唐山某大型工程無填料振沖試驗與分析

張志偉，王文鵬

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

1 引言

從20世紀(jì)70年代國內(nèi)研究第一臺30 kW振沖設(shè)備用以處理大壩砂土地基液化開始，振沖法在地基處理工程中已得到廣泛應(yīng)用。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，無填料振沖擠密技術(shù)也得到了較為廣泛的應(yīng)用，特別是在海南省大隆水庫、上海洋山港、河北曹妃甸等大型工程中的成功使用，積累了大量的實踐經(jīng)驗。

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79-2012規(guī)定：不加填料振沖擠密法適用于處理黏粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基，在初步設(shè)計階段宜進行現(xiàn)場工藝試驗，確定不加填料振密的可行性。本項目為新近吹填地區(qū)的無填料地基處理，地質(zhì)條件復(fù)雜，吹填的質(zhì)量不均，項目采取無填料+強夯的處理方式進行試驗，試驗結(jié)果滿足了設(shè)計要求，為正式的工程設(shè)計提供依據(jù)和施工經(jīng)驗，確定了適用的主導(dǎo)設(shè)備、技術(shù)參數(shù)等指標(biāo)。

2 工程地質(zhì)條件

唐山某煤碼頭項目擬建5000萬噸，共建成10萬噸級泊位2個、7萬噸級泊位2個、5萬噸級泊位1個以及相應(yīng)配套設(shè)施。碼頭全長1428 m，設(shè)計裝船能力5000萬噸。

場區(qū)勘探最大深度范圍內(nèi)所揭露的地層，新近人工填土(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)海相沉積層(Q4m)、第四系上更新統(tǒng)沖、洪積層(Q3al+pl)、第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)、第四系上更新統(tǒng)海相沉積層(Q3m)。根據(jù)地質(zhì)成因、年代、原位測試及室內(nèi)試驗成果，將鉆孔所揭露的地基土分為12大層。

①1素填土

主要由碎石組成，分布在場地北側(cè)和西側(cè)的道路上，層厚0.30～0.50 m，該層在勘察期間由卡車堆填形成，并經(jīng)卡車碾壓，力學(xué)性質(zhì)較好，但層厚較薄，不可作為天然地基持力層。

①沖填土

主要由松散的粉砂組成，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)實測值N為3～11擊，平均4.9擊，靜力觸探試驗測得錐頭阻力為1.00～5.63 MPa，平均3.07 MPa，層厚為8.30～16.00 m，平均12.85 m，天然孔隙比0.697，干密度為1.56 g/cm3，均有分布。該層為近期吹填形成，欠固結(jié)，為嚴(yán)重液化土層，力學(xué)性質(zhì)極差。

②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土

流塑，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)實測值N為1～2擊，平均1.2擊，靜力觸探試驗測得錐頭阻力為0.10～0.99 MPa，平均0.53 MPa，層厚為0.30～3.00 m，平均1.30 m，該層層頂為海底原泥面，主要分布在輔建區(qū)和堆場區(qū)南部。建議地基土承載力特征值為30 kPa。

②2粉砂

松散～稍密，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)實測值N為5～15擊，平均10.7擊，靜力觸探試驗測得錐頭阻力為2.03～10.82 MPa，平均5.27 MPa，層厚為0.50～4.30 m，平均1.92 m，主要分布在場地南部，力學(xué)性質(zhì)一般。建議地基土承載力特征值為120 kPa。

②3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)實測值N為1～6擊，平均3.5擊，靜力觸探試驗測得錐頭阻力為0.14～1.30 MPa，平均0.72 MPa，層厚為0.50～4.40 m，平均2.04 m，該層除ZK32～ZK39、ZK57、ZK143、ZK144鉆孔缺失外，均有分布。建議地基土承載力特征值為70 kPa。

③層粉砂

稍密～密實，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)實測值N為13～46擊，平均31.2擊，靜力觸探試驗測得錐頭阻力為5.03～15.00 MPa，平均10.68 MPa，層厚為0.60～12.70m，平均5.54 m，本層在場地內(nèi)均有分布，力學(xué)性質(zhì)較好，可作為樁端持力層，在層厚較薄處需對軟弱下臥層進行驗算。建議地基土承載力特征值為180 kPa。

④粉質(zhì)黏土

可塑，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)實測值N為3～8擊，平均5.3擊，靜力觸探試0.12～2.00 MPa，平均1.13 MPa，層厚為1.00～6.00 m，平均3.17 m，該層在場地除ZK162～164鉆孔缺失外，均有分布，正常固結(jié)，屬中等靈敏土，力學(xué)性質(zhì)較差，作為軟弱下臥層時應(yīng)對其進行驗算。建議地基土承載力特征值為100 kPa。

⑤粉砂

稍密～密實，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)實測值N為12～32擊，平均20.4擊，靜力觸探試驗測得錐頭阻力為2.54～12.98 MPa，平均6.36 MPa，層厚為0.50～2.40 m，平均1.21 m，該層除西側(cè)少數(shù)鉆孔缺失外，均有分布，力學(xué)性質(zhì)較好。建議地基土承載力特征值為160 kPa。

3 設(shè)計要求

地基承載力特征值不低于150 kPa；消除吹填土層液化。

4 設(shè)計方案

4.1 試驗區(qū)面積

試驗一區(qū)面積約440 m2；試驗二區(qū)面積約550 m2。

4.2 設(shè)計參數(shù)

試驗采用振沖+強夯的處理方式。

4.2.1 振沖試驗

(1)試驗一區(qū)布點形式采用正三角形布點，點間距2.2 m；振密深度穿過1層沖填土；振沖器功率75 kW，雙點共振法施工。

(2)試驗二區(qū)布點形式采用正三角形布點，點間距2.5 m；振密深度穿過1層沖填土；振沖器功率75 kW，雙點共振法施工。

4.2.2 強夯試驗

點夯采用2000 kJ能量，單點夯擊擊數(shù)6～8擊，分二遍夯。第一遍夯點間距5.0 m×5.0 m，第二遍夯在第一遍夯點中間插點；最后滿夯一遍，單點夯擊能1000 kJ，采用1/3夯雙向搭接，單點夯擊擊數(shù)2～3擊。

5 施工參數(shù)

造孔速度6～8 m/min；水壓0.2 MPa；加密段0.5 m；留振時間孔底60 s，其余30 s。

6 檢測分析

為了檢測處理效果，根據(jù)地基處理試驗方案，在振沖處理前后分別在振沖試驗一區(qū)及振沖處理試驗二區(qū)布置了標(biāo)準(zhǔn)貫入測試，并對處理后的承載力情況進行了檢測。

6.1 試驗一區(qū)

6.1.1 地基處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測

振沖處理前后，地基土的標(biāo)準(zhǔn)貫入測試數(shù)據(jù)對比如表1所示。

表1 一區(qū)標(biāo)準(zhǔn)貫入測試數(shù)據(jù)對比表

由表1可見，經(jīng)過振沖處理后地基土的物理力學(xué)性質(zhì)均有了較大的提高，并消除了液化。

6.1.2 載荷試驗

采用方形剛性承壓板進行平板載荷試驗，承壓板邊長為2.05 m，試驗結(jié)果見表2。

表2 一區(qū)平板載荷試驗數(shù)據(jù)表

由表2可見，處理后承載力特征值為179 kPa，大于設(shè)計要求的150 kPa。

6.2 試驗二區(qū)

6.2.1 地基處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測

振沖處理前后，地基土的標(biāo)準(zhǔn)貫入測試數(shù)據(jù)對比如表3所示。

表3 二區(qū)標(biāo)準(zhǔn)貫入測試數(shù)據(jù)對比表

由表3可見，經(jīng)過振沖處理后地基土的物理力學(xué)性質(zhì)均有了較大的提高，并消除了液化。

6.2.2 載荷試驗

采用方形剛性承壓板進行平板載荷試驗，承壓板邊長為2.33 m。試驗結(jié)果見表4。

表4 二區(qū)平板載荷試驗數(shù)據(jù)表

由表4可見，處理后承載力特征值為180 kPa，大于設(shè)計要求的150 kPa。

7 結(jié)論

(1)本場區(qū)內(nèi)的吹填土層特點是吹填時間短，含水量高，顆粒不均勻，采用無填料加密工法雖然對于擠密和排水有良好的效果，但地表加密效果欠佳。因此，本次試驗采用了“無填料擠密+強夯”的聯(lián)合工法對場區(qū)進行地基處理，加密效果明顯，加固后吹填土層的原位測試數(shù)據(jù)均得到顯著提高，消除了液化，承載力得到明顯提高。

(2)通過現(xiàn)場的試驗，局部地層處理后檢測效果不太理想，經(jīng)現(xiàn)場取土測試，含泥量超過規(guī)范的要求。因此，在吹填砂地區(qū)采用無填料處理，含泥量應(yīng)作為一個重要的指標(biāo)，引起設(shè)計的重視。

(3)采用雙點共振法施工的無填料振沖擠密，施工過程中應(yīng)控制振沖器下沉速度，以保證樁孔垂直度，同時保證擠密均勻。

(4)造孔水壓應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，以孔口不過量返砂為原則，且滿足施工要求，尤其對于新近吹填的砂層，水壓過大，雖有利于成孔的速度，但會將砂層中的細顆粒返出孔口，造成密實效果不佳。

參考文獻：

[1] 中國建筑科學(xué)研究院. 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范:GB 50007-2011[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2012.[2] 中國建筑科學(xué)研究院. 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范: JGJ 79-2012[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范: GB/T 50783-2012[S]. 北京:中國計劃出版社,2012.

[4] 龔曉南. 地基處理手冊-第2版[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2000.