4　單井模型試驗結(jié)果分析

按照監(jiān)測內(nèi)容，對三個單井模型試驗進(jìn)行全過程的監(jiān)測，包括不同深度處的真空度、沉降、超靜孔隙水壓力和出水量，試驗時間為25d。為求敘述方便，將三個不同排水體的模型桶：防淤堵整體式排水體模型桶、常規(guī)分離式排水體模型桶、袋裝砂井模型桶，分別用英文符號Z、F和S來表示。

4.1　真空度

監(jiān)測25d各個模型桶的四個不同深度位置處的真空測頭讀數(shù)，如圖4所示。土中各條曲線符號中S、0.2、0.6、1.0分別代表模型桶內(nèi)從上到下的4個真空測頭。排水體不僅僅是起到徑向排水的作用，而且能夠傳遞真空度至深層土體，增加深層土體的附加應(yīng)力，使得深層軟土也能得到有效加固。排水體的類型和結(jié)構(gòu)不同，則排水性能不同，真空度向深層的傳遞能力也不同，這些決定了排水體的加固效果。

真空度的傳遞是衡量排水體優(yōu)劣的一個主要指標(biāo)。由圖4可以看到，開啟真空泵后，隨著空氣被迅速抽出，排水體不同深度處的真空度很快就能達(dá)到對應(yīng)深度處的最大值。防淤堵整體式可以達(dá)到50kPa的負(fù)壓，不同深度處的真空度數(shù)值也比較接近，最大之差在10kPa以內(nèi)，說明真空度向下傳遞損失較小；常規(guī)分離式不同深度處的真空度差別較大，由于此時排水板尚未有彎曲，還未對真空度造成影響，考慮為分離式的濾膜所致，在負(fù)壓作用下已經(jīng)對排水面積造成一定的影響，引起真空度的衰減；袋裝砂井模型桶產(chǎn)生的負(fù)壓最低，最大值處為砂墊層位置的22kPa，最小處只有15kPa，真空度較低，原因為袋裝砂井的阻力較之兩類排水板較大，沒有形成上下貫通的排水通道，真空度沿著分離式排水板向下傳遞過程中能量損失較大。

隨著試驗天數(shù)的遞進(jìn)，三個模型桶的真空度變化趨勢是一致的：真空度均有下降的趨勢。其中，整體式排水體的模型桶真空度降低30%～38%，分離式的降低13%～32%，袋裝砂井降低100%，除了袋裝砂井最終完全沒有真空壓力外，其余兩者最后均能趨于一個穩(wěn)定的真空負(fù)壓值，這與實際工程的監(jiān)測結(jié)果是一致的。

對于袋裝砂井真空度的變化規(guī)律，其原因除了其初始真空度較低外，另一個主要原因是排水通道的淤積。袋裝砂井采用100目的尼龍網(wǎng)作為濾膜，100目尼龍網(wǎng)等效孔徑為0.15mm，而軟土中小于0.075mm的細(xì)粒占總數(shù)86%，說明大部分軟土黏粒和粉粒可以輕易穿過尼龍網(wǎng)，進(jìn)入砂井內(nèi)部，如前所述砂井沒有全長貫通的排水通道，排水速率慢，細(xì)粒逐漸沉積造成排水通道的淤積，排水通道淤積越嚴(yán)重，井阻越大，真空負(fù)壓往深度傳遞損失就越大，反映在曲線圖上，則為袋裝砂井模型桶在試驗第17d后基本無真空度。對于整體式排水體和分離式排水體，因其外包一層等效孔徑為0.047mm的濾膜，而軟土中小于0.047mm的顆粒只有30%左右，即穿過濾膜進(jìn)入芯板的數(shù)量相對較少，加上排水板的排水通道是全長貫通的，排水速率快，單個排水通道的大小遠(yuǎn)比穿過濾膜的顆粒要大，即使顆粒進(jìn)入到芯板處，也會隨著水被排走，沉積下來的比較少，不引起排水通道的堵塞，因此真空度隨時間衰減的程度較小。

4.2　超靜孔隙水壓力

監(jiān)測25d三個模型桶的不同深度位置處的孔隙水壓力讀數(shù)，計算三個模型桶內(nèi)由于真空負(fù)壓作用，產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力，如圖5所示。圖中曲線符號0.2、0.6分別表示孔壓計在土表面以下0.2m和0.6m。

由圖5可以看到，三個模型桶內(nèi)由于真空荷載作用下產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力值略低于真空度，且其增長規(guī)律并不像真空度一樣，在開啟真空泵后會立刻增長至最大值，超靜孔隙水壓力的增長明顯滯后于真空度，這主要是因為對于真空度而言，排水體內(nèi)部孔隙多且大，對于排水板來說更是有上下貫通的排水通道，真空度在排水體內(nèi)部傳遞很迅速；但在飽和軟土中，遠(yuǎn)離排水體的土中水由于一時排水受阻，超靜孔壓會逐漸累積增長，因此距離排水體中軸線8cm的孔壓計，在試驗第6d才全部達(dá)到最大值；試驗期間變化曲線呈“鋸齒”狀態(tài)，試驗后期受真空度降低的影響一樣，有變小的趨勢。超靜孔隙水壓力的消散也有一個滯后的過程，這也是袋裝砂井在第17d真空度降為零后，仍保持有超靜孔隙水壓力的原因。

4.3　沉降量

監(jiān)測25d三個模型桶內(nèi)軟土的沉降壓縮量，如圖6所示，沉降量反映了不同排水體的真空預(yù)壓加固效果。由圖6沉降-時間曲線可以看到，三個不同排水體的模型桶，其沉降符合真空預(yù)壓地基沉降的一般規(guī)律，即預(yù)壓初期（0～5d）基本保持線性增長關(guān)系，沉降速率較快，除袋裝砂井的沉降速率稍慢，只有0.5cm/d外，其余兩類排水板均能達(dá)到1cm/d的沉降速率。沉降速率快主要是由于土體受真空負(fù)壓作用的初始階段，原狀土孔隙中大量自由水會在短時間內(nèi)被吸走排離，單井環(huán)境沒有自由水的補充，土體發(fā)生較大的沉降變形；砂井與兩類排水板的沉降速率不同，主要是砂井中的沙雖然滲透系數(shù)較大，但比之排水板還是有一定差距，相對而言，袋裝砂井的排水效率低，沉降速率慢。工程中要求排水體在預(yù)壓初期排出的水量較大，塑料排水板可以滿足這一要求。

預(yù)壓中期（5～20d）沉降速率變緩，袋裝砂井的沉降發(fā)展已接近水平線，兩類排水板的沉降速率雖然相似，但沉降量已經(jīng)有所區(qū)分。原因總結(jié)為：①在這一階段土體已經(jīng)有一定程度的固結(jié)，軟土壓密、孔隙減少，滲流速度逐漸變慢；②土骨架在這一階段形成，抵抗固結(jié)沉降；③經(jīng)過預(yù)壓初期的排水，土中自由水含量已經(jīng)比較低了；④排水板體隨著土體壓縮而彎曲變形，影響通水效率；⑤這一階段真空度有所下降，對水的吸力減弱。

到了預(yù)壓后期（20～25d）沉降速率進(jìn)一步變緩，袋裝砂井已基本無沉降發(fā)展，其余兩類排水板的沉降曲線也可近似認(rèn)為是水平線，最大的沉降速率只有0.08cm/d，已小于現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的停止真空預(yù)壓的控制標(biāo)準(zhǔn)0.5cm/d，可以認(rèn)定為軟土加固完成。

單井模型試驗的最終沉降量由以下幾方面決定。①排水性能因素。排水板的通水性能的高低直接影響了真空預(yù)壓加固效果的好壞。②真空荷載的大小。真空荷載決定了排水體對土中水的吸力大小及有效排水直徑。③濾膜的等效孔徑。濾膜的等效孔徑對應(yīng)不同的軟土應(yīng)具有針對性，不能過大也不能過小，過大則會使土顆粒穿過濾膜進(jìn)入排水體，造成淤積，過小則影響透水性能。這三個因素是共同作用、互相影響的。

三個排水體中，袋裝砂井的最終沉降量是最小的，只有4.94cm，與前述真空度低、通水性能差、細(xì)粒進(jìn)入砂井內(nèi)部引起淤積是分不開的。

對于兩類排水板，沉降曲線變化規(guī)律比較接近，在第10天沉降差距小，差距主要是在10～20d拉大的，主要考慮為排水板彎曲之后通水性能折減程度的區(qū)別。整體式排水板不論是垂直還是彎曲狀態(tài)下，其通水性能都要比分離式的高折減程度低，也比分離式的低；而分離式排水板的臨界彎折角度范圍較大，在低的彎曲程度下通水性能就會發(fā)生較大的折減，反映在模型試驗中則為：10d以內(nèi)整體式沉降量大于分離式的，但兩者數(shù)值上相差不大；10d之后分離式通水性能折減程度較為嚴(yán)重，整體式的折減程度低，因此兩者沉降差明顯拉大。

如圖7所示，為三個模型桶的固結(jié)度-時間曲線圖，雖然每個模型桶的沉降量不一致，排水體及真空度的也有較大的差異，但其固結(jié)度的發(fā)展規(guī)律是很相似的。可以清晰地看到在試驗第5d，三個模型桶內(nèi)軟土的固結(jié)度均達(dá)到了50%以上，在試驗第10d，達(dá)到70%的固結(jié)度，即只用了40%的總時間，軟土已經(jīng)完成70%的固結(jié)沉降，這也說明軟土在真空預(yù)壓作用下能較快完成固結(jié)；之后的15d的真空預(yù)壓，只是讓土體完成剩下30%的固結(jié)度。這也符合了越到后期，固結(jié)度增長越慢的規(guī)律。

根據(jù)上述三個模型試驗的監(jiān)測結(jié)果，加固效果排序為防淤堵整體式＞常規(guī)分離式＞袋裝砂井。通水性能較好的排水體，往往能表現(xiàn)出良好的加固效果，其原因總結(jié)為：排水效率高、濾膜對排水面積的影響程度低、真空度傳遞得深、彎折后通水性能折減少，這幾個因素是相輔相成的，并不能單獨孤立起來考慮。