3 试验结果分析
在进行电渗法和真空预压联合电渗法加固超软土地基室内试验时，对土体的孔隙水压力、地基沉降进行监测；加固结束后，对土体进行十字板试验，以测定加固后地基土体的十字板强度确定两种方法的加固效果，通过计算耗电量分析两种方法的经济性。
3.1 土体加固过程中孔隙水压力的变化
选用GKB-4500渗压仪监测孔隙水压力，使用前，将测头煮沸半小时，并一直浸泡在水里，测头在埋设前，外包两层无纺布，无纺布和测头之间为清洗的中粗砂，埋设时应带着浸泡水放到埋设土体表面处，并迅速插入到土体内的设计标高点。电渗法加固超软土地基时，孔隙水压力的监测点布置，如图2所示。
图2中C1～C4为均匀布置的电极，C1、C3排为阴极，C2、C4排为阳极，17d后进行电极转换，模型槽内共布设5个孔压监测点，监测得到的地基土体孔隙水压力变化如图3所示。
图2 电渗法中孔隙水压力监测点布置
图3 电渗法中孔隙水压力的变化
由图3可知，加固前，土体的初始孔压与埋深成正比，埋深越大初始孔压越大，0.6m深度处的初始孔隙水压力小于1.1m深度处的孔隙水压力，其数值呈2倍关系。电渗法加固软土地基过程中，测得的孔隙水压力波动较小，说明电渗加固过程中产生的超孔隙水压力较小。
真空预压联合电渗法加固超软土地基时，孔隙水压力的监测点布置如图4所示。加固超软土地基的过程中监测的孔隙水压力变化如图5所示。
图4 真空预压联合电渗法中孔隙水压力监测点布置
图5 真空预压联合电渗法中孔隙水压力的变化
由图5可知，加固前，土体的初始孔压与埋深成正比，埋深越大初始孔压越大，1.1m深度处的初始孔隙水压力大于0.6m深度处的孔隙水压力。在真空预压联合电渗法加固过程中土体产生的孔隙水压力值波动较大，先产生负的超孔隙水压力，当负孔压达到峰值后，再产生正的超孔隙水压力。
3.2 土体加固过程中沉降的变化
土体加固过程中的沉降监测装置由钢板条、沉降底盘、沉降杆及百分表四部分组成。钢板条宽20cm厚10mm，为沉降监测的固定点；沉降底盘为10cm×10cm的铝板；沉降杆为ϕ=10mm的铝管，沉降杆插入钢板条的孔眼中；百分表固定在钢板条上，以测定土体沉降，如图6所示。
电渗法加固超软土地基时，沉降监测点布置如图7所示。监测得到的地基土体沉降变化如图8所示。
图6 沉降监测装置
图7 电渗加固过程中沉降监测点分布
图8 电渗加固中沉降量的变化
图9 真空预压联合电渗加固过程中沉降监测点分布
由图8可知，各测点沉降的一致性较好，沉降速率前期较大，后期有所减缓。电极转换前，即通电17d后停电3d时，地基的沉降速率显著减小。电极转换之后，即20d时，地基的沉降速率显著小于前17d的沉降速率。加固过程中，测得的地基平均沉降量为46.3mm。
真空预压联合电渗法加固超软土地基时，沉降监测点布置如图9所示。监测地基土体的沉降变化如图10～图12所示。
由监测得到的地基土体的沉降变化结果可知，沉降速率前期较大，后期有所减缓，真空预压联合电渗加固完成时的最终沉降量为149.6mm。
图10 真空预压联合电渗加固中1～4号测点沉降量的变化
一般条件下用双曲线法推算土体的固结度。本文选用的计算见式（1）：
由式（1）可得到式（2）：
图11 真空预压联合电渗加固中5～8号测点沉降量的变化
式中 t——从满载开始的时间；
S0——满载时，即t=0（假定）时的地基沉降量；
S∞——地基的最终沉降量；
α、β——与地基及荷载有关的常数，图解中实测线直线渐近线的截距和斜率。
对于实测沉降曲线，式中的t、St、S0均为已知数，仅α、β未知。由监测沉降结果，可根据图解法求α、β值。
对平均沉降进行拟合得到的拟合曲线如图13所示。
图12 真空预压联合电渗加固中平均沉降量的变化
图13 平均沉降拟合线
由平均沉降结果，推算电渗开始前土体的固结度为81.0%，真空预压联合电渗加固完成时的最终固结度为83.8%。
3.3 现场原位十字板剪切试验强度分析
为了验证两种方法的加固效果，加固完成后对地基土体进行十字板剪切试验，以测定不同位置不同深度处地基土体的强度。为了测定模型槽不同位置土体的加固效果，分别选用电极旁、异性电极间、同性电极间和四电极中心点位置进行十字板测点布置如图14所示。土体的加固深度为1.2m，为了探究不同深度土体的加固效果，每个测孔沿深度方向作3个十字板强度测试点，其深度位置大约位于0.4m、0.7m和1.1m处，由于0.4m处的测试点入土深度太浅，不能反映真实的土体强度，因此选用0.7m和1.1m两处的测试点作为最能反映土体十字板强度的测试点进行分析。
图14 十字板测点布置
电渗法加固地基后十字板试验测得电极旁、异性电极间、同性电极间和四电极中心点位置土体的强度如图15～图19所示。
图15 电极旁测点十字板强度（电渗法）
图16 异性电极间测点十字板强度（电渗法）
图17 同性电极间测点十字板强度（电渗法）
图18 四电极中点测点十字板强度（电渗法）
由图15～图19可知，经电渗法加固后，超软土地基土体的十字板强度均有所提高，但相对电极的位置不同，土体的加固效果不同，加固后电极旁V1、V6测点的十字板强度为9.21kPa、异性电极间V7、V8测点的强度为10.73kPa、同性电极间V2、V5测点的强度为7.52kPa、四电极中心点V3、V4测点的强度为8.42kPa。由此可知，当采用排间隔布置电极时，电渗法加固超软土地基的效果与土体相对电极的位置有关，并呈现不均匀性，基本上异性电极间和电极旁土体的加固效果最为显著，四电极中心点处加固效果次之，同性电极间土体的加固效果最弱，因此建议今后采用点间隔布置，有利于提高加固的均匀性。
由图19可知，加固后0.45m以下土层十字板强度平均值由加固前的4.46kPa增长至加固后的8.97kPa，强度有所增长，但其增长幅度不大，这也与初始含水率过大有关。由于初始含水率较高，加固时间有限，虽然含水率有所降低，但幅度有限，而土体在较高含水率时，其含水率的降低对强度影响并不十分敏感。
图19 加固前后平均十字板强度（电渗法）
真空预压联合电渗法加固地基后十字板试验测得电极旁、异性电极间、同性电极间和四电极中心点位置土体的强度如图20～图24所示。
图20 电极旁测点十字板强度（真空预压联合电渗法）
图21 异性电极间测点十字板强度（真空预压联合电渗法）
图22 同性电极间测点十字板强度（真空预压联合电渗法）
图23 四电极中点测点十字板强度（真空预压联合电渗法）
从图20～图24看出，经真空预压联合电渗法加固后，超软土地基土体的十字板强度均有所提高，且相对电极的位置不同，除同性电极间的十字板强度最低外（平均为19.84kPa），其他位置的十字板强度在26.78～33.4之间，表现较好的均匀性，说明真空联合电渗加固后，两同性电极的中点附近强度较低，其他处强度较高。从深度上看，本次电极深度1.2m，最上端测点入土深度0.2m，因入土太浅，不能反映实际强度，所以此高程的十字板强度未记入，但检测得到的深度0.4m、0.7m和1.2m处测点的十字板强度均表现较好的均匀性，说明真空预压联合电渗法沿土体深度的加固效果较均匀。
图24 加固前后平均十字板强度（真空预压联合电渗法）
对比图10和图24两种方法加固前后土体强度的变化可知，经真空预压联合电渗法加固后的地基强度高于纯电渗法加固的地基；真空预压联合电渗法加固后地基提高的强度是纯电渗法加固后地基提高强度的7倍；真空预压联合电渗法加固超软土地基后，表层0.5m厚度范围内的土体强度增长是纯电渗法加固后的3倍，说明真空预压联合电渗法对于含水量过大的表层土具有显著的加固效果，其加固效果受地基土体含水量的影响较小，从上、中、下三个部分来看，真空预压联合电渗法的加固效果明显，且在测试范围内土体加固效果较均匀，从图中还可以看出，真空预压联合电渗法加固土体后，深度为0.4m和0.7m处土体强度较高，1.1m深度处强度略低，总体来看，相对于纯电渗加固，真空预压联合电渗加固后土体的均匀性较好。
3.4 用电量分析对比
根据试验过程中消耗的电流和电压，可以推算出地基加固所消耗的电能。
根据公式（3），推算出采用纯电渗法和真空预压联合电渗法加固超软土地基时，消耗的总电量、土体总体积和平均能耗量见表2。
表2 电渗法与真空预压联合电渗法成本分析
由表2可知，采用纯电渗法加固超软土地基的总耗电量为78.55kW·h，平均能耗量为21.12kW·h/m3；采用真空预压联合电渗法加固超软土地基的总耗电量为157kW·h，其中电渗耗电量为105kW·h，抽真空耗电量为52kW·h，平均能耗量为42.20kW·h/m3，真空预压联合电渗法中电渗耗电量是纯电渗法中电渗耗电量的1.33倍，真空预压联合电渗法土体加固后的强度提高值是纯电渗法的7倍，说明在电渗加固前对土体进行真空预压不但有利于电渗加固的顺利进行而且还会极大的提高土体的加固效果，起到事半功倍的效果。