陳運濤，尚德志，劉寶發(fā)

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司 港口巖土工程技術交通行業(yè)重點實驗室 中交股份巖土工程重點實驗室，天津 300222；2.中交天津港灣工程設計院有限公司，天津 300461；3.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

堿渣是氨堿法生產純堿時產生的工業(yè)廢料，其主要化學成分以Ca為主，具有含水量高、孔隙比大、強度低的特點[1-2].20世紀80、90年代天津堿廠在生產純堿的過程中把大量的堿渣堆放在沿海灘涂，隨著近年濱海新區(qū)規(guī)劃建設的不斷深入，特別是“八個功能區(qū)”的興建，給土地資源帶來很大壓力.如何利用這些廢棄的堿渣堆場，是一個需要解決問題.

本文描述了在堆放堿渣的灘涂上面進行軟基加固工程的現場條件、加固方案和監(jiān)測過程.對現場取得的實際監(jiān)測數據進行了分析和比較，對地基土體的加固效果進行了評價.

1 工程地質條件[3]

本工程加固前現場原狀取土的結果表明該區(qū)域地層自上而下為：①堿渣，層厚3.0～4.0m，孔隙比大，含水量高，強度低；②淤泥質粉質粘土，層厚2.0 m，軟塑狀；③淤泥質粘土，層厚2.0 m，流塑狀；④淤泥，層厚4.0m，流塑狀；⑤淤泥質粘土，層厚6m，軟塑～流塑狀；⑥粉質粘土，可塑狀，含大量貝殼，未揭穿.

以上資料表明本工程地基上部是含水量很高的堿渣，下部由近代海相沉積土層組成，淤泥層厚，壓縮性高，強度低，屬于軟土地基，不經加固處理不能正常使用.

2 地基加固方案及監(jiān)測儀器布置

采用真空預壓法處理地基，在地表鋪設0.4m厚的砂墊層層，打設B型塑料排水板，正方形形布置，間距1.0m，打設深度19.5m，真空滿載壓力85 kPa，真空滿載時間不小于100 d，加固后地基承載力不小于80 kPa.

為了掌握施工過程中堿渣層及各軟土層的固結、沉降變化情況，確保施工質量，設計安排了以下監(jiān)測工作內容：地表沉降監(jiān)測、分層沉降監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測.監(jiān)測儀器布置平面圖見圖1.

3 監(jiān)測結果及分析

3.1 實測地表沉降數據分析

在真空荷載的施加過程中，地表沉降隨著真空壓力的負壓作用而逐漸增長，對各沉降盤沉降和沉降速率進行統(tǒng)計，實測地表沉降量時程曲線和沉降速率曲線見圖2、圖3.

對圖2和圖3沉降數據進行分析，在真空度穩(wěn)定達到85 kPa后一周內地表沉降速率大于20 mm/d，30 d內地表沉降速率大于8 mm/d，因此前期地表沉降量較大，在真空度穩(wěn)定的前50 d內，整個地基的沉降量較大，可占總沉降量的80%以上，隨著真空預壓時間的推移，沉降曲線呈收斂的態(tài)勢，經過3個多月的真空預壓，沉降盤的沉降速率明顯變小，沉降速率只有2mm/d左右，有的已經小于1mm/d，此時地基沉降已基本穩(wěn)定.圖3沉降速率隨著時間的推移，其值有所波動是真空壓力不穩(wěn)定造成的，但整體趨勢是減小.

3.2 孔隙水壓力

真空荷載下地基孔隙水壓力不斷消散，圖4是孔隙水壓力消散曲線.由圖4曲線分析可以知同一施工區(qū)內相同的施工條件下，堿渣層孔隙水壓力消散的速度要快于淤泥質土層孔隙水壓力消散的速度，同時由表1可以看出堿渣層孔隙水壓力消散量為77.3 kPa也大于淤泥質土層孔隙水壓力消散量.

3.3 分層沉降

打設塑料排水板后，按設計要求，在加固區(qū)埋設了深層分層沉降儀，實測分層沉降曲線見圖5，各土層沉降量統(tǒng)計結果見表2.

表1 孔隙水壓力消散結果統(tǒng)計表Tab.1 Statistical tableofwater pressure dissipation

由圖5實測分層沉降時程曲線看出，施加真空荷載的初期堿渣層沉降曲線較其他土層較陡，說明前期堿渣層沉降速率大，固結速率快，隨著時間的增加，堿渣沉降曲線變緩，沉降速率逐漸減小，從分層曲線整體來看堿渣層在真空荷載下的變形規(guī)律與淤泥質粘土層變性規(guī)律基本一致.根據分層沉降曲線推算各土層的固結度，由表2知，堿渣層固結度為88.6%，略大于其他土層的固結度，與孔隙水壓力觀測結果一致.由表2可知地基土體沉降主要集中在在+6.4～+2.4m的堿渣層和1.6～5.6m的淤泥層，其他土層沉降相對較小，堿渣層沉降量幾乎占到總沉降量的30%以上.

表2 各土層沉降量結果統(tǒng)計表Tab.2 Statistical table of settlement forevery soil layer

4 處理效果分析

4.1 固結度分析

一般認為，從實測沉降資料推算的地基最終沉降較為準確.由實測沉降曲線來看前期沉降量明顯較陡，占總沉降量的比例很大，其應力一應變關系明顯呈非線性，其實際壓縮過程不一定符合指數曲線關系，因此本工程地基最終沉降量采用沉降雙曲線法推算[4].計算方法如下：

圖5 分層沉降時程曲線Fig.5 Time-history curveof stratified settlement

4.2 加固前后土性變化

為了了解真空預壓加固的效果，加固前、后在加固區(qū)中心進行原狀取土，并取樣進行室內土工試驗.加固前、后各主要土層物理力學性質變化見表3.

由表3可以看出，加固后地基各土層土體含水率、孔隙比、壓縮系數均有不同程度的變化，其中堿渣層的含水率降低51.46%，孔隙比降低51.09%，壓縮系數降低88.18%，說明堿渣層物理性質得到明顯改善.從表3數據分析堿渣層物理性質變化量明顯大于其他加固土層，說明本工程堿渣層加固效果優(yōu)于其他土層.

4.3 現場十字板試驗

根據加固前后十字板試驗成果，繪制抗剪強度隨深度變化的對比關系曲線見圖6，加固前后各土層十字板強度的統(tǒng)計結果見表4.

由圖4可以看出加固后各土層十字板強度明顯增長，堿渣層加固后十字板強度達到43.7kPa，增加16.9kPa，而其他加固土層十字板強度增長5.4～13.8kPa，說明堿渣層加固效果優(yōu)于其他加固土層.

根據式 ( 4)[5]推算加固后堿渣地基各土層容許承載力均可達到80 kPa以上.

5 結論

本文以實際工程為背景，說明真空預壓應用于加固堿渣地基是成功有效的.通過對這一工程的跟蹤監(jiān)測，得到大量有價值的數據，進而對這些數據進行分析，得到如下結論.

表3 加固前后土的物理力學指標對比表Tab.3 Contrast table of physicalandmechanical indexes forsoilof before and after reinforcement

表4 加固前后十字板強度對比表Tab.4 Contrast table of vane shear strength before and after reinforcement

1）堿渣具有含水量高、孔隙比大、壓縮性大等與軟土相近的特性，經過真空預壓處理堿渣物理指標如含水率、孔隙比、密度和壓縮系數等都有一定的改善，承載力可以達到80 kPa以上，說明真空預壓法處理堿渣地基是一種解決堿渣排放，緩解土地資源壓力的經濟實用方法.

2）根據本工程的監(jiān)測結果，在相同的真空預壓條件下，堿渣的固結度略大于淤泥及淤泥質粘土的固結度.

3）本工程堿渣滲透系數約為1.65×104cm s1，明顯大于淤泥質土層的滲透系數，施工過程中壓膜溝挖設深度應超過堿渣層厚度0.5m以上，否則易出現漏氣現象.

4）堿渣孔隙比，壓縮系數遠大于一般的粘土，加固區(qū)內由于回填堿渣厚度不均，隨著真空預壓加載的進行而出現不均勻沉降現象，容易造成密封膜的開裂，因此在鋪設密封膜的過程中應留出一定的伸縮量以防在加固過程中出現密封膜撕裂的現象.

[1]閆澍旺，侯晉芳，劉潤.堿渣與粉煤灰拌合物的巖土工程及環(huán)境特性研究 [J].巖土工程學報，2006，27（12）：2305-2308.

[2]葉國良，苗中海.堿渣的綜合利用 [J].港口工程，1998（12）：10-16.

[3]陳運濤.天津港集裝箱物流中心東區(qū)地基處理工程 D區(qū)加固效果檢驗報告 [R].天津：天津港灣工程研究所，2007.

[4]JTS 147-1-2010，港口工程地基規(guī)范 [S].

[5]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范（2009）[S].