4　单井模型试验结果分析

按照监测内容，对三个单井模型试验进行全过程的监测，包括不同深度处的真空度、沉降、超静孔隙水压力和出水量，试验时间为25d。为求叙述方便，将三个不同排水体的模型桶：防淤堵整体式排水体模型桶、常规分离式排水体模型桶、袋装砂井模型桶，分别用英文符号Z、F和S来表示。

4.1　真空度

监测25d各个模型桶的四个不同深度位置处的真空测头读数，如图4所示。土中各条曲线符号中S、0.2、0.6、1.0分别代表模型桶内从上到下的4个真空测头。排水体不仅仅是起到径向排水的作用，而且能够传递真空度至深层土体，增加深层土体的附加应力，使得深层软土也能得到有效加固。排水体的类型和结构不同，则排水性能不同，真空度向深层的传递能力也不同，这些决定了排水体的加固效果。

真空度的传递是衡量排水体优劣的一个主要指标。由图4可以看到，开启真空泵后，随着空气被迅速抽出，排水体不同深度处的真空度很快就能达到对应深度处的最大值。防淤堵整体式可以达到50kPa的负压，不同深度处的真空度数值也比较接近，最大之差在10kPa以内，说明真空度向下传递损失较小；常规分离式不同深度处的真空度差别较大，由于此时排水板尚未有弯曲，还未对真空度造成影响，考虑为分离式的滤膜所致，在负压作用下已经对排水面积造成一定的影响，引起真空度的衰减；袋装砂井模型桶产生的负压最低，最大值处为砂垫层位置的22kPa，最小处只有15kPa，真空度较低，原因为袋装砂井的阻力较之两类排水板较大，没有形成上下贯通的排水通道，真空度沿着分离式排水板向下传递过程中能量损失较大。

随着试验天数的递进，三个模型桶的真空度变化趋势是一致的：真空度均有下降的趋势。其中，整体式排水体的模型桶真空度降低30%～38%，分离式的降低13%～32%，袋装砂井降低100%，除了袋装砂井最终完全没有真空压力外，其余两者最后均能趋于一个稳定的真空负压值，这与实际工程的监测结果是一致的。

对于袋装砂井真空度的变化规律，其原因除了其初始真空度较低外，另一个主要原因是排水通道的淤积。袋装砂井采用100目的尼龙网作为滤膜，100目尼龙网等效孔径为0.15mm，而软土中小于0.075mm的细粒占总数86%，说明大部分软土黏粒和粉粒可以轻易穿过尼龙网，进入砂井内部，如前所述砂井没有全长贯通的排水通道，排水速率慢，细粒逐渐沉积造成排水通道的淤积，排水通道淤积越严重，井阻越大，真空负压往深度传递损失就越大，反映在曲线图上，则为袋装砂井模型桶在试验第17d后基本无真空度。对于整体式排水体和分离式排水体，因其外包一层等效孔径为0.047mm的滤膜，而软土中小于0.047mm的颗粒只有30%左右，即穿过滤膜进入芯板的数量相对较少，加上排水板的排水通道是全长贯通的，排水速率快，单个排水通道的大小远比穿过滤膜的颗粒要大，即使颗粒进入到芯板处，也会随着水被排走，沉积下来的比较少，不引起排水通道的堵塞，因此真空度随时间衰减的程度较小。

4.2　超静孔隙水压力

监测25d三个模型桶的不同深度位置处的孔隙水压力读数，计算三个模型桶内由于真空负压作用，产生的超静孔隙水压力，如图5所示。图中曲线符号0.2、0.6分别表示孔压计在土表面以下0.2m和0.6m。

由图5可以看到，三个模型桶内由于真空荷载作用下产生的超静孔隙水压力值略低于真空度，且其增长规律并不像真空度一样，在开启真空泵后会立刻增长至最大值，超静孔隙水压力的增长明显滞后于真空度，这主要是因为对于真空度而言，排水体内部孔隙多且大，对于排水板来说更是有上下贯通的排水通道，真空度在排水体内部传递很迅速；但在饱和软土中，远离排水体的土中水由于一时排水受阻，超静孔压会逐渐累积增长，因此距离排水体中轴线8cm的孔压计，在试验第6d才全部达到最大值；试验期间变化曲线呈“锯齿”状态，试验后期受真空度降低的影响一样，有变小的趋势。超静孔隙水压力的消散也有一个滞后的过程，这也是袋装砂井在第17d真空度降为零后，仍保持有超静孔隙水压力的原因。

4.3　沉降量

监测25d三个模型桶内软土的沉降压缩量，如图6所示，沉降量反映了不同排水体的真空预压加固效果。由图6沉降-时间曲线可以看到，三个不同排水体的模型桶，其沉降符合真空预压地基沉降的一般规律，即预压初期（0～5d）基本保持线性增长关系，沉降速率较快，除袋装砂井的沉降速率稍慢，只有0.5cm/d外，其余两类排水板均能达到1cm/d的沉降速率。沉降速率快主要是由于土体受真空负压作用的初始阶段，原状土孔隙中大量自由水会在短时间内被吸走排离，单井环境没有自由水的补充，土体发生较大的沉降变形；砂井与两类排水板的沉降速率不同，主要是砂井中的沙虽然渗透系数较大，但比之排水板还是有一定差距，相对而言，袋装砂井的排水效率低，沉降速率慢。工程中要求排水体在预压初期排出的水量较大，塑料排水板可以满足这一要求。

预压中期（5～20d）沉降速率变缓，袋装砂井的沉降发展已接近水平线，两类排水板的沉降速率虽然相似，但沉降量已经有所区分。原因总结为：①在这一阶段土体已经有一定程度的固结，软土压密、孔隙减少，渗流速度逐渐变慢；②土骨架在这一阶段形成，抵抗固结沉降；③经过预压初期的排水，土中自由水含量已经比较低了；④排水板体随着土体压缩而弯曲变形，影响通水效率；⑤这一阶段真空度有所下降，对水的吸力减弱。

到了预压后期（20～25d）沉降速率进一步变缓，袋装砂井已基本无沉降发展，其余两类排水板的沉降曲线也可近似认为是水平线，最大的沉降速率只有0.08cm/d，已小于现行规范中规定的停止真空预压的控制标准0.5cm/d，可以认定为软土加固完成。

单井模型试验的最终沉降量由以下几方面决定。①排水性能因素。排水板的通水性能的高低直接影响了真空预压加固效果的好坏。②真空荷载的大小。真空荷载决定了排水体对土中水的吸力大小及有效排水直径。③滤膜的等效孔径。滤膜的等效孔径对应不同的软土应具有针对性，不能过大也不能过小，过大则会使土颗粒穿过滤膜进入排水体，造成淤积，过小则影响透水性能。这三个因素是共同作用、互相影响的。

三个排水体中，袋装砂井的最终沉降量是最小的，只有4.94cm，与前述真空度低、通水性能差、细粒进入砂井内部引起淤积是分不开的。

对于两类排水板，沉降曲线变化规律比较接近，在第10天沉降差距小，差距主要是在10～20d拉大的，主要考虑为排水板弯曲之后通水性能折减程度的区别。整体式排水板不论是垂直还是弯曲状态下，其通水性能都要比分离式的高折减程度低，也比分离式的低；而分离式排水板的临界弯折角度范围较大，在低的弯曲程度下通水性能就会发生较大的折减，反映在模型试验中则为：10d以内整体式沉降量大于分离式的，但两者数值上相差不大；10d之后分离式通水性能折减程度较为严重，整体式的折减程度低，因此两者沉降差明显拉大。

如图7所示，为三个模型桶的固结度-时间曲线图，虽然每个模型桶的沉降量不一致，排水体及真空度的也有较大的差异，但其固结度的发展规律是很相似的。可以清晰地看到在试验第5d，三个模型桶内软土的固结度均达到了50%以上，在试验第10d，达到70%的固结度，即只用了40%的总时间，软土已经完成70%的固结沉降，这也说明软土在真空预压作用下能较快完成固结；之后的15d的真空预压，只是让土体完成剩下30%的固结度。这也符合了越到后期，固结度增长越慢的规律。

根据上述三个模型试验的监测结果，加固效果排序为防淤堵整体式＞常规分离式＞袋装砂井。通水性能较好的排水体，往往能表现出良好的加固效果，其原因总结为：排水效率高、滤膜对排水面积的影响程度低、真空度传递得深、弯折后通水性能折减少，这几个因素是相辅相成的，并不能单独孤立起来考虑。