained by scanning electron microscope， the consolidation effect of PHD-PVD-VP on engineering waste slurry under different initial PHD vacuum pressures was analyzed. The test results show that the PHD-PVD-VP reduces the radial movement rate of soil particles， delays the formation of "soil column"， alleviates the silting effect of soil particles embedded in the filter membrane of drainage plate， and improves the overall consolidation effect of soil; initial PHD vacuum pressure of 40 kPa makes the drainage and consolidation effect of PHD-PVD-VP on engineering waste slurry the best， the average water content and vane shear strength of the treated soil were 40.9% and 25.5 kPa respectively. It not only effectively avoids the clogging of PHD and PVD， but also improves the uniformity of soil. Combined with the microstructure analysis， it is found that the initial PHD vacuum pressure affects the clogging of PHD and PVD filter membranes simultaneously， so as to affect their drainage performance. The initial PHD vacuum pressure of 40 kPa gives full play to the drainage performance of the two drainage boards.

Keywords： vacuum preloading；?horizontal drain；?engineering waste slurry；?anti-clogging；?degree of consolidation

地下基礎(chǔ)施工時泥漿受到廣泛的應(yīng)用，但在工程結(jié)束時會產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，如果工程廢漿處置不當(dāng)會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。近年來，垃圾資源化利用的理念逐漸成為主流，工程廢漿也被當(dāng)作建筑回填料進行二次利用。然而，工程廢漿的含水率高，工程特性較差，需要對其進行處理之后才能滿足機械進場和后續(xù)施工要求。由于土工材料的興起，真空預(yù)壓法^[1-4]逐漸代替效率低下的自然風(fēng)干、機械壓濾等方法用于工程廢漿脫水加固處理。然而，傳統(tǒng)真空預(yù)壓方法處治工程廢漿還存在一定的技術(shù)難題。首先，工程廢漿多由細(xì)顆粒組成，絕大多數(shù)顆粒粒徑小于100 μm，在真空吸力作用下細(xì)顆粒會逐漸進入預(yù)制豎向排水板（PVD）濾膜造成淤堵，隨后排水板周圍形成致密的“土柱”，而使后期排水效率降低^[5-7]；其次，PVD內(nèi)的真空度隨著深度逐漸降低^[8]，導(dǎo)致下部土體仍具有較高含水率，土體固結(jié)不均勻。

Shinsha等^[9]首次提出了水平排水板（PHD）真空預(yù)壓法，將預(yù)制排水板改為水平鋪設(shè)，對深度5.5 m的吹填淤泥場地進行了加固處理。周洋等^[10]、蒲訶夫等^[11]將PVD真空預(yù)壓法與PHD真空預(yù)壓法進行試驗對比分析，發(fā)現(xiàn)在真空預(yù)壓過程中PHD間距不斷縮小，排水路徑（從土壤到PHD的距離）縮短^[12]，加固效果更好，并且不像傳統(tǒng)真空預(yù)壓法存在真空度衰減嚴(yán)重的問題，使得土體的沉降更為均勻。已有研究認(rèn)為，水平排水板真空預(yù)壓法中土體的固結(jié)是由上部土體自重以及真空壓力的共同影響造成的，這也是PHD真空預(yù)壓法對深部土體加固效果更好的原因。也正是因為這一特性，PHD比PVD更容易發(fā)生淤堵，此外，水平排水板真空預(yù)壓法的加固效果與排水路徑的長短有關(guān)，意味著距離PHD較遠(yuǎn)的表層土體加固效果較差。

顯然，PVD與PHD在真空預(yù)壓法中都有各自的局限與不足。針對排水板淤堵的問題，王軍等^[13]對排水板和真空系統(tǒng)進行改進，采用新型防淤堵排水板使真空預(yù)壓的土體加固效果更佳，防淤堵效果顯著。其他學(xué)者^[14-16]開展了分級加載真空預(yù)壓室內(nèi)模型試驗，發(fā)現(xiàn)分級真空壓力的加載方式有利于減緩排水板周圍土體的淤堵^[17]，改善土體整體加固效果。Lei等^[18]通過研究分級真空預(yù)壓和傳統(tǒng)真空預(yù)壓的淤堵形成時間，發(fā)現(xiàn)分級真空預(yù)壓能延緩淤堵層的形成時間，驗證了分級真空預(yù)壓法對防淤堵的有效性?；谘泳徲俣逻@一思想，Wang等^[19]提出了兩階段真空預(yù)壓法處治疏浚淤泥，這種方法先對一部分PVD施加真空壓力處理淤泥，使得土體初具一定的強度和結(jié)構(gòu)，減少土顆粒徑向移動速率，延緩淤堵形成時間，再對所有的PVD施加真空壓力處理淤泥，加快土體固結(jié)速率，提高土體整體強度，達到比傳統(tǒng)真空預(yù)壓法更好的加固效果。

為克服傳統(tǒng)真空預(yù)壓法存在的缺陷，學(xué)者們開展了很多研究。但結(jié)合PHD與PVD的真空預(yù)壓法處治工程廢漿卻鮮有研究。筆者將綜合考慮真空預(yù)壓法中PVD和PHD各自的排水特性，提出一種PHD-PVD的階段式真空預(yù)壓法（PHD-PVD-VP）來處理工程廢漿。通過設(shè)置不同的初始PHD真空壓力，進行4組大型室內(nèi)模型試驗，研究初始PHD真空壓力的大小對PHD-PVD-VP處治工程廢漿的影響，其間監(jiān)測各組試驗的排水、沉降和孔隙水壓力隨時間的變化量，試驗結(jié)束后，在不同點處采集土樣測量含水量和十字板剪切強度，并通過掃描電子顯微鏡（SEM）對排水板的濾膜進行拍攝。根據(jù)試驗結(jié)果評估最優(yōu)的初始PHD真空荷載，為其在實際工程中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

工程廢漿取自溫州龍灣二期圍涂區(qū)，該區(qū)域大量回填工程廢漿，用作建筑地基，首先對其進行基本物理性質(zhì)的測試，表1列出了該土樣的各項指標(biāo)。由表1可知，土樣的含水率極高，幾乎無抗剪強度。圖1是使用英國生產(chǎn)的Marvin系列激光粒度儀所得到的淤泥的粒度分布曲線，其中粒徑小于0.075 mm的顆粒含量占到了98.46%，黏粒含量為38.13%，說明該土樣主要由細(xì)顆粒黏土組成。試驗所用排水板為整體式排水板，詳細(xì)性能列于表2。

1.2 試驗裝置

試驗裝置由模型箱、真空加載系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)組成，示意圖如圖2所示。其中，模型箱由長1 200 mm、寬和高均為600 mm的有機玻璃組成。

真空預(yù)壓系統(tǒng)由PVD、PHD、手形接頭、三通接頭、氣密管、水汽分離瓶和真空泵組成。PVD和PHD均采用整體式排水板^[13]，真空預(yù)壓系統(tǒng)采用了三通氣密接頭將PVD及PHD連接并通過水汽分離瓶連接至真空泵，最大限度地減少真空壓力的損失。PVD和PHD都由高真空微調(diào)閥控制，用來調(diào)節(jié)真空壓力的大小，以便PHD上的真空壓力能逐級施加于土體。該試驗所用的真空泵功率為3.88 kW，能提供不小于80 kPa的真空壓力。

為評估不同工法對真空預(yù)壓處理工程廢漿的效果，在試驗過程中記錄不同時刻下不同位置處的土表面沉降和排水量，試驗結(jié)束后對不同深度處（0、200、400 mm）的含水率及十字板剪切強度進行測量，具體測點位置及排水板的設(shè)計和布置如圖2所示。為了能更好地模擬實際工程，實驗前對PHD的寬度進行修正，相關(guān)研究表明^[20]，排水板的寬度和間距之間的關(guān)系由等效排水板直徑（d_w）和有效影響直徑（d_e）決定，它們之間的關(guān)系表達式為 （1） （2）

式中：和分別為帶狀排水板的寬度和厚度，厚度為4 mm；的參考值為15～22^[21]，試驗取15；為排水板的有效影響直徑；為等效的排水板直徑。根據(jù)4根PHD和兩根PVD的布置，可得PHD和PVD的有效影響直徑d_e分別為300、600 mm，計算得到PHD和PVD的寬度分別為36、76 mm。

1.3 試驗方案及步驟

為了探究PHD-PVD-VP對工程廢漿的改良效果，試驗方案設(shè)計如表3所示，3組試驗均在如圖2所示的模型箱中采用相同的土樣進行。T1組先對PHD施加20 kPa的真空壓力，隨后對PVD施加80 kPa的真空壓力，T2～T4組則對PHD采用不同的初始真空壓力，分別為40、60、80 kPa。通過PHD聯(lián)合真空預(yù)壓法的預(yù)先處理，加固深處土體的同時，亦可使土體具有一定的強度與結(jié)構(gòu)性，再結(jié)合PVD處理時則不會因出現(xiàn)較大的橫向變形導(dǎo)致PVD的彎折，亦可使得離PHD排水路徑遠(yuǎn)處的土體得到較好的加固，從而使土體整體處理效果更好。當(dāng)排水速率小于0.2 kg/d、平均沉降速率小于2 mm/d時轉(zhuǎn)換到PVD排水階段，當(dāng)PVD階段真空預(yù)壓排水困難時（與上相同）停止試驗^[22]。試驗結(jié)束后，在如圖2所示的位置處延深度取樣，測量含水率與十字板抗剪強度。

試驗按如下步驟進行：

1）將工程廢漿攪拌均勻分層裝入模型箱中，裝填到一定高度后，按如圖2（a）所示位置放入PHD（共4個）和PVD（共2個），并用定制的鐵架固定住排水板的位置，在距土表面150、300 mm深度處安裝孔隙水壓力傳感器，裝填完畢后的泥面高度約為500 mm。

2）在土樣上鋪設(shè)兩層土工膜，并在土工膜和模型箱周圍散布一些泥餅，完成對土工膜的密封。將PVD和PHD通過手形接頭與氣密管相連，并通過三通接頭完成到水汽分離瓶的所有連接。

3）在連接PHD的真空軟管上安裝可微調(diào)的真空閥門控制試驗過程中的真空壓力，隨后用軟管連接水汽分離瓶與真空泵。

4）按照試驗分組，各組先對PHD施加不同的真空壓力對工程廢漿進行處理。待排水與沉降逐漸達到穩(wěn)定后，再啟動各組的PVD以80 kPa的真空壓力對工程廢漿進行加固。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 排水量

排水量隨時間的變化情況如圖3所示。從圖中可以看到，T1～T4組在PHD真空預(yù)壓階段排水達到穩(wěn)定的時間點分別為132、180、276、372 h，這是因為PHD上真空壓力越小，較難出水，排水達到穩(wěn)定的時間越早，試驗T1～T4組最終的排水量分別為51.35、60.56、53.81、48.8 kg。圖3體現(xiàn)了一定的規(guī)律，即PHD真空預(yù)壓階段結(jié)束后，進入PVD真空預(yù)壓階段時排水量都出現(xiàn)了一定的突躍。這是因為先使用PHD抽真空時使得深層土體排水固結(jié)，同時上層土體也具有一定的結(jié)構(gòu)性和強度^[19]，在PHD抽真空階段排水量基本穩(wěn)定后，再啟動PVD真空預(yù)壓時土顆粒徑向移動速率減小，延緩了土柱的形成，并且避免土顆粒進入排水板的濾膜，削弱了排水板的淤堵效應(yīng)，從而提高了真空壓力的徑向傳遞效率和排水板的通水能力，使得排水量得以提升。T3組和T4組的初始真空壓力較高，故早期排水速率較快，但PHD附近土顆粒聚積較快，造成PHD附近土體的淤堵，使得后續(xù)PVD真空預(yù)壓時打開的排水通道數(shù)目較少，致使T4組最終排水量最少；反之，T1組和T2組最初PHD真空壓力較小，排水速率較低，但也緩解了PHD周圍土體的淤堵狀況，在施加下一步真空荷載時排出了更多的水。T1組最終排水量較少，可能原因是前后真空梯度較大，PHD的初始真空壓力過小，排水在較早時刻便達到穩(wěn)定，但土體內(nèi)部并未產(chǎn)生穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了PVD真空預(yù)壓時周圍土體及排水板濾膜的快速淤堵。T2組的最終排水量比T1、T3、T4組分別多了17.9%、12.5%和24.1%，結(jié)果表明，初始PHD真空壓力的大小影響PHD-PVD階段真空預(yù)壓法的加固效果，40 kPa的PHD初始真空壓力同時避免了PHD和PVD的淤堵，獲得了最好的排水效果。

2.2 土體表面沉降

圖4顯示了各組試驗的土體表面沉降隨時間變化的情況，土體表面沉降值為圖2（b）中5個監(jiān)測點的沉降平均值，圖中可以看到，土體表面沉降值與排水量呈正相關(guān)關(guān)系。PHD真空預(yù)壓階段達到穩(wěn)定時，T1～T4組的土表沉降分別為21.5、34.0、62.1、69.0 mm，試驗結(jié)束時T1～T4組的土表沉降為82.1、94.9、99.4、112.1 mm。可以看到初始PHD不同真空壓力下的真空預(yù)壓排水固結(jié)導(dǎo)致的沉降差異較為明顯，尤其是高真空壓力下的T3組和T4組，PHD真空預(yù)壓階段的沉降分別占了最終沉降的59.5%和78.8%。由于初始PHD的高真空壓力，PHD周圍土體淤堵嚴(yán)重，土體結(jié)構(gòu)性已較強，導(dǎo)致后續(xù)PVD真空預(yù)壓時對土體的徑向固結(jié)作用減弱，后續(xù)沉降較小。與T3組和T4組相反的是，T1組和T2組初始的PHD真空壓力較小，土表經(jīng)排水固結(jié)后的沉降幅度不大，分別占了最終沉降的25.6%和35.6%，在隨后PVD真空預(yù)壓時沉降效果更為明顯。

計算固結(jié)度是衡量土體固結(jié)程度的常用指標(biāo)之一，Cai等^[22]、Liu等^[23]、Wang等^[24]提出的三點法是計算該固結(jié)度的有效方法之一，計算過程為 （3）（4）

式中：為t時刻所求的計算固結(jié)度；為t時刻的土表沉降；為最終的土表沉降；、、分別為任意3個時間點的沉降值。

、、的值已在表4中列出，根據(jù)等式（3）、式（4）計算得到的T1～T4組的分別為11.8、12.5、11.9、11.0 cm，由此計算得到的最終的計算固結(jié)度T1～T4組分別為80.5%、89.6%、83.2%和74.5%。由計算固結(jié)度的結(jié)果可以得知，在初始PHD真空荷載為40 kPa時，PHD-PVD階段式真空預(yù)壓法的土體固結(jié)程度最高，更好地促進了土體的沉降。

2.3 孔隙水壓力

由于真空預(yù)壓過程中水的不斷排出，孔隙水壓力也隨之逐漸消散。圖5為4組試驗中孔隙水壓力消散情況，孔隙水壓力消散值為深度150、300 mm處的孔隙水壓力消散平均值。各組試驗在PHD真空預(yù)壓排水穩(wěn)定時的孔壓消散值分別為7.1、12.8、20.3、25.7 kPa，啟動PVD后，土體中出現(xiàn)了新的排水通道，加速了排水固結(jié)進程，因此孔壓消散曲線上出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折點。最終孔壓消散大小順序為T2>T3>T1>T4，分別消散了38.2、34.7、33.0、31.3 kPa。此外，圖中可以發(fā)現(xiàn)T1、T2組孔隙水壓力消散曲線中的轉(zhuǎn)折點突變更為明顯，這也反映出該時刻土體固結(jié)程度不高。T1組由于初始PHD真空壓力較小，導(dǎo)致土體未形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)去抵抗真空吸力，隨后在PVD的高真空壓力影響下，PVD附近土體發(fā)生淤堵，導(dǎo)致在600 h左右孔壓基本達到穩(wěn)定；T3、T4組與T1組相反，在開啟PVD真空預(yù)壓時，孔壓消散值已占了58.5%和82.1%，土體已完成較大程度的固結(jié)，因此也在較早的時刻達到最終孔壓的穩(wěn)定。而T2組中40 kPa的初始PHD真空壓力使后續(xù)PVD真空預(yù)壓發(fā)揮了較好的排水固結(jié)效果，兩階段的孔壓消散分別占了33.5%和66.5%，延緩了PHD和PVD的淤堵形成時間，使得PHD-PVD-VP在試驗后期也取得了較好的排水速率，促進孔壓的持續(xù)消散。

2.4 含水率與十字板剪切強度

試驗結(jié)束后，按圖2（a）所示位置從不同深度和到PVD不同徑向距離取出土樣測量加固處理后的含水率和十字板剪切強度，圖6、圖7為試驗后含水率和十字板剪切強度沿兩個方向的分布情況。從圖6可以看出，所有試驗組的含水率都顯示出相似的分布規(guī)律，即在同一深度上，含水率隨著到PVD距離的增大而增大。在深度方向上，T3組及T4組在200 mm深度處的含水率比表層含水率高，T1、T2組的含水率則基本沿深度逐漸增大，其中T1變化的幅度更大。這主要是因為：1）PHD內(nèi)初始真空壓力越高，上層PHD附近土體排水固結(jié)速率越快，這樣在PVD真空預(yù)壓進行前，土體已具有一定的強度和結(jié)構(gòu)性，因而土顆粒的徑向固結(jié)速率被減緩，一定程度上阻礙了土柱的形成和排水板彎折引起的真空度衰減^[22]；2）200 mm位置處土體除了受到PVD真空預(yù)壓的作用，距PHD的排水路徑也較短，促進了該處土體的排水固結(jié)，出現(xiàn)比表層含水率更低的情況；3）T1組與T2組由于初始PHD真空壓力較小，導(dǎo)致后續(xù)的PVD真空預(yù)壓占據(jù)主導(dǎo)作用，因此PVD上真空度隨深度衰減較多，使得深處土體含水率始終更高。

在整體處理效果上，試驗T1～T4組的平均含水率分別為43.3%、40.9%、42.9%、44.2%；在處理均勻性方面，試驗T1～T4組不同位置處含水率的最大差值分別為4.5%、3.5%、4.2%、5.2%。此外，圖7中的十字板剪切強度的分布和含水率的分布表現(xiàn)出相似的規(guī)律性，試驗T1～T4組的平均十字板剪切強度分別為20.9、25.5、22.3、20.0 kPa，不同位置處十字板剪切強度的最大差值分別為13.5、9.0、12.0、15.5 kPa。從這些數(shù)據(jù)可以看到，初始PHD真空荷載為40 kPa的T3能夠更好地降低土體的含水率，提升土體的強度，并且處理后的土體均勻性更好。太高或是太低的真空荷載都不能完全發(fā)揮PHD和PVD的性能，導(dǎo)致廢漿脫水加固效果欠佳。

2.5 排水板微觀結(jié)構(gòu)分析

試驗結(jié)束后，取各組的PHD與PVD的濾膜進行電鏡圖像拍攝以了解其淤堵情況。圖8（a）～（d）所示為T1～T4組的PHD濾膜的電鏡圖像，可以觀察到由于T1組的初始真空壓力較小，PHD濾膜內(nèi)雖然積累了一定的土顆粒，但并未充滿濾膜，還留有較多的排水通道；反之，T3、T4組隨著PHD真空壓力的增大，土顆粒嵌入排水板濾膜內(nèi)逐漸聚集并導(dǎo)致了與濾膜之間的粘連，大大減少了排水通道數(shù)目，導(dǎo)致排水板內(nèi)的淤堵。圖8（e）～（h）所示為T1～T4組的PVD濾膜的電鏡圖像，觀察到的現(xiàn)象則大致與PHD相反，由于T1～T4組的PVD統(tǒng)一真空壓力為80 kPa，可以得知PHD的初始真空壓力不僅會影響自身的排水性能，還會影響后續(xù)PVD的濾膜的淤堵情況。綜合PHD和PVD的淤堵情況以及宏觀試驗的情況，T2組中40 kPa的PHD初始真空壓力，避免了大量土顆粒嵌入PHD濾膜，削弱了排水板的淤堵效應(yīng)，隨后80 kPa的PVD真空預(yù)壓在保持良好排水性能的情況下則提高了廢漿的固結(jié)速率，提高了土體強度。

2.6 土體及排水板剖面

試驗結(jié)束并完成取樣后，將土挖開查看剖面形狀，圖9為T1～T4組在試驗之后土體及排水板的相對位置示意圖?？梢钥吹剑?）試驗后T2組的土表沉降明顯大于T1、T3、T4組的土表沉降，并且T2～T4組的土表沉降更為均勻；2）試驗后PHD基本沒有發(fā)生變形，并隨著土體向下移動，PHD之間的間距逐漸減小，排水路徑縮短；3）試驗后PVD均出現(xiàn)了一定的彎曲變形，T2組中PVD的變形程度小于T1組，T3組和T4組中PVD的變形程度最小。從土中應(yīng)力角度出發(fā)，PHD真空預(yù)壓階段時，土體受到PHD真空壓力與自重應(yīng)力的雙重作用，土體豎向應(yīng)力較大，產(chǎn)生豎向沉降的同時，土體也受到一定的水平應(yīng)力，兩個方向上土體都得到了一定的固結(jié)；在PVD真空預(yù)壓階段，真空壓力主要沿徑向傳遞，使土體在一定固結(jié)基礎(chǔ)上發(fā)生橫向變形，產(chǎn)生部分不均勻沉降的現(xiàn)象。T1組中初始PHD真空荷載較小，導(dǎo)致PHD真空預(yù)壓階段的土表沉降不大，并且在20 kPa真空壓力下上部土體固結(jié)效果較差，因此后續(xù)80 kPa的PVD真空預(yù)壓導(dǎo)致了“土柱”的形成，且PVD產(chǎn)生較大的彎折變形。T2組則說明了初始PHD真空壓力在40 kPa以上時，PHD對土體的加固效果占據(jù)了主導(dǎo)地位，土體在經(jīng)過PHD真空預(yù)壓后具備了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使土顆粒的徑向固結(jié)速率減小，因而PVD對廢漿的徑向固結(jié)效果減弱，使得沉降更加均勻并且PVD的彎折變形情況也有好轉(zhuǎn)。T3組和T4組土體表面沉降均勻情況和排水板位置如同T2組，然而T3組和T4組初始PHD真空荷載較高，加固過程中PHD周圍土體滲透性降低，形成致密土層，導(dǎo)致PVD開啟時，上層土體在真空壓力下發(fā)生些微沉降，而深部土體沉降不明顯，使得平均土表沉降不如T2組顯著，并沒有將PHD和PVD的性能發(fā)揮完全。

3 結(jié)論

進行了水平聯(lián)合豎直排水板真空預(yù)壓加固工程廢漿的室內(nèi)試驗。根據(jù)試驗結(jié)果和測量結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

1）初始PHD真空壓力為40 kPa時，水平聯(lián)合豎直排水板真空預(yù)壓法對工程廢漿的排水量及固結(jié)程度最佳，最終排水量比初始PHD真空壓力為20、60、80 kPa時分別增加了17.9%、12.5%、24.1%，根據(jù)沉降計算得到的計算固結(jié)度達到了89.6%。

2）在合適的真空壓力下，PHD聯(lián)合PVD真空預(yù)壓法不僅能有效克服傳統(tǒng)真空預(yù)壓中PVD過快淤堵以及深處土體固結(jié)效果不佳的問題，而且使PHD真空預(yù)壓法對排水路徑遠(yuǎn)處的土體加固效果不佳的問題得到解決。

3）初始PHD真空壓力過低或者過高都不能完全發(fā)揮排水板的性能。初始PHD真空壓力過低時，PVD真空預(yù)壓會起主導(dǎo)作用，并會在PVD周圍造成淤堵，形成不均勻沉降；初始PHD真空壓力過高時，則距離PHD排水路徑短的土體固結(jié)程度較高，不均勻沉降減少，但PVD作用時的固結(jié)效果減弱。

4）微觀試驗的結(jié)果直觀地體現(xiàn)了試驗后PHD和PVD的濾膜淤堵情況，并說明了PHD的真空壓力大小同時影響PHD和PVD的排水性能，從而影響工程廢漿的加固效果。筆者只針對了不同的PHD初始真空壓力，后續(xù)還可以研究其他加載方式對水平排水板聯(lián)合豎直排水板真空預(yù)壓法加固工程廢漿的優(yōu)化效果。

參考文獻

[1] ?CHU J， YAN S W， YANG H. Soil improvement by the vacuum preloading method for an oil storage station [J]. Géotechnique， 2000， 50（6）： 625-632.

[2] ?WANG J， FANG Z Q， CAI Y Q， et al. Preloading using fill surcharge and prefabricated vertical drains for an airport [J]. Geotextiles and Geomembranes， 2018， 46（5）： 575-585.

[3] ?劉飛禹， 張志鵬， 王軍， 等. 分級真空預(yù)壓聯(lián)合間歇電滲法加固疏浚淤泥宏微觀分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2020， 39（9）： 1893-1901.

LIU F Y， ZHANG Z P， WANG J， et al. Macro and micro analyses of stepped vacuum preloading combined with intermittent electroosmosis for treating dredger slurry [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2020， 39（9）： 1893-1901. （in Chinese）

[4] ?徐志豪， 章榮軍， 鄭俊杰， 等. 絮凝固化聯(lián)合真空預(yù)壓處理高含水率淤泥（漿）試驗研究[J]. 土木與環(huán)境工程學(xué)報（中英文）， 2021， 43（5）： 10-18.

XU Z H， ZHANG R J， ZHENG J J， et al. Experimental study on flocculation-solidification combined with vacuum preloading treatment of dredged mud with high moisture content [J]. Journal of Civil and Environmental Engineering， 2021， 43（5）： 10-18. （in Chinese）

[5] ?董志良， 張功新， 周琦， 等. 天津濱海新區(qū)吹填造陸淺層超軟土加固技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2011， 30（5）： 1073-1080.

DONG Z L， ZHANG G X， ZHOU Q， et al. Research and application of improvement technology of shallow ultra-soft soil formed by hydraulic reclamation in Tianjin Binhai new area [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2011， 30（5）： 1073-1080. （in Chinese）

[6] ?ZHOU Y， CHAI J C. Equivalent ‘smear?effect due to non-uniform consolidation surrounding a PVD [J]. Géotechnique， 2017， 67（5）： 410-419.

[7] ?劉飛禹， 陶宇， 王軍， 等. 分級真空預(yù)壓聯(lián)合電滲和強夯法試驗[J]. 中國公路學(xué)報， 2020， 33（9）： 168-179.

LIU F Y， TAO Y， WANG J， et al. Experiment on hierarchical vacuum preloading combined with electro-osmosis and dynamic compaction [J]. China Journal of Highway and Transport， 2020， 33（9）： 168-179. （in Chinese）

[8] ?劉飛禹， 李哲， 袁國輝， 等. 真空預(yù)壓聯(lián)合間歇電滲加固疏浚淤泥試驗研究[J]. 土木與環(huán)境工程學(xué)報（中英文）， 2021， 43（5）： 1-9.

LIU F Y， LI Z， YUAN G H， et al. Experimental study on dredged slurry improvement by vacuum preloading combined with intermittent electroosmotic [J]. Journal of Civil and Environmental Engineering， 2021， 43（5）： 1-9. （in Chinese）

[9] ?SHINSHA H， KUMAGAI T， MIYAMOTO K， et al. Execution for the volume reduction of dredged soil using the vacuum consolidation method with horizontal pre-fabricated drains [J]. Japanese Geotechnical Journal， 2013， 8（1）： 97-108.

[10] ?周洋， 蒲訶夫， 李展毅， 等. 水平排水板-真空預(yù)壓聯(lián)合處理高含水率疏浚淤泥模型試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2019， 38（Sup1）： 3246-3251.

ZHOU Y， PU H F， LI Z Y， et al. Experimental investigations on treatment of dredged slurry by vacuum-assisted prefabricated horizontal drains [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2019， 38（Sup1）： 3246-3251. （in Chinese）

[11] ?蒲訶夫， 潘友富， KHOTEJA Dibangar， 等. 絮凝-水平真空兩段式脫水法處理高含水率疏浚淤泥模型試驗研究[J]. 巖土力學(xué)， 2020， 41（5）： 1502-1509.

PU H F， PAN Y F， KHOTEJA D， et al. Model test on dewatering of high-water-content dredged slurry by flocculation-horizontal vacuum two-staged method [J]. Rock and Soil Mechanics， 2020， 41（5）： 1502-1509. （in Chinese）

[12] ?王柳江， 陳強強， 劉斯宏， 等. 水平排水板真空預(yù)壓聯(lián)合電滲處理軟黏土模型試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2020， 39（Sup2）： 3516-3525.

WANG L J， CHEN Q Q， LIU S H， et al. Model test on treatment of soft clay under combined vacuum preloading with electro-osmosis using prefabricated horizontal drain [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2020， 39（Sup2）： 3516-3525. （in Chinese）

[13] ?王軍， 蔡袁強， 符洪濤， 等. 新型防淤堵真空預(yù)壓法室內(nèi)與現(xiàn)場試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2014， 33（6）： 1257-1268.

WANG J， CAI Y Q， FU H T， et al. Indoor and field experiment on vacuum preloading with new anti-clogging measures [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2014， 33（6）： 1257-1268. （in Chinese）

[14] ?YUAN X Q， WANG Q， LU W X， et al. Indoor simulation test of step vacuum preloading for high-clay content dredger fill [J]. Marine Georesources & Geotechnology， 2018， 36（1）： 83-90.

[15] ?蔡袁強. 吹填淤泥真空預(yù)壓固結(jié)機理與排水體防淤堵處理技術(shù)[J]. 巖土工程學(xué)報， 2021， 43（2）： 201-225.

CAI Y Q. Consolidation mechanism of vacuum preloading for dredged slurry and anti-clogging method for drains [J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2021， 43（2）： 201-225. （in Chinese）

[16] ?張文彬， 楊建貴， 彭劼， 等. 分級加載真空預(yù)壓加固吹填流泥試驗研究[J]. 河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2019， 47（6）： 541-547.

ZHANG W B， YANG J G， PENG J， et al. Field experimental study on dredger fill flow mud improved by graded loading vacuum preloading method [J]. Journal of Hohai University （Natural Sciences）， 2019， 47（6）： 541-547. （in Chinese）

[17] ?WANG J， CAI Y Q， LIU F Y， et al. Effect of a vacuum gradient on the consolidation of dredged slurry by vacuum preloading [J]. Canadian Geotechnical Journal， 2021， 58（7）： 1036-1044.

[18] ?LEI H Y， LU H B， LIU J J， et al. Experimental study of the clogging of dredger fills under vacuum preloading [J]. International Journal of Geomechanics， 2017， 17（12）： 04017117.

[19] ?WANG J， CAI Y Q， FU H T， et al. Experimental study on a dredged fill ground improved by a two-stage vacuum preloading method [J]. Soils and Foundations， 2018， 58（3）： 766-775.

[20] ?LEI H Y， HU Y， ZHENG G， et al. Improved air-booster vacuum preloading method for newly dredged fills： laboratory model study [J]. Marine Georesources & Geotechnology， 2020， 38（4）： 493-510.

[21] ?CAI Y Q， XIE Z W， WANG J， et al. New approach of vacuum preloading with booster prefabricated vertical drains （PVDs） to improve deep marine clay strata [J]. Canadian Geotechnical Journal， 2018， 55（10）： 1359-1371.

[22] ?CAI Y Q， QIAO H H， WANG J， et al. Experimental tests on effect of deformed prefabricated vertical drains in dredged soil on consolidation via vacuum preloading [J]. Engineering Geology， 2017， 222： 10-19.

[23] ?LIU F Y， WU W Q， FU H T， et al. Application of flocculation combined with vacuum preloading to reduce river-dredged sludge [J]. Marine Georesources & Geotechnology， 2020， 38（2）： 164-173.

[24] ?WANG J， FU H T， LIU F Y， et al. Influence of electro-osmosis activation time on vacuum electro-osmosis consolidation of a dredged slurry [J]. Canadian Geotechnical Journal， 2018， 55（1）： 147-153.

（編輯??胡英奎）