機(jī)械振密法處理沿海大面積吹填砂性土研究

鄭 乾 王 春 高向陽(yáng)

(東營(yíng)勘察測(cè)繪院，山東 東營(yíng) 257000)

機(jī)械振密法處理沿海大面積吹填砂性土研究

鄭 乾 王 春 高向陽(yáng)

(東營(yíng)勘察測(cè)繪院，山東 東營(yíng) 257000)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)機(jī)械振密法施工工藝做了介紹，同時(shí)利用淺層平板載荷試驗(yàn)和原位試驗(yàn)對(duì)機(jī)械振密法的加固效果進(jìn)行了研究分析，得出了該方法可以明顯提升地基承載力的結(jié)論，并綜合比較了機(jī)械振密法在各個(gè)方面相比其他傳統(tǒng)方法的優(yōu)越性，突出了該方法的實(shí)用、性價(jià)比高的特點(diǎn)。

機(jī)械振密法，淺層平板載荷試驗(yàn)，原位試驗(yàn)，地基承載力

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，沿海城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，吹填土區(qū)域也越來(lái)越多被開發(fā)利用進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。吹填土是在整治和疏通江河行道時(shí)，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部的泥砂通過(guò)水力吹填而形成的沉積土。吹填土具有“三高一低”的特點(diǎn)，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低[1]，在利用前需對(duì)該種土質(zhì)進(jìn)行地基處理。目前吹填土處理方法按加固機(jī)理主要有在建立良好排水路徑的基礎(chǔ)上，通過(guò)夯實(shí)擠壓等物理方式使土體內(nèi)產(chǎn)生壓差，進(jìn)而加速固結(jié)排水，如強(qiáng)夯法[2]、高真空擊密法[3-5]、堆載預(yù)壓法等；不同的處理方法實(shí)質(zhì)上都是通過(guò)采取一定的措施使土體內(nèi)產(chǎn)生壓力差并建立良好的排水邊界來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)軟弱土體的加固，但不同的處理方法之間有各自的局限性。采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，雖然成本較低，加固工期較短，但使用時(shí)必須解決好孔隙水的排出和超孔隙水壓力消散的問(wèn)題，否則強(qiáng)夯能量易被孔隙水吸收從而起不到加固作用，甚至?xí)茐耐馏w結(jié)構(gòu)，形成“橡皮土”；堆載預(yù)壓法主要特點(diǎn)是成本較低，但加固工期較長(zhǎng)且土方需求量較大；高真空擊密法采用真空井點(diǎn)降水加強(qiáng)夯的施工工藝，解決了強(qiáng)夯過(guò)程中地下水的排出問(wèn)題，對(duì)地基加固效果明顯，適用范圍較廣，加固工期較短，是目前軟土地基加固中相對(duì)加固成本較低，效果顯著的方法之一。機(jī)械振密法是通過(guò)機(jī)械振動(dòng)使吹填砂土發(fā)生液化，再通過(guò)排水通道將土體中的水排出，使其地基承載力得以較大提高，該種方法不僅施工成本低而且加固效果好，是一種新型軟土地基處理方式。本文結(jié)合東營(yíng)港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某小區(qū)的軟弱地基加固工程，對(duì)該種工法的效果進(jìn)一步研究，研究結(jié)果可為今后類似地基的處理提供參考。

1 工程概況與加固方案

1.1 概況

擬建小區(qū)占地面積99 834 m2，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，擬建場(chǎng)地吹填土普遍存在，其厚度為2.9 m～4.0 m，吹填部分以粉細(xì)砂為主，夾層狀粉質(zhì)粘土薄層，土質(zhì)松散且不均勻，部分區(qū)域呈淤泥質(zhì)粘土夾粉土。由于吹填土沉積時(shí)間較短，屬欠固土，在動(dòng)力作用下極易產(chǎn)生液化及沉降，影響工程機(jī)械進(jìn)場(chǎng)及后續(xù)施工，需進(jìn)行地基處理。由于該場(chǎng)地特殊地質(zhì)條件，技術(shù)難度較大，一般性方法很難達(dá)到預(yù)期加固效果，通過(guò)對(duì)多種技術(shù)方案的對(duì)比論證，從經(jīng)濟(jì)性、安全性、工期等多方面考慮，決定采用明溝排水結(jié)合機(jī)械振密的動(dòng)力固結(jié)方法對(duì)其進(jìn)行加固。

1.2 加固方案

第一步，場(chǎng)地排水。

機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，在機(jī)械可施工范圍內(nèi)開挖集水坑將表面水引排。采用履帶板寬度大于1 000 mm的濕地推土機(jī)在場(chǎng)地上推出淺溝(如圖1所示)。

第二步，機(jī)械設(shè)備碾壓。

場(chǎng)地經(jīng)過(guò)排水后，機(jī)械設(shè)備能進(jìn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，調(diào)用同型號(hào)推土機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地碾壓，目的是通過(guò)壓縮和振動(dòng)作用使淺層沖填土發(fā)生液化。經(jīng)2遍～3遍碾壓后，有明顯的地面沉降，表層吹填土承載力有所提升(如圖2，圖3所示)。

第三步，開挖排水溝。待挖掘機(jī)能夠進(jìn)入場(chǎng)地時(shí)，采用履帶板寬度不小于800 mm的濕地型挖掘機(jī)進(jìn)行挖溝自排(如圖4所示)，排水溝宜垂直于推土機(jī)推出的淺溝，以形成縱橫向排水通道，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)填土深度開挖深度，排水溝的開挖深度宜為3 m～4 m。

第四步，機(jī)械深層擾動(dòng)。機(jī)械深層擾動(dòng)是通過(guò)挖掘機(jī)長(zhǎng)臂插入土體中晃動(dòng)，使較深層的吹填土液化(如圖5所示)。因?yàn)閾蟿?dòng)的范圍大，為避免部分區(qū)域處理深度較淺，擾動(dòng)點(diǎn)間距宜控制在10 m以內(nèi)，擾動(dòng)同時(shí)應(yīng)對(duì)排水溝進(jìn)行多次清淤，保持排水路徑通暢。

最后，再次碾壓。機(jī)械擾動(dòng)后，局部表層土因擾動(dòng)作用而變得松散，因此需要再次進(jìn)行碾壓，將機(jī)械擾動(dòng)后表層土壓實(shí)。

2 處理效果分析

加固處理前，擬建場(chǎng)地吹填土含水量高、土質(zhì)松散，在動(dòng)力作用下極易產(chǎn)生液化及沉降，機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工(如圖6所示)；采用機(jī)械振密法加固處理，地基承載力顯著提高，可滿足施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)施工(如圖7所示)。

為了驗(yàn)證機(jī)械振密法加固飽和吹填土的效果，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和淺層平板載荷試驗(yàn)對(duì)擬建場(chǎng)地的均勻性和強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果做了分析比較。

2.1 原位測(cè)試評(píng)價(jià)

二是紅點(diǎn)。脫袋時(shí)果面是干凈的，沒(méi)有紅點(diǎn)或紅點(diǎn)很少，過(guò)了幾天紅點(diǎn)就滿了，特別是一次性除袋的果園，紅點(diǎn)病更嚴(yán)重。紅點(diǎn)是葉片上的斑點(diǎn)落葉病病菌，通過(guò)雨霧傳播，在果皮皮孔侵染后形成紅點(diǎn)。

在擬建場(chǎng)地選取一塊40 m×30 m的試驗(yàn)區(qū)，沿試驗(yàn)區(qū)范圍每5 m進(jìn)行一次靜力觸探試驗(yàn)，試驗(yàn)深度為5 m，試驗(yàn)方案布置和結(jié)果見圖8，圖9和表1。

表1 原位測(cè)試結(jié)果對(duì)比表

狀態(tài)項(xiàng)目最小值最大值平均值處理后處理前qc/MPa4．8348．6276．1340．2960．8020．519

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

1)處理前，由于機(jī)械設(shè)備施工過(guò)程中的振動(dòng)液化地基土的錐尖阻力qc較小，處理后地基土的錐尖阻力qc明顯提高，約為處理前的12倍。

2)只要采取合理的施工工序，明溝排水條件下的機(jī)械振密法對(duì)飽和砂性吹填土加固效果明顯。加固后土層的工程性質(zhì)得到明顯改善。

3)加固后土層均勻性明顯改善，可以在地基淺層3 m～4 m范圍內(nèi)形成相對(duì)均勻的硬殼層，消除地基不均勻沉降，滿足后續(xù)工程施工條件。

2.2 淺層平板荷載評(píng)價(jià)

試驗(yàn)測(cè)得，按沉降比s/b=0.01取對(duì)應(yīng)荷載值為156 kPa，按最大加載量一半對(duì)應(yīng)荷載值為135 kPa，用機(jī)械振密法加固吹填土地基的承載力可達(dá)135 kPa。

3 實(shí)用性評(píng)價(jià)

本文結(jié)合東營(yíng)港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)吹填土處理經(jīng)驗(yàn)[6]，對(duì)不同的地基處理方法，其經(jīng)濟(jì)性比較見表2。

表2 吹填土地基處理方案經(jīng)濟(jì)性分析表

由表2可以看出，在各項(xiàng)軟土地基處理方法中，加固效果最好的是深層攪拌加固，但是造價(jià)較高，對(duì)于大面積的加固工程產(chǎn)生的費(fèi)用較大。綜合比較，機(jī)械振密法不僅費(fèi)用低，處理面積大，工期短，而且處理后的地基承載力高，是一種實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性很高的軟土加固方式，可以在后續(xù)的地基處理中發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械振密法是一種較為新型的地基加固方式，其通過(guò)機(jī)械碾壓和深層擾動(dòng)過(guò)程中的震動(dòng)密實(shí)、固結(jié)排水和預(yù)震作用，對(duì)飽和吹填砂性土進(jìn)行加固，在實(shí)際工程應(yīng)用，已經(jīng)體現(xiàn)出了優(yōu)越性，相比之前的傳統(tǒng)方法，具有費(fèi)用低、加固效果好以及工期短等優(yōu)點(diǎn)，特別是隨著城市用地的不斷緊張，對(duì)江河沿海周邊區(qū)域的利用已經(jīng)成為趨勢(shì)，機(jī)械振密方法具有良好的發(fā)展前景。

[1] 王 芳，郭進(jìn)京，鄭忠成.吹填土地基處理方法討論[J].巖土工程界，2009，12(6):15-17.

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Research on mechanical vibration compactionmethod treatment of coastal large area reclamation sandy soil

ZHENG Qian WANG Chun GAO Xiang-yang

(DongyingSurveyingandMappingInstitute,Dongying257000,China)

Combining with the engineering examples introduced the construction technology of mechanical vibration compaction method, using the shallow plate loading test and in-situ test researched and analyzed the reinforcement effect of mechanical vibration compaction method, gained the conclusion of the method could obviously improve the foundation bearing capacity, and comprehensive compared the superiority of mechanical vibration compaction method compared to other traditional methods in all aspects, highlighted the characteristics of this method using high performance price ratio.

mechanical vibration compaction method, shallow plate loading test, in-situ test, foundation bearing capacity

2014-07-11

鄭 乾(1988- )，男，助理工程師； 王 春(1972- )，男，高級(jí)工程師； 高向陽(yáng)(1967- )，男，工程師

1009-6825(2014)27-0105-03

TU441

A