“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的適宜性分析

陳康太

(浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司，浙江 紹興 312000)

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“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的適宜性分析

陳康太

(浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司，浙江 紹興 312000)

摘要：“高真空擊密法”是一種加固處理軟基的新技術(shù)，在此，結(jié)合具體工程實(shí)例“高真空擊密法處理杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)東二區(qū)經(jīng)四路吹填土軟基的處理效果檢測(cè)分析”，應(yīng)用地基豎向靜載荷試驗(yàn)、雙橋靜力觸探試驗(yàn)、鉆探取樣室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)、鉆探標(biāo)準(zhǔn)貫入液化判別試驗(yàn)等檢測(cè)方法，對(duì)該工程吹填土軟基加固處理前及加固處理后的地基土進(jìn)行了檢測(cè)分析，從而分析判別“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的處理效果及其適宜性。

關(guān)鍵詞：高真空擊密法；吹填土；軟基；加固處理；檢測(cè)；適宜性

1高真空擊密法簡(jiǎn)述

1.1高真空擊密法基本原理

“高真空擊密法”是一種快速加固處理軟基的新技術(shù)，是在普通強(qiáng)夯法基礎(chǔ)上的改進(jìn)工法，是通過數(shù)遍高真空壓差排水，并結(jié)合數(shù)遍合適的變能量擊密，使強(qiáng)夯擊密效果大大提高，使被處理土體的含水量降低，形成一定厚度的密實(shí)度高、承載力高、變形模量高的超固結(jié)“硬殼層”，從而來滿足地基承載力和變形的要求，減少地基施工后沉降和差異沉降[1]。該工法主要適用于除淤泥質(zhì)土層以外的各種含水量高、壓縮性高、承載力低的軟弱地基土。

1.2高真空擊密法的特點(diǎn)

1)在強(qiáng)夯前，對(duì)高含水量的軟土先進(jìn)行高真空排水以減小土的飽和度，可有效增加夯擊效率，同時(shí)減小產(chǎn)生的超孔隙水壓力。這屬于主動(dòng)排水。

2)排水后土體孔隙的自我壓密有限而且緩慢，土層變形并不明顯，要在回水以前用強(qiáng)夯的方法加以擊密。

3)對(duì)于粉土或滲透系數(shù)較小的軟土，在適當(dāng)夯能的作用下，土中出現(xiàn)的微裂縫可增加土的滲透性能，產(chǎn)生的超孔隙水壓力能提高孔隙水滲流的水頭梯度，從而進(jìn)一步增加排水效果。為此，提出了第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時(shí)進(jìn)行的獨(dú)特排水工序[1]。

4)由于第二次高真空作用，使第一遍強(qiáng)夯產(chǎn)生的孔隙水壓力快速消散，使兩遍強(qiáng)夯間隙時(shí)間大大縮短，與普通強(qiáng)夯法相比，大大縮短了工期。

5)真空排水導(dǎo)致地下水位下降，對(duì)深層地基具有降水預(yù)壓的作用。

6)該工法巧妙地解決了軟土超孔隙水壓力消散及強(qiáng)夯容易使軟土形成“彈簧土”等關(guān)鍵問題，通過人為在土層中制造的“壓差”(擊密產(chǎn)生的超孔隙水壓力為“正壓”，高真空產(chǎn)生的為“負(fù)壓”)來快速消散孔隙水壓力，使軟土中的水快速排出，大大地提高了擊密效果而達(dá)到處理目的[2]。

7)高真空擊密法的施工過程是信息化的。通過施工前了解的地質(zhì)條件，不同的區(qū)域?qū)嵤┎煌氖┕?shù)，并在施工過程中，對(duì)地面沉降、地下水位、超孔隙水壓力和單點(diǎn)夯沉量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整施工參數(shù)并嚴(yán)格控制排水，直至達(dá)到處理要求。

2工程實(shí)例

2.1工程概況

上虞杭州灣工業(yè)園區(qū)投資發(fā)展有限公司擬新建杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)東二區(qū)經(jīng)四路延伸段，該延伸段路基主要為新近吹填而成，其吹填土路基屬超飽和的欠固結(jié)土，其工程性質(zhì)差、承載力低、壓縮性高、嚴(yán)重液化，人機(jī)都較難進(jìn)場(chǎng)，不能滿足道路地基的要求，因此建設(shè)單位擬對(duì)該延伸段的吹填土軟土路基采用“高真空擊密法”進(jìn)行加固處理。因?yàn)楹贾轂成嫌莨I(yè)園區(qū)和周邊地區(qū)無“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的施工經(jīng)驗(yàn)，為檢驗(yàn)“高真空擊密法”是適宜于該區(qū)域地質(zhì)條件的地基處理方法，以及為該區(qū)域大面積采用“高真空擊密法”加固處理吹填土軟土路基提供一定的經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)單位于2010年6月委托“上海港灣軟地基處理工程有限公司”對(duì)大小約300 m×26 m=7 800 m2的吹填土場(chǎng)地內(nèi)的軟土路基進(jìn)行“高真空擊密法”加固處理試驗(yàn)，并委托筆者公司對(duì)其處理效果進(jìn)行檢測(cè)分析。

2.1.1工程地質(zhì)概況

場(chǎng)地位于上虞市的蓋北鎮(zhèn)世紀(jì)丘，為杭州灣海涂地貌，地形較平坦。場(chǎng)地現(xiàn)狀標(biāo)高約3.9 m，沖填土層厚5～7 m。根據(jù)地質(zhì)資料，場(chǎng)地在20.0 m深度范圍內(nèi)按成因類型及物理力學(xué)性質(zhì)可分為3個(gè)工程地質(zhì)大層，其工程地質(zhì)特征描述如下。

1)沖填土：黃灰、灰色，松散—稍密狀，飽和，松散—稍密狀，高壓縮性，主要由粉土組成，夾少量粉砂，搖震反應(yīng)迅速，韌性低，干強(qiáng)度低，約1年內(nèi)圍海吹填而成，屬欠固結(jié)土。整個(gè)場(chǎng)地分布，層厚一般5～7 m。

2)黏質(zhì)粉土：黃灰、灰色，飽和，稍密—中密狀，中壓縮性，主要以粉粒為主，黏粒次之，含少量云母，搖震反應(yīng)迅速，韌性低，干強(qiáng)度低。整個(gè)場(chǎng)地分布，層底深度一般在13 m左右，地基土承載力特征值約120 kPa。

3)砂質(zhì)粉土：黃灰、灰色，飽和，稍密—中密狀，中壓縮性，主要以粉粒為主、黏粒次之，含少量云母，搖震反應(yīng)迅速，韌性低，干強(qiáng)度低。整個(gè)場(chǎng)地分布，層底深度約20 m，地基土承載力特征值約160 kPa。

2.1.2水文地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)資料，場(chǎng)地內(nèi)土層含水量豐富，呈飽和狀態(tài)，地下水主要為孔隙潛水，埋藏較淺，水位埋深一般在0.20～0.60 m(高程約3.5～3.7 m)，主要賦存于淺部的1)、2)、3)號(hào)層中，水位略高于河水水面，地下水以蒸發(fā)和向河流排泄為主，受季節(jié)性氣候影響較大，水位變化幅度一般為1.50 m左右。各土層為弱透水性，滲透系數(shù)k主要在4.0E-04～4.0E-05cm/s之間。

2.2地基加固處理的要求

本場(chǎng)地軟土路基加固處理主要是密實(shí)表層的沖填土層，加固處理后要達(dá)到如下要求：

1)軟基加固處理后地基土承載力特征值達(dá)到140kPa；

2)軟基加固處理的影響深度達(dá)到6.0～8.0m；

3)軟基加固處理后要消除場(chǎng)地吹填土層的液化性；

4)軟基加固處理后要消除場(chǎng)地較大的差異沉降；

5)軟基加固處理后的交工標(biāo)高約3.9～4.0m(現(xiàn)狀場(chǎng)地標(biāo)高3.9m，考慮到施工沉降，施工前先預(yù)拋高吹填0.8m厚的粉土層，即吹填至黃海標(biāo)高4.7m)。

2.3具體施工工藝流程

場(chǎng)地內(nèi)的軟土路基為含水量高、初始強(qiáng)度低、嚴(yán)重液化、欠固結(jié)的吹填土層，在采用“高真空擊密法”加固處理時(shí)，其擊密能量總體呈“先輕后重，少擊多遍”的特點(diǎn)。其主要施工工藝流程如下：

1)定位放線，確定高真空擊密法的試驗(yàn)區(qū)域。確定處理后的交工標(biāo)高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)施工會(huì)沉降約0.7～0.8m，在加固處理前先預(yù)拋高吹填了0.8m厚的粉土層。因場(chǎng)地為剛吹填完不久，須采取淺層預(yù)處理措施直至可以承受人與機(jī)械進(jìn)場(chǎng)施工。具體淺層預(yù)處理主要是采取插淺真空管排水配合低能量強(qiáng)夯點(diǎn)夯，夯擊能量500～800kN·m。

2)場(chǎng)地淺層具有一定的承載力后，預(yù)埋各種監(jiān)測(cè)設(shè)備，進(jìn)行施工前的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)。

3)進(jìn)行高真空排水，真空排水管分層設(shè)置深管和淺管，進(jìn)行第一遍高真空排水，期間進(jìn)行各種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目觀測(cè)，實(shí)施信息化管理，判斷能否進(jìn)行第一遍高真空擊密。

4)場(chǎng)地含水量豐富，整個(gè)強(qiáng)夯點(diǎn)夯過程中能保留下來的真空排水管繼續(xù)進(jìn)行排水，即強(qiáng)夯、排水同時(shí)進(jìn)行。對(duì)場(chǎng)地實(shí)施了持續(xù)排水約7d后，開始進(jìn)行第一遍強(qiáng)夯跳夯點(diǎn)夯，能量1 000～1 500kN·m，3～4 擊。

5)第一遍跳夯點(diǎn)夯后，待孔隙水壓力消散75%～85%后，施工單位對(duì)各種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行自檢，根據(jù)自檢情況調(diào)整第二遍“高真空擊密”的施工參數(shù)，并進(jìn)行第二遍跳夯點(diǎn)夯，能量1 800～2 000kN·m，4～5擊。

6)第二遍跳夯點(diǎn)夯后，待孔隙水壓力消散75%～85%后，對(duì)各種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行自檢，并根據(jù)自檢情況調(diào)整第三遍“高真空擊密”的施工參數(shù)，并進(jìn)行第三遍點(diǎn)夯，夯點(diǎn)打在第一遍夯點(diǎn)上，對(duì)第一遍夯能進(jìn)行加強(qiáng)，能量2 000～2 300kN·m，4～6擊。

7)第三遍點(diǎn)夯后，待孔隙水壓力消散75%～85%后，對(duì)各種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行自檢，并根據(jù)自檢情況調(diào)整滿夯的施工參數(shù)，并進(jìn)行滿夯，能量為700～900kN·m，1～2擊。

8)滿夯施工結(jié)束后，對(duì)處理效果先行自檢，待滿足地基處理要求后，交付業(yè)主委托第三方進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收。

2.4軟基處理效果檢測(cè)

經(jīng)建設(shè)單位委托：筆者公司根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)高真空擊密處理前的地基土(場(chǎng)地淺層預(yù)處理后)進(jìn)行了豎向靜載荷試驗(yàn)、雙橋靜力觸探試驗(yàn)、鉆探取樣室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)及鉆探標(biāo)準(zhǔn)貫入液化判別試驗(yàn)；在高真空擊密處理后約28d時(shí)，也對(duì)處理后的地基土進(jìn)行了豎向靜載荷試驗(yàn)、雙橋靜力觸探試驗(yàn)、鉆探取樣室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)及鉆探標(biāo)準(zhǔn)貫入液化判別試驗(yàn)[3-4]。通過對(duì)以上各檢測(cè)項(xiàng)目的對(duì)比，分析判別“高真空擊密法”加固處理吹填土軟土路基的處理效果及其適宜性。

2.4.1軟基處理前后土層的豎向靜載荷試驗(yàn)對(duì)比

在軟土路基處理前及軟土路基處理后的區(qū)域，分別進(jìn)行3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基豎向靜載荷試驗(yàn)。具體點(diǎn)位由建設(shè)單位指定，均采用邊長(zhǎng)為1.0m的鋼板。軟基處理前及處理后各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表1，軟基處理前及處理后3#點(diǎn)的靜載荷試驗(yàn)壓力和沉降的P-s曲線對(duì)比見圖1。

圖1　軟基處理前及處理后3#點(diǎn)的靜載荷試驗(yàn)p-s曲線對(duì)比圖

表1　軟基處理前及處理后土層的靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

根據(jù)表1靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表、根據(jù)圖1靜載荷試驗(yàn)p-s曲線對(duì)比圖，可以看出“高真空擊密法”加固處理軟基的效果明顯，軟基加固處理后的地基土承載力極限值在280kPa以上，當(dāng)荷載加至280kPa時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降量在規(guī)范允許范圍內(nèi)，達(dá)到軟基加固處理后地基土承載力特征值在140kPa以上的設(shè)計(jì)要求。

2.4.2軟基處理前后土層的雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)對(duì)比

在軟土路基處理前及處理后的區(qū)域分別施工3個(gè)雙橋靜力觸探孔，對(duì)軟基處理前及處理后深度在8.0m以上土層的雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比見表2，軟基處理前與處理后3#點(diǎn)處的雙橋靜力觸探曲線對(duì)比見圖2。

表2　軟基處理前及處理后的雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)平均值對(duì)比表

圖2　軟基處理前與處理后3#點(diǎn)的雙橋靜力觸探曲線對(duì)比圖

根據(jù)表2雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)平均值對(duì)比表及根據(jù)圖2雙橋靜力觸探曲線對(duì)比圖，可以看出相比軟基處理前，軟基處理后的qc與fs值增加數(shù)倍以上，表明軟基處理效果明顯，特別是1#沖填土層更為明顯，其加固處理深度可以達(dá)到6.0～8.0m以上。

根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式與雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)，亦可以計(jì)算出地基土承載力。根據(jù)曲線對(duì)比圖可以看出，經(jīng)處理后：0.0～7.0m之間qc<1.0MPa部位的沖填土層的承載力提高約4～6倍以上，1.0MPa

根據(jù)雙橋靜力觸探成果分析，“高真空擊密法”對(duì)軟基加固處理后在6.0～8.0m以上形成了超固結(jié)的“硬殼層”，且使土層擠密均勻，消除了原有較大的差異沉降；其加固處理后的地基土承載力特征值達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的140kPa以上；其加固處理影響深度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的6.0～8.0m。

2.4.3軟基處理前后土層的室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比

在軟土路基處理前(淺層預(yù)處理后能擺放輕型鉆機(jī)的地方施工)及軟土路基處理后分別施工了3個(gè)輕型鉆探取樣+標(biāo)貫孔，對(duì)8.0m以上土層每1m間距取1只原狀土樣進(jìn)行了常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)。8.0m以上土層的室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)平均值對(duì)比見表3。

表3　軟基處理前與處理后土層的室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)平均值對(duì)比表

通過表3室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)平均值對(duì)比表，可以看出，在軟基加固處理后，8.0m以上土層的含水量、重度、孔隙比、壓縮模量、固結(jié)快剪的粘聚力及內(nèi)摩擦角等常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)，相比軟基加固處理前都有了較好的提升，加固處理的效果明顯。

2.4.4軟基處理前后土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入液化性對(duì)比

在軟土路基處理前及處理后分別施工了3個(gè)輕型鉆探取樣+標(biāo)貫孔，每個(gè)鉆孔8.0m以上除取樣外，還按1m間距做了7次標(biāo)貫，處理前8.0m以上土層的標(biāo)貫擊數(shù)1～3擊，液化等級(jí)主要在輕微至中等液化。標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)據(jù)及液化性對(duì)比詳見表4。

表4　軟基處理前及處理后土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入液化性對(duì)比

通過表4標(biāo)準(zhǔn)貫入液化性對(duì)比表，可以看出，8.0m以上土層由軟基加固處理前的輕微至中等液化的欠固結(jié)土轉(zhuǎn)變?yōu)檐浕庸烫幚砗蟮牟灰夯某探Y(jié)土，標(biāo)貫擊次有較大的提高，相應(yīng)的地基土承載力有較大的提高。

3結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)吹填土軟土路基加固處理前及加固處理后的地基土應(yīng)用豎向靜載荷試驗(yàn)、雙橋靜力觸探試驗(yàn)、鉆探取樣室內(nèi)土工常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)貫入液化判別試驗(yàn)等試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)及對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論。

1)“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的影響深度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的6.0～8.0m，軟基處理后表層形成了6.0～8.0m厚的超固結(jié)的“硬殼層”，且使土層較均勻、較密實(shí)，消除了原有較大的差異沉降；

2)吹填土軟基加固處理后，8.0m以上土層物理力學(xué)指標(biāo)及地基土承載力明顯得到提高，0.0～8.0m的地基土承載力特征值可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的140kPa以上；

3)吹填土軟基加固處理后，沖填土層由輕微至中等液化的欠固結(jié)土轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰夯某探Y(jié)土；

4)吹填土軟基加固處理后，經(jīng)測(cè)量地面標(biāo)高約3.9～4.0m，滿足建設(shè)單位交工標(biāo)高的要求；

5)從吹填土軟基加固處理后地基土的檢測(cè)結(jié)果來看，其地基處理效果已經(jīng)達(dá)到甚至超過設(shè)計(jì)單位的要求，在施工過程中及施工結(jié)束后的沉降觀測(cè)等數(shù)據(jù)均符合設(shè)計(jì)要求，說明“高真空擊密法”在該區(qū)域同等地質(zhì)條件下(主要指吹填形成的海涂區(qū)或粉土區(qū))進(jìn)行大面積的加固處理軟基，是適宜可行的，是該區(qū)域較有效、較快速、較環(huán)保的軟基處理方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]上海港灣軟地基處理工程有限公司，上海港灣軟地基設(shè)計(jì)研究院.杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)拓展區(qū)經(jīng)四路試驗(yàn)區(qū)高真空擊密法試驗(yàn)研究報(bào)告[R].上海：上海港灣軟地基處理工程有限公司，2010.

[2]龔紅旗.高真空擊密法填海灘涂地基處理試驗(yàn)研究[J].巖土工程界，2009，12(7)：33-35.

[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]河海大學(xué).GB/T51064—2015吹填土地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015.

收稿日期：2015-12-15

作者簡(jiǎn)介：陳康太(1983—)，男，甘肅靜寧人，工程師，從事巖土工程勘察工作。

中圖分類號(hào)：TU472

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1008-3707(2016)03-0031-06

Analysis on the Appropriateness of the Soft Foundation of Soft SoilStrengthening Treated by the Method of High Vacuum Compaction

CHEN Kangtai