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真空预压法处理广州港南沙港区一期工程和配套的物流保税区约260万平方米的软土地基,取得了较好的社会和经济效益。但是真空预压中仍有许多问题没有得到较好的解决,如以往真空预压的加固效果评价仅在加固前后钻孔取样对比分析,导致无论加固效果好坏,真空预压都不能继续进行,不能达到指导真空预压施工的目的。目前,广州南沙龙穴岛上还有上千万平方米超软弱吹填淤泥土需要加固处理,涉及的软基加固费用高达数十亿元。为此,本文以广州南沙龙穴岛上某个真空预压加固工程为背景,设计了现场试验研究方案,提出了在抽真空过程中的钻孔取样技术,改进了传统的地下水位测试技术和孔隙水压力封孔装置,研究了抽真空过程中的土工参数和地下水位变化规律、负压分布模式、密封墙合理宽度的确定以及抽真空作用强度对加固效果的影响,提出了真空预压加固效果评价方法及其卸载标准。主要工作和成果如下:
(1)首次提出了抽真空过程中的钻孔取样技术,为加固过程中土工参数变化和固结规律研究提供了一种新的技术条件,实现加固过程中软土加固效果的评价,指导真空预压施工。利用该技术,研究了抽真空过程中土工参数的变化规律及加固效果。
(2)根据受力平衡方程和气体状态方程,分析了传统地下水位测试技术存在的问题,提出了一种新的地下水位测试技术,研究了地下水位变化规律。
(3)辨析了真空度和负压的有关概念;根据气体状态方程和力学平衡方程,推导出在软土地基中某点真空度测头读数和孔隙水压力计读数的理论关系式,证明了真空度和孔隙水压力差或负压的区别和联系,认为测试膜下真空度宜采用真空表,测试地下水位以下测点的负压则应采用孔压计而不应用真空表。
(4)改进了孔隙水压力封孔装置,研究了负压的分布模式,认为负压沿塑料排水板的分布基本不变,且和膜下真空度基本一致。
(5)根据达西定律,推导出了淤泥搅拌墙合理宽度的确定公式并在实际工程中得到验证。
(6)通过现场对比试验,研究了抽真空作用强度对加固效果的影响。本试验区对比试验表明,在抽真空的前期真空泵的开启数量对真空预压加固效果影响较大,而真空泵本身的功率高低对加固效果影响不大,在此基础上提出了抽真空系统的设计原则。
(7)根据现场拟合真空预压固结度计算公式以及已有理论公式,推导出按容许的工后沉降量计算可卸载的沉降速率公式,据此分析了现有真空预压卸载标准存在的问题。根据抽真空过程中土工参数的试验结果,提出了真空预压加固效果的评价方法和真空预压卸载标准,并为同类工程所验证。根据该卸载标准,计算出真空预压加固南沙软土时间大约只需25天左右即可达到较好的加固效果,和实测结果一致。与原设计卸载标准相比,按本文建议的标准卸载,可节约成本约30元/m<2>,以此推算南沙龙穴岛上后续真空预压工程可节约工程成本3亿元以上,并缩短大量工期。
(8)根据与堆载预压经济等效原则,提出了评价真空预压是否可行的理论公式。结合本文提出的真空预压加固效果评价方法,给出了真空预压法加固软土适用范围的判别标准。