強(qiáng)夯-降水聯(lián)合加固法在吹填土區(qū)的工程應(yīng)用

李 廣，蔡志剛

(瀏陽經(jīng)開區(qū)開發(fā)投資有限公司，湖南瀏陽410329)

強(qiáng)夯法自20世紀(jì)60年代末由法國梅納(Menard)技術(shù)公司首創(chuàng)后，因其效果明顯、經(jīng)濟(jì)易行、設(shè)備簡單、節(jié)約三材等優(yōu)點(diǎn)，在工程界得到了廣泛應(yīng)用.強(qiáng)夯法對(duì)地基土質(zhì)有一定的要求.一般認(rèn)為此法特別適合于粗顆粒非飽和土和含水量不大的雜填土與濕陷性黃土，低飽和度的粘性土與粉土也可采用［1，2］.對(duì)于飽和軟土，尤其是飽和軟粘土，一般教科書或工程標(biāo)準(zhǔn)中均明確規(guī)定不宜采用或不能采用，因?yàn)槟壳肮こ虒?shí)踐中存在大量的失敗工程例子，最典型的工況當(dāng)屬強(qiáng)夯過程中出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象［3］.近年來，通過改進(jìn)傳統(tǒng)的強(qiáng)夯施工工藝和增設(shè)豎向排水體等方式，工程界對(duì)強(qiáng)夯法應(yīng)用于飽和軟土地基進(jìn)行了大量的理論和實(shí)踐研究，但其加固效果和適用性仍存在爭議.本文僅從工程實(shí)踐出發(fā)，對(duì)強(qiáng)夯－降水聯(lián)合加固法在吹填土區(qū)的工程應(yīng)用做簡要說明.

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察報(bào)告，項(xiàng)目場地勘探深度內(nèi)除表層吹填土外，其下地層為沉積形成的粉砂、粉土及粉質(zhì)粘土，地質(zhì)條件較好.吹填土以粉砂、粉土為主，粉砂砂質(zhì)不純，松散、濕，含粘粒及貝殼碎屑，局部夾粉粘;局部區(qū)域(如配套作業(yè)區(qū))以粘性土為主，含大量粉粒及碎屑，局部夾粉土或粉砂;吹填土由于堆積時(shí)間短，具有含水量高、地下水埋藏淺、表層承載力低等特點(diǎn)，吹填層厚度大致在4～6m之間.擬建工程場地各地層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表1.首期封關(guān)口岸設(shè)施工程的地下水位高程在+3.0～ +3.5m 之間，1#、2#泊位工程的地下水位高程在+4.0～+5.0m之間.

表1 主要土層物理力學(xué)參數(shù)表

1.2 地基處理設(shè)計(jì)方案

曹妃甸保稅區(qū)區(qū)域的下臥層為粉砂、粉土層，經(jīng)現(xiàn)場標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)，粉砂、粉土層均為輕微液化土層，對(duì)于大面積的場地使用，影響不大.在地基加固設(shè)計(jì)中，原則上對(duì)沖填土層進(jìn)行加固處理即可滿足工程建設(shè)需要.

鑒于擬建工程區(qū)域地下水位較高，導(dǎo)致了吹填土的淺層承載力過低，夯機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備無法就位，因而不宜直接采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理.在強(qiáng)夯實(shí)施之前，必須采取措施進(jìn)行工程降水.結(jié)合曹妃甸地區(qū)的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性等多方面因素，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯－降水聯(lián)合加固法對(duì)擬建工程地基進(jìn)行加固處理.根據(jù)吹填土的土質(zhì)條件，采用不同的降水方式，針對(duì)以粉砂、粉土為主的吹填土，設(shè)計(jì)采用明溝排水方式進(jìn)行工程降水;針對(duì)以粘性土為主的吹填土，設(shè)計(jì)采用真空降水方式進(jìn)行工程降水.

1.3 地基處理目標(biāo)

(1)針對(duì)以粉砂、粉土為主的吹填土，地基處理后吹填土頂面承載力［σ］≥150kPa;針對(duì)以粘性為主的吹填土，地基處理后吹填土頂面承載力［σ］=80～120kPa.

(2)吹填土頂面回彈模量E0≥30MPa.

2 施工工藝介紹

2.1 明溝排水+強(qiáng)夯

2.1.1 明溝開挖

明溝排水+強(qiáng)夯法包括明溝排水和強(qiáng)夯兩個(gè)環(huán)節(jié).在施工之前，選取典型地質(zhì)區(qū)塊進(jìn)行明溝排水+強(qiáng)夯試驗(yàn)，以獲取大面積施工的相關(guān)技術(shù)參數(shù).試驗(yàn)中選取了兩塊面積均為3600m2(60m×60m)的區(qū)塊，分別命名為A區(qū)和B區(qū).在A區(qū)和B區(qū)四周設(shè)置明溝，明溝采用梯形狀，溝底高程+2.5 m，寬1.0m，排水明溝開挖坡率為1:0.75，明溝匯水可就近排向A11河或海域.試驗(yàn)中要求地下水位降至+3.0m以下之后方可進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè).

圖1 排水明溝斷面圖

針對(duì)A區(qū)，明溝排水主要靠地下水自身的滲透壓力從四周排水溝自然排出.經(jīng)過約70天的滲流排水，地下水位降至+3.0m.

針對(duì)B區(qū)，采用夯機(jī)低能量預(yù)夯、推土機(jī)碾壓配合降水.經(jīng)過3～5天的明溝排水和晾曬，吹填土表面硬度增強(qiáng)，可支撐夯機(jī)設(shè)備上去作業(yè).為加快土體排水，采用600kJ的低能量進(jìn)行預(yù)夯動(dòng)力排水，點(diǎn)距為6～8m，每點(diǎn)2～3擊，預(yù)夯結(jié)束，推土機(jī)隨后跟進(jìn)強(qiáng)力碾壓3～5遍，經(jīng)過5～10天的降水，B區(qū)地下水位降至+2.8m.

大面積地基處理時(shí)，明溝排水均采用夯機(jī)預(yù)夯和推土機(jī)碾壓配合降水，以加快工程建設(shè)進(jìn)度.

2.1.2 強(qiáng)夯施工

根據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)塊的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，強(qiáng)夯工藝采用2遍點(diǎn)夯加1遍普夯，兩遍點(diǎn)夯之間的間隔時(shí)間根據(jù)超靜孔隙水壓消散80%的時(shí)間確定.點(diǎn)夯夯能為2000kJ，夯點(diǎn)間距3.0～4.0m，每點(diǎn)8～12擊，在夯擊過程中遵循“少擊多次、先少后多”的工藝，使夯擊能與超靜孔隙水壓的消散速率相匹配，最后兩擊夯沉量按5cm進(jìn)行控制.普夯夯能1000 kJ，每點(diǎn)2擊，點(diǎn)與點(diǎn)之間搭接1/4錘徑;然后采用激振力400kN的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓整平，振動(dòng)碾壓5遍(來回為一遍)，搭接寬度不小于30cm，相鄰碾壓遍間采用正交行駛方向交錯(cuò)碾壓.

本方案中明溝排水與強(qiáng)夯交替進(jìn)行，流水作業(yè).地基處理每個(gè)分區(qū)面積約3600m2(60m×60m)，具體區(qū)塊面積可根據(jù)現(xiàn)場降水效果進(jìn)行調(diào)整;采用夯機(jī)預(yù)夯和推土機(jī)碾壓配合降水時(shí)，預(yù)夯參數(shù)和推土機(jī)碾壓遍數(shù)同樣可根據(jù)降水效果進(jìn)行現(xiàn)場施工調(diào)整.

2.2 真空降水 + 強(qiáng)夯［4，5］

真空降水+強(qiáng)夯法包括真空降水和強(qiáng)夯兩個(gè)環(huán)節(jié)，兩個(gè)環(huán)節(jié)交替進(jìn)行，其地基處理施工工藝流程見圖2.

2.2.1 施工前準(zhǔn)備

對(duì)加固區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場放樣定位，確定處理范圍.

在地基處理邊界線外開挖排水溝，排水溝內(nèi)水應(yīng)及時(shí)排出.

埋設(shè)水位觀測管，在地基處理過程中進(jìn)行地下水位觀測并進(jìn)行記錄，以確定初始地下水位和控制加固區(qū)域第一遍真空排水時(shí)間.

2.2.2 真空降水參數(shù)

真空系統(tǒng)包括臥管和真空降水管兩部分.真空降水管采用Φ32的鋼管，下部進(jìn)水孔包裹尼龍漏膜，兩層形成真空管.臥管采用Φ60PVC管.臥管與真空降水管之間采用內(nèi)纏鋼絲軟膠管連接，連接的接頭應(yīng)嚴(yán)密.為防止濾網(wǎng)損壞，在真空降水管放入前，應(yīng)認(rèn)真檢查，以保證濾網(wǎng)完好.

圖2 真空降水+強(qiáng)夯法施工流程圖

在地基加固場地內(nèi)插設(shè)真空降水管.根據(jù)吹填土層的厚度進(jìn)行深層和淺層真空降水管布置，深管間距3.0m*5.0m，長度6m，深管應(yīng)插入下臥粉砂層，淺管間距3.0m*5.0m，長度3m.

真空降水管布置見圖2.真空降水遍數(shù)為兩遍，每遍排水時(shí)間約為7～10天.真空降水過程是信息化施工過程，在施工過程中需要根據(jù)排水情況調(diào)整真空管布置參數(shù)以及排水時(shí)間.

2.2.3 強(qiáng)夯參數(shù)

真空降水和強(qiáng)夯兩個(gè)環(huán)節(jié)交替進(jìn)行，每遍真空降水后進(jìn)行一遍點(diǎn)夯擊密，本方案共進(jìn)行兩遍點(diǎn)夯，點(diǎn)夯結(jié)束后進(jìn)行一遍滿夯.

點(diǎn)夯:點(diǎn)夯夯擊能量1800kJ，夯點(diǎn)間距3.0～4.0m，擊數(shù)8～10擊，在夯擊過程中嚴(yán)格遵循“少擊多次、先少后多”的工藝，使夯擊能與超靜孔隙水壓的消散速率相匹配.

圖3 深、淺層真空降水管平面布置圖

上述夯擊能、夯點(diǎn)間距和擊數(shù)均由現(xiàn)場試夯確定.

收錘標(biāo)準(zhǔn):一般情況下滿足最后兩擊夯沉量不大于5cm，鑒于本方案中處理的土層為飽和軟土，允許最后兩擊夯沉量適當(dāng)放寬，但總原則是:夯擊時(shí)保證土層繼續(xù)密實(shí);夯坑周圍不發(fā)生過大隆起.

滿夯:滿夯能量800kJ，擊數(shù)2擊，錘印相互搭接1/4錘徑.

2.2.4 信息化施工

真空降水+強(qiáng)夯法的施工過程為信息化施工，在施工過程中對(duì)地下水位、地表沉降等進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析，及時(shí)了解場地加固效果，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來指導(dǎo)施工，調(diào)整施工參數(shù).

3 結(jié)語

鑒于曹妃甸綜合保稅區(qū)吹填土具有堆積時(shí)間短、含水量高、地下水埋藏淺、表層承載力低等特點(diǎn)，采取有效措施進(jìn)行工程降水是實(shí)施強(qiáng)夯方案的前提條件.針對(duì)以粉砂、粉土為主(土層含大量粘粒)的吹填土，采用明溝排水+強(qiáng)夯方案進(jìn)行地基處理，施工過程中通過低能量預(yù)夯、推土機(jī)碾壓等輔助方式配合降水，可大幅度節(jié)約降水時(shí)間，節(jié)約工期，在今后類似工程建設(shè)中值得鑒借和推廣;針對(duì)以粘性土(土層含大量砂、粉粒)為主的吹填土，采用真空降水+強(qiáng)夯方案進(jìn)行地基處理，通過真空降水，合理控制施工參數(shù)，減小土體飽和度，使飽和軟土不宜強(qiáng)夯成為過去，有效拓展了強(qiáng)夯法的適用范圍，同時(shí)由于采用真空降水，大大縮短了粘性土的兩遍夯擊的間隔時(shí)間，節(jié)約工期.此外，強(qiáng)夯－降水聯(lián)合加固法夯擊工藝的選擇也在很大程度上影響地基的加固效果，在夯擊過程中應(yīng)遵循“少擊多次、先少后多”的工藝，使夯擊能與超靜孔隙水壓的消散速率相匹配.

［1］龔曉南.地基處理手冊(第3版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ 79—2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］鄭穎人，陸新.強(qiáng)夯加固軟粘土地基的理論與工藝研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2000，(1):18－22.

［4］武亞軍，張孟喜，徐世龍.高真空擊密法吹填土地基處理試驗(yàn)研究［J］.港工技術(shù)，2007，(1):43－46.

［5］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).CECS 279－2010強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程［S］.2010.