加壓式套管沖擊排水強(qiáng)夯法施工技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用分析
——以長江流域港口碼頭后方陸域堆場項目為例

◎ 徐磊 中交一航局第五工程有限公司

1.研究背景

長江是我國重要的黃金水道，橫貫東西，輻射沿線多省市，覆蓋全國近半數(shù)人口，自中央提出打造長江經(jīng)濟(jì)帶以來，國家加大了對華中地區(qū)長江沿線工程建設(shè)的力度，長江沿線屬古長江階地，長江沖（沉）積地質(zhì)條件，表層范圍以粘土及淤泥質(zhì)粘土為主，含水量高，天然承載力低，工程建設(shè)多要面對地基處理問題，本文以湖北荊州煤炭鐵水聯(lián)運儲配基地一期工程陸域堆場軟基處理為工程實例，以現(xiàn)場地質(zhì)勘察資料為基礎(chǔ)，通過理論分析，以及對施工現(xiàn)場的試驗數(shù)據(jù)分析，對加壓式套管沖擊排水強(qiáng)夯法在本項目中的應(yīng)用做出了研究。

2.工程概況及地質(zhì)條件

湖北荊州煤炭鐵水聯(lián)運儲配基地與新建蒙華鐵路工程配套規(guī)劃，是長江沿岸大型煤炭中轉(zhuǎn)碼頭，旨在為長江經(jīng)濟(jì)帶提供強(qiáng)大能源保障。該基地一期工程陸域堆場東西向?qū)?76米、南北向長975米，該項目位于湖北省中南部的荊州市江陵縣，緊鄰荊江河段北岸，地勢平坦，屬長江沖積平原和四湖濱湖平原并列地帶，區(qū)域內(nèi)主要為村莊、農(nóng)田、水溝、渠，局部分布有魚塘，地層具有含水率大、壓縮性高，天然承載力低的特點，陸域堆場需要進(jìn)行軟基處理。

根據(jù)前期鉆探揭露，本區(qū)巖土層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、沖洪積層（Q4al+pl），巖土層自上而下可分為幾個單元土體，分分別為①素填土（Q4ml），平均層厚0.37m；②粉質(zhì)黏土（Q4al），褐黃色，軟塑～可塑狀，具中～高壓縮性，強(qiáng)度低，平均層厚2.50m；③粉質(zhì)黏土（Q4al），褐灰色，可塑狀，具中～高壓縮性，強(qiáng)度一般，平均層厚5.90m；④粉細(xì)砂（Q4al），灰色，松散～稍密狀，具中等偏高壓縮性，強(qiáng)度較低，平均厚度5.31m；⑤粉細(xì)砂（Q4al），灰色，中密狀，強(qiáng)度較好，平均厚度7.83m。在第②、③粉質(zhì)黏土（Q4al）內(nèi)，局部又分布有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4al），力學(xué)強(qiáng)度低，具高壓縮性、高孔隙比、高含水量等特征。

3.工藝?yán)碚摻榻B

加壓式套管沖擊排水強(qiáng)夯法是一種新型的地基處理工法，它采用加壓式大套管高效真空排水與強(qiáng)夯結(jié)合，根據(jù)場地的地質(zhì)情況，針對整個場地先進(jìn)行套管加壓降水施工，多維度，深層次高效降低土體含水率，然后結(jié)合進(jìn)行多遍變能量強(qiáng)夯，進(jìn)一步促進(jìn)土體排水，密實土體結(jié)構(gòu)，有效提高地基承載力。

3.1 加壓式套管排水

加壓式套管沖擊排水強(qiáng)夯法所采用的排水固結(jié)技術(shù)是大、小套管結(jié)合了加壓強(qiáng)排的方法，施工時滿場有規(guī)律的布置大、小套管及加壓管，通過對大、小套管抽真空形成“負(fù)壓”，實現(xiàn)多維度，多層面的排水，另一方面，加壓管對土體產(chǎn)生側(cè)向擠壓，大氣壓對地基土產(chǎn)生豎向壓力，強(qiáng)夯對地基土產(chǎn)生豎向沖擊，應(yīng)力擴(kuò)散，形成半空間三維擠壓，三者產(chǎn)生的擠壓為“正壓”，可密實土體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生超孔隙水壓力，使密閉的含水孔隙突破開，沖開細(xì)閉排水通道，促進(jìn)真空“負(fù)壓”排水，如此“正壓”和“負(fù)壓”的結(jié)合可加快消散超孔隙水壓力，使軟土中的水快速排出。

表1 平板載荷試驗成果表

3.2 變能量強(qiáng)夯

根據(jù)地基處理的要求，滿足錘底靜接地壓力值為前提，合理配置強(qiáng)夯錘，確定夯錘落距，以地基土體有效排水為前提，以夯沉量為控制標(biāo)準(zhǔn)，確定單點夯擊數(shù)。強(qiáng)夯加固影響深度可以參考梅那公式：

式（1）中，α 為修正系數(shù)，取0.5～1；M為錘重，單位t；h為落距，單位m。為了避免盲目夯擊造成土體破壞，需根據(jù)排水周期情況，強(qiáng)夯分幾遍進(jìn)行，夯擊能先輕后重，變能量施工，循序漸進(jìn)，在被處理土體表層形成一定厚度的超固結(jié)“硬殼層”，利用“硬殼層”的應(yīng)力擴(kuò)散作用，可有效提高地基承載力。

4.實施過程

根據(jù)本項目的地質(zhì)勘察情況，結(jié)合本項目的工程要求，對于本項目的陸域堆場軟基處理，設(shè)計采用了三周期降水和三遍強(qiáng)夯，施工工序如下：管網(wǎng)布置→第一周期降水→第一遍點夯→第二周期降水→第二遍點夯→第三周期降水→滿夯→場地平整、驗收。

值得注意的是，在第一遍和第二遍的點夯過程中，要持續(xù)真空降水不間斷。

4.1 真空降水

根據(jù)原土層含水率及原始地下水情況，在陸域堆場范圍布管后進(jìn)行了三周期的套管真空降水，第一周期降水至地面下3m，第二周期降水至地面下5m，第三周期為地下水位鞏固周期，加強(qiáng)前兩周期的降水效果，降水周期控制在3～4d天左右。第一周期降水結(jié)束后撤走場地上覆真空膜，進(jìn)行第一遍點夯施工，第三周期降水結(jié)束后，拆除所有管網(wǎng)，再進(jìn)行滿夯施工。

4.2 強(qiáng)夯施工

本項目設(shè)計進(jìn)行三遍強(qiáng)夯，第一、第二遍為變能量點夯，夯點間距按5m×5m正方形布置，第三遍為滿夯。第一遍強(qiáng)夯能量1500～1800kN·m，每點4～6 擊，第二遍強(qiáng)夯能量2200～2500kN·m，與第一遍夯點呈梅花形布置，每點6～8擊，具體參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場每點的夯擊情況調(diào)整，以保證夯坑周圍無大變形隆起，凈夯沉量不小于1.5m，且最后2擊平均夯沉量不大于5cm為控制標(biāo)準(zhǔn)；滿夯能量1000kN·m，每點2擊，搭接1/4錘徑。

設(shè)計的兩遍點夯穿插在降水周期中進(jìn)行，每遍點夯時，降水作業(yè)不間斷的進(jìn)行，且同步進(jìn)行夯坑排水（若有）、夯坑回填、地下水位及土層中超孔隙水壓力監(jiān)測，夯坑回填完畢后，待上一次強(qiáng)夯作用在地層中產(chǎn)生的超孔隙水壓力消散70%～80%后，且地下水位降至地表下設(shè)計深度時可進(jìn)行下一遍強(qiáng)夯。

5.施工效果分析

5.1 施工后淺層載荷板試驗結(jié)果

施工完成后，在研究區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取3點進(jìn)行了淺層平板載荷試驗，承壓板尺寸1.5m×1.5m，預(yù)壓荷載15kPa，預(yù)壓5min，最大試驗荷載300kPa，分10級加載，5級卸載，試驗過程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，試驗數(shù)據(jù)如下表，可以發(fā)現(xiàn)，3處地基承載力均能滿足150Kpa的工程設(shè)計要求，試驗的最終沉降量均滿足規(guī)范要求。平板載荷試驗成果如表1所示。

5.2 結(jié)論

通過對加壓式套管沖擊排水強(qiáng)夯法的理論分析，結(jié)合湖北荊州煤炭鐵水聯(lián)運儲配基地一期工程陸域堆場軟土處理的工程實際施工情況，可以得到如下結(jié)論：加壓式套管沖擊排水強(qiáng)夯法在理論上是可行的，在本項目的實際應(yīng)用中是有效的。經(jīng)過處理后可顯著看到，地基土體結(jié)構(gòu)得到有效密實，地基承載力得到大幅的提高，有效的改善地基土的不均勻性，消除工程投產(chǎn)后可能產(chǎn)生過大沉降的隱患。

6.結(jié)語

綜上所述，本項目的施工結(jié)果表明，加壓式套管沖擊排水強(qiáng)夯法施工工藝較成熟，用于加固長江流域沖（沉）積地質(zhì)條件下的軟土地基處理效果明顯。希望在對本項目實測資料進(jìn)行分析整理的基礎(chǔ)上，能為今后類似工程的設(shè)計和施工提供經(jīng)驗參考。