無填料振沖法在海塘地基處理中的應(yīng)用

余錦地，鮑紅艷，朱亞磊

(1.浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002；2.杭州市閑林水庫管理處，浙江 杭州 311122)

振沖法加固粉砂土地基具有工藝簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用和效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用[1].振沖法加固粉砂土地基主要有2種方法，即無填料加固和填料加固.填料加固法一般在處理中粗砂地基中應(yīng)用，利用碎石、礦渣等填料形成樁體，填料量大，工程質(zhì)量不易控制和檢驗(yàn)，難以解決場地的不均勻沉降問題.無填料加固法是在振沖器水平振動和高壓水的共同作用下，使松散碎石土、砂土、粉土、人工填土等土體振密，以達(dá)到消除地基液化、減小建筑物地基不均勻沉降、提高地基承載力的目的[2-3].工程實(shí)踐表明，只要采用正確的施工工藝和參數(shù)，該法加固粉砂土地基效果明顯，能滿足工程的質(zhì)量和進(jìn)度控制要求[4].

1 工程概況

工程位于浙江省杭州市錢塘江區(qū)域G20峰會所在地，原始地面高程5.00 m左右，區(qū)內(nèi)出露的地層主要為沖海積、沖洪積的粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂以及海積、湖沼積的淤泥質(zhì)粘土、淤泥、粉質(zhì)粘土.新建海塘段位于錢塘江灘涂面上，根據(jù)地質(zhì)資料成果，海塘地基為Ⅱ1粘質(zhì)、砂質(zhì)粉土，其下依次由Ⅱ2砂質(zhì)粉土、Ⅱ3粉土夾粉砂、Ⅲ1粉砂夾粉土、Ⅲ2粉細(xì)砂、Ⅴ淤泥質(zhì)粘土等組成，表層土體標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)在3～8擊，為松散土體.工程區(qū)地質(zhì)條件(見表1).

表1 工程區(qū)地層條件

海塘工程等別為Ⅰ等，設(shè)計(jì)防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇.新建海塘采用當(dāng)?shù)胤凵巴撂钪?，迎水?cè)為鋼筋混凝土護(hù)坡，堤頂高程10.10 m，防浪墻頂高程11.20 m，堤頂寬8.0 m.本工程設(shè)計(jì)要求地基承載力為fak≥150 kPa，地基平均處理深度9.5 m.另根據(jù)附近閘站工程地基經(jīng)振沖后沉降0.7～1.2 m的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)判斷，若要加快施工進(jìn)度，海塘需進(jìn)行基礎(chǔ)處理.

2 海塘基礎(chǔ)復(fù)核

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)第7.3.4條，土堤沉降量可根據(jù)地基地質(zhì)、堤身土質(zhì)及填筑密度等因素分析確定，宜取堤高的3%～5%，本工程新建海塘灘涂面高程約2.50 m，設(shè)計(jì)堤頂高程10.10 m，堤高約7.60 m，允許沉降量為22.8～38 cm，根據(jù)地基沉降復(fù)核成果，海塘單點(diǎn)最大沉降量較大，達(dá)75.4 cm，不能滿足規(guī)范要求.另根據(jù)地勘標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)據(jù)判斷，海塘地基表層為松散土體.地基表層土體顆粒級配成果(見表2).

表2 海塘地基表層顆分成果匯總表

本工程護(hù)坡、防浪墻及堤頂路面需待堤身沉降基本穩(wěn)定后方可實(shí)施，考慮到新建海塘需在2016年4月份前就要達(dá)到防洪抗潮能力，施工周期較短，海塘地基表層土體松散，若新建海塘堤身沉降未趨于穩(wěn)定，會導(dǎo)致剛性結(jié)構(gòu)與堤身之間沉降不均勻，影響護(hù)坡、防浪墻及堤頂路面等的整體外觀質(zhì)量及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，故需對新建海塘進(jìn)行基礎(chǔ)處理.

3 地基處理方案

地基加固處理的原則是“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、合理”，本工程采用無填料振沖法對基礎(chǔ)范圍內(nèi)進(jìn)行加密，是在振沖器水平振動和高壓水的共同作用下，使松散碎石土、砂土、粉土、人工填土等土體振密，就地加密、施工縮短工期、施工機(jī)械操作方便簡單、工程造價(jià)成本低等優(yōu)點(diǎn)[5-6].

3.1 無填料振沖擠密法

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2012)第7.2.2條、第7.2.5條，不加填料振沖擠密孔距可采用1.5～3 m，施工質(zhì)量的檢驗(yàn)對樁間土可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、動力觸探或其他原位測試等方法.結(jié)合本段海塘實(shí)際地質(zhì)條件和附近錢江樞紐的工程經(jīng)驗(yàn)，采用75 kW振沖器布樁間距2.0 m，梅花型布置，采用圍打法施工.振沖處理前先進(jìn)行地基覆重至高程4.00 m，現(xiàn)狀地面高程2.50 m左右，振沖處理至Ⅱ3層粉土夾粉砂底部，取-7.00 m，平均處理深度9.5 m.該方案的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用和效果顯著；缺點(diǎn)是需輔以高壓水沖造孔，有泥漿生成[7].

考慮到本工程附近閘站工程均采用無填料振沖處理加固地基，以達(dá)到消除粉砂土地基液化、減小建筑物地基不均勻沉降、提高地基承載力的目的，實(shí)踐證明該方法加固粉砂土地基效果明顯，能滿足工程質(zhì)量和施工進(jìn)度要求.

3.2 地基處理設(shè)計(jì)

振沖處理采用無填料振沖擠密法，布樁間距2.0 m，梅花型布置，采用單點(diǎn)圍打法施工.振沖處理前先進(jìn)行地基覆重至高程4.00 m，現(xiàn)狀地面高程2.50 m左右，振沖處理至-7.00 m，平均處理深度9.5 m.垂直水流向處理范圍為新建海塘迎水側(cè)護(hù)坦外邊線至背水坡坡腳，順?biāo)飨蛱幚矸秶?00 m.基礎(chǔ)振沖處理斷面(見圖1).

3.3 沉降計(jì)算

根據(jù)附近七甲船閘基礎(chǔ)振沖后地基各土層的e～p曲線，按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)推薦的分層總和法計(jì)算最終沉降量.

最終沉降量的計(jì)算公式為：

(1)

式中：S—最終沉降量，m；

n—壓縮層范圍的土層數(shù)；

e1i—第i土層在平均自重應(yīng)力作用下的孔隙比；

e2i—第i土層在平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力共同作用下的孔隙比；

hi—第i土層的厚度，m；基壓縮層的計(jì)算厚度按計(jì)算層面處土的附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比≤0.2倍確定；

m—修正系數(shù)，軟土地基可采用1.3～1.6.

取樁號堤0+200.00斷面計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)塘堤基振沖后最終沉降，計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)塘堤頂中心竣工時(shí)沉降6.3 cm，工后沉降12.4 cm，標(biāo)準(zhǔn)塘單點(diǎn)最大沉降量為18.7 cm，較堤基振沖前沉降量明顯減小，堤頂可通過預(yù)留超高以滿足工后沉降要求.

4 現(xiàn)場檢測評價(jià)

海塘地基的擠密效果采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行檢測，宜在施工15 d后進(jìn)行，檢測試驗(yàn)后進(jìn)行一次性驗(yàn)收，振沖擠密處理要求土體標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)≥2擊[8].試驗(yàn)段長50 m，寬40 m，質(zhì)量檢測單位根據(jù)設(shè)計(jì)要求對本項(xiàng)目進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，共做了60孔樁，其中3孔為未進(jìn)行振沖處理的原狀土.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，求得振沖擠密處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(N63.5)統(tǒng)計(jì)值(見表3).

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，未做過振沖施工的原狀土與做過振沖施工的數(shù)據(jù)對比，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)振沖后的土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)有較大的提高.經(jīng)振沖擠密處理后，土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)范圍值在12～18擊，平均值15.58擊，滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行全段施工.

表3 振沖擠密處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(N63.5)成果表

5 結(jié) 論

錢塘江海塘地基采用無填料振沖處理后，土體標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)≥12擊，土體密實(shí)度達(dá)到稍密～中密狀態(tài)，其效果顯著、施工簡單、安全環(huán)保經(jīng)濟(jì)，是江河灘涂堤壩地基處理較為實(shí)用的施工工藝.

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[4] 余錦地，吳文峰，朱亞磊.無填料振沖擠密法在粉砂土地基處理中的應(yīng)用[J].人民長江，2013，44(9)：44-46.

[5] 戚秀蓮，朱 劍.洋山深水港無填料振沖法加固粉細(xì)砂地基試驗(yàn)研究及應(yīng)用[C]//中國土木工程學(xué)會.中國土木工程學(xué)會港口工程分會論文集，2009：241-250.

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