新近吹填淤泥地基真空固结失效原因分析及对策

新近吹填淤泥地基经无砂垫层真空预压技术加固后,土体强度增长有限,地基有效加固深度小,地基承载力仍然较低。为了深入分析新近吹填淤泥地基真空固结失效原因,首先对不同地区新近吹填淤泥的工程特性进行了系统地研究,然后采用3种典型的竖向排水体进行了室内真空固结单井模型对比试验研究,研究结果表明：①新近吹填淤泥中黏粒含量（d0.005 mm）过高、竖向排水体反滤层的等效孔径过小、真空加载速度过快是竖向排水体出现较严重淤堵现象的主要原因;②排水系统内的真空度局部损失较大,竖向排水体弯曲程度大和水平排水垫层中真空度传递阻力大均致使较大的真空度沿程损失;③土体中强亲水矿物含量较高、排水体中出现严重的淤堵现象和过大的真空度损失等共同降低了排水系统的排水效率,削弱了土体中的真空压力作用,最终致使土体的加固效果不理想。最后,有针对性地提出了相应的解决对策。     

吹填区软土真空预压加固效果对比测试分析

为研究真空预压加固在温州沿海吹填区软土地基的适用性与加固效果,结合温州沿海某吹填区道路工程软土地基真空预压处理实例,通过室内土工试验和现场原位测试对加固前后吹填区软土物理与力学指标进行了对比分析。结果表明:真空预压能有效加固温州吹填区软土地基,预压加固后在地表15 m深度范围内土体物理力学指标有明显提高,但加固效果沿深度基本呈线性衰减; 加固后室内土工试验指标有一定改善,含水量和孔隙比降低约10%,压缩模量提高约10%; 同时现场原位测试指标提高更为明显,现场十字板剪切强度和静力触探侧阻平均增幅分别约为45%和40%,但加固前后土体灵敏度指标变化并不大,即真空预压加固对土体的灵敏度改善不明显; 采用传统真空预压法加固温州沿海吹填区软土地基在技术可行,经济上合理,其有效处理深度可达15 m; 受温州海相软土低渗透性和高黏性的影响,在竖向排水体周围出现明显的“土柱效应”,从而使真空预压加固效果在平面上呈现一定的不均匀性。     

吹填淤泥真空预压固结机理与排水体防淤堵处理技术

针对吹填淤泥真空预压地基处理效果差的关键问题,全面总结了笔者及其课题组多年来的研究成果,主要包括4个方面:(1)采用超低压固结–渗透仪进行了大量的吹填淤泥固结、渗透试验,发现了初始含水率和液限对压缩–渗透性状的影响规律,建立了压缩过程中渗透系数的定量演化规律。(2)吹填淤泥真空预压过程中的位移、应变发展规律和土柱形成机理。基于粒子图像测速(PIV)技术和粒子追踪测速(PTV)技术,获得了吹填淤泥真空预压固结过程中的土体位移、应变发展规律,揭示了吹填淤泥真空预压固结机理,获得了真空预压作用下不同初始含水率和不同级配吹填淤泥的土柱形成过程。(3)吹填淤泥真空预压固结计算方法。基于不均匀应变假定提出了土柱区内、外固结计算公式,获得了不同边界真空度时空变化下的固结规律。以土柱形成过程为基础,建立了考虑土柱影响的吹填淤泥真空预压固结计算方法。(4)通过室内和现场试验,从增强真空渗流场、延缓土柱形成和改良土性等方面,优化排水板滤膜孔径,提出了分级、增压式、絮凝–真空预压等多项防淤堵处理技术,缓解排水体淤堵,提高固结速率,加速吹填淤泥处理,增强加固效果。研究成果对吹填淤泥场地开发利用,缓解城市土地资源紧张,促进城市可持续发展具有重要意义。     

真空加载方式对排水板滤膜淤堵影响试验研究

塑料排水板滤膜的淤堵直接影响到真空预压排水固结法加固新近吹填淤泥的效果,而真空荷载加载方式是引起排水板滤膜淤堵的主要原因之一。通过室内模型试验,采用5种不同等效直径的排水板滤膜并通过控制不同的真空加载方式加固新近吹填淤泥。试验过程中对泥面沉降、排水板和土中不同深度的真空度进行监测,试验结束后测试排水板滤膜的渗透系数。试验结果表明:真空荷载不分级或者分级梯度太大,对真空预压排水固结法加固新近淤泥效果较差,排水板滤膜容易产生淤堵;排水板滤膜的等效孔径越小其淤堵情况越严重。排水板滤膜发生淤堵后其渗透系数将降低,对土体的排水固结产生不利的影响。作者建议:在真空预压处理新近吹填淤泥的工程实践中,宜选用较大的排水板滤膜等效孔,真空荷载宜采用分级加载方式,且每级真空梯度不宜过大。     

不同加固方法处理吹填淤泥地基的对比分析

以大亚湾石化区填海工程中吹填淤泥地基加固工程为背景,探讨真空预压法和静动力排水固结法两种地基处理方法在相同面积、同一吹填口吹入淤泥的H1和I1地块中应用的情况。同时从地基沉降值、土体的物理力学性质、原位测试指标等方面,分析了真空预压法在H1地块、静动力排水固结法在I1地块的加固效果,比较了两种方法的优缺点。结果表明,静动力排水固结法更适用于该区域的吹填淤泥地基加固。     

吹填淤泥真空预压加固效果分析

结合天津某吹填淤泥真空预压处理工程,分析了吹填淤泥沉降、水平位移及孔隙水压力消散变化特点,并结合加固前后室内土工试验和现场十字板剪切试验对真空预压的加固效果进行了对比分析,试验结果表明:加固后吹填淤泥的物理力学性质指标及现场十字板试验结果均得到大幅度提高。     

真空联合堆载预压处理软土地基测试与分析

结合山东某港口大面积吹填软土地基处理实践,阐述了真空联合堆载预压施工相关监测和检测内容及其基本操作方法;分析了真空联合堆载预压施工过程中土体表面沉降、分层沉降、深层水平位移以及孔隙水压力的发展变化过程和规律。表明真空联合堆载预压法加固软土地基具有真空预压和堆载预压的双重加固特征,堆载能加速软土地基的固结变形,但在堆荷较小情况下,被加固土体总体仍表现为土体向加固区中心位移的收缩固结变形特征。从工后现场原位测试及试样室内土工试验成果可以看出,淤泥土层加固后含水量、孔隙比均有大幅减小,土体物理力学性质得到较大改善,土体强度增长幅度可达100%～300%。说明真空联合堆载预压应用于处理大面积吹填软土地基是成功可行的,其加固效果明显,有效影响范围可达排水板深度。     

超软土地基交替式真空预压法加固效果影响因素分析

针对目前常规真空预压法处理超软土地基时常出现的排水板易淤堵、加固效果欠佳等工程问题,提出一种新型的交替式真空预压技术.为深入了解交替式真空预压技术处理超软土地基的加固效果及其影响因素,对天津滨海新区新近吹填淤泥进行室内模型试验.试验结果表明,与常规真空预压法相比,交替式真空预压法可以有效防止淤堵泥层的加剧,使得土体加固...     

考虑通水量影响的塑料排水板加固深度的理论研究

针对新近吹填土淤泥地基处理中加固深度小,土体强度增强有限等问题,提出理论分析加固深度的新思路,即以传统的负压下砂井固结方程的解析解为基础,通过迭代法计算出土体中任意一点的固结度,换算出土体的加固深度,从而分析研究塑料排水板的通水量变化对加固深度的影响,得出加固深度的变化规律。结果表明:在真空预压处理新近吹填土淤泥地基时,排水板的通水量对地基的加固深度有显著的影响;在一定的固结时间(90 d)内,排水板之间的土体会形成5~10 m的硬壳层,通过延长加固时间可以增加硬壳层的厚度;当通水量减小超过60%时,延长固结时间对改善加固深度作用不大。因此,设计和施工中应充分考虑排水板的通水量影响。     

吹填砂地基排水板堆载预压加固效果三维有限元分析

填海造陆工程中的原位淤泥沉积层具有强度低、含水率高、压缩性高等特点。为加速吹填地基的固结,提高其强度,通常使用竖向排水体联合堆载预压的方式进行地基处理。使用有限元方法,对吹填砂地基排水板堆载预压问题进行了研究。建立了排水板地基三维数值模型,考虑了淤泥沉积层的非线性以及井阻效应和涂抹效应,分析了塑料排水板参数和堆载预压参数对加固效果的影响。得到以下结论:加固深度小于排水板长度约1 m;排水板布置间距不超过1.4 m才能保证将地基土的径向固结度维持在80%;均匀的堆载间隔时间和分级加载量有利于地基的整体安全性。     

真空预压地基卸荷变形特性试验研究

为认识真空预压地基在真空压力卸载中的变形特性,对原状软黏土土样进行了常规三轴仪等向压缩与膨胀试验以及CKC三轴仪压缩膨胀试验,以模拟真空预压地基中各种应力状态下的土体单元在卸除真空压力这种球形压力后的变形特征。研究结果表明,真空压力卸载过程中地基土体既产生弹性的体积膨胀,因偏应力的存在,土体还产生剪切变形,在真空联合堆载预压中,堆载产生的较大偏应力将导致真空压力卸载时地基回弹很小,甚至地基继续沉降。真空压力卸载时,地基的沉降效果是土体膨胀变形和土体的剪切变形的叠加。     

Experimental study of PVD-improved dredged soil with vacuum preloading and air pressure

The PVD-vacuum method is the main method used to treat dredged soil, but sometimes it cannot completely meet engineering needs due to the limitations of vacuum pressure. Therefore, based on the traditional PVD-vacuum method, a method of air pressure combined with vacuum preloading is proposed in this paper. The air pressure is transmitted into the dredged soil by using an impermeable and flexible membrane airbag embedded in the dredged soil. A comparison of the traditional PVD-vacuum method and the combination of air pressure and vacuum preloading is investigated by the model test. The data of the settlement and water discharge during the test are monitored. After the tests, the water content and shear strength at different positions are measured. Finally, a method for calculating the volume change of dredged soil is proposed, and the results of the test are used to prove the correctness of the proposed method.     

PAC改进真空预压法加固软土地基试验研究

选取广西吹填造陆场区土样,测试了土样基本物理特性指标,开展了不同聚合氯化铝(以下简称“PAC”)添加量条件下真空预压室内模型试验。通过监测真空预压过程中真空度传递和超静孔隙水压力消散的情况,得到了排水量、超静孔隙水压力消散、真空度随时间变化规律以及不同添加量下的排水稳定时间;通过十字板剪切强度测试得到了十字板剪切强度随深度增加逐渐减小的规律;分析了聚合氯化铝改进真空预压法的加固性能。研究结果表明:聚合氯化铝的存在可以提高真空预压的加固效率,缩短加固周期10%~35%;超静孔隙水压力消散值相比较未掺加组提高了20%~30%;真空压力损失比未掺加组试样最高可降低11%,真空加载稳定所需耗时降低了约20%~50%,有效降低真空压力达到稳定的时间,实现了快速稳定真空加载的目的;加固后十字板强度提高了20%~30%;聚合氯化铝添加量存在较优掺加配比,当掺加比为0.3‰时具有较好的应用价值。     

A pilot test on a membraneless vacuum preloading method

A membraneless vacuum preloading method is proposed in this paper for soft soil improvement. The method offers several advantages over the conventional vacuum preloading in which membrane is used to create the airtight condition and sand blanket layer to distribute vacuum. To assess the effectiveness of the proposed method, a pilot test was conducted at a land reclamation site in Tianjin, China. The ground settlement and the pore water pressure (PWP) at different elevations in soil were measured. After vacuum preloading, the average water content of the soft soils reduced by approximately 12% and the undrained shear strength increased twofold. The average degree of consolidation at the end of the vacuum preloading achieved 85.1% based on the settlement data and 84.5% based on the PWP data. The pilot test data have shown that the proposed method exhibits similar efficiencies to the conventional vacuum preloading method.     

真空堆载联合预压加固沿海滩涂软基的效果分析

结合工程实例,对采用真空堆载联合预压法处理大面积沿海滩涂软基的加固效果进行分析和评价。通过表层沉降监测、孔隙水压力监测以及地基施工完成后的十字板剪切试验和浅层平板载荷检测等,得出处理后的软土层沉降量接近1．5m、软土地基物理力学性质变化明显、地基承载力得到大幅提高,表明采用真空堆载联合预压法处理沿海滩涂软基是可行的,具有良好的推广前景。     

Influence of prefabricated vertical drains spacing on FeCl3-vacuum consolidation of a landfill sludge

The spacing of PVDs is an essential factor affecting the consolidation effect of vacuum preloading. For exploring the influence of spacing of PVDs on the impact of sludge drainage consolidation, FeCl_3, a commonly used inorganic coagulant, was used to pretreat the sludge. In the experiment a vacuum filtration test was carried out to determine the optimal addition amount of FeCl₃, and then the landfill sludge was pretreated according to the FeCl₃ optimal addition amount. And two different spacing of PVDs were used to carry out a vacuum preloading contrast test. Then, the drainage and settlement were recorded, and water content and vane shear strength (VSS) were measured after the experiment. Finally, Mercury intrusion porosimetry (MIP) was carried out to explore the pore characteristics of the sludge further. The main conclusions are as follows: After conditioning by FeCl₃, the sludge’s flocculent structure was destroyed, the intracellular water was released, and the effect of drainage capacity was significantly improved. After the spacing of PVDs is halved, the average volume reduction ratio and shear strength increases, and the effect of advanced dewatering and volume reduction of sludge improved significantly, leading to a better consolidation effect. In the progress of vacuum drainage consolidation, halving the spacing of PVDs results in large pores transformation into small pores, and the range of drainage consolidation is greatly expanded.     

快速真空预压结合强夯法的现场试验研究

结合珠海某软基工程,采用快速真空预压结合强夯法进行软基处理。现场试验结果表明,加固后软土物理力学性质明显得到改良,软土强度得到较大提高,地基承载力试验结果满足设计要求,地基加固效果良好,对类似工程具有一定的指导意义。     

深层增压式真空预压法处理软土地基室内模型试验

普通真空预压法在处理软土地基时,由于真空度向下传递的过程中受涂抹、井阻等作用,使深层土体获得的真空荷载较小,往往导致深层土体得不到有效的加固。针对这种缺陷提出一种深层增压式真空预压处理软土地基的方法,此方法主要是通过向深层土体增压以扩大深层土体与竖向排水板及其上层土体的压力差,从而加快土体中的孔隙水的渗流速度。另外,由于深层土体因得到增压而其气压高于上层土体及排水板处的气压,这样就会在深层土体和竖向排水板及上层土体之间形成对流,从而带动土体中的孔隙水向上层土体和排水板处流动而提高排水速率。试验表明:经深层增压式真空预压法处理后土体的含水率、累计沉降量、十字板抗剪强度等指标均优于普通真空预压处理的土体,说明深层增压式真空预压能够有效地提高软土地基的加固效果。