排水板加降水強夯法在黃驊港地基處理中的應用

邢樹軍，黃明光

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引言

黃驊港地區(qū)地質多為吹填淤泥或淤泥質軟土，長期以來，大面積地基處理方式主要為排水固結法，包括真空預壓法、堆載預壓法、真空聯(lián)合堆載預壓法等，通過打設豎向塑料排水板和鋪設橫向排水系統(tǒng)，地基在附加真空或堆載等外荷載的作用下，將軟土內自由水轉化為超孔隙水并逐漸消散，從而提高土體地基承載力。

傳統(tǒng)的排水固結法存在較多的問題，如真空預壓法存在漏氣、處理周期長的缺點，而堆載預壓法需要較多的填土，在環(huán)保和交通管控下，填土的運輸日趨困難。因此，對于吹填時間較長、吹填淤泥或淤泥質土僅為夾層的場地，嘗試采用其它的地基處理方案可以解決存在的各種問題。

排水板加降水強夯法地基處理在河北省京唐港、曹妃甸港等臨近港口有較多的應用。其設計原理為采用降水點形成的負壓力與強夯產生的正壓力協(xié)同作用，將軟土中的自由水變?yōu)槌紫端⑼ㄟ^管道排出，從而提高地基承載力。最終形成厚度約6～8 m的硬層，達到場地使用要求。多用于均載不超過80 kPa的道路、堆場、輔助場地等區(qū)域。具有施工速度快、無需大量材料和能源消耗等特點。

1 工程概述

排水板加降水強夯法是一種組合地基處理方法，首先打設塑料排水板，之后采用井點管降水并結合強夯的方法處理粉土、淤泥質粉質粘土的地質，最終使表層6～8 m的土層達到地基承載力80 kPa以上，含水量降低20 %左右的效果。

塑料排水板采用C型板，打設深度為處理土層的底端，起到減小淤泥質土層的固結半徑作用，并提供密集豎向排水通道，利于超孔隙水迅速消散，并通過排水板芯將水排出。

降水系統(tǒng)采用單雙排、深淺降水管間隔布置，并在場地周位設置封管，利用水循環(huán)真空泵抽真空提供降水負壓，使整個降水管系統(tǒng)形成負壓，通過降水管下部的濾膜將超孔隙水抽出。

強夯采用普通強夯施工，按照特定的時間及夯點進行多遍強夯。強夯對土體產生正向壓力，增加土體內的超孔隙水壓力，與降水產生的負壓一起作用，加速超孔隙水的排出。

2 地質概況

本工程使用場地為新建變電站和周邊場地、道路，占地范圍為東西向80 m，南北向90 m。場地中間為擬建的變電站單體，周圍為場地和道路。

場地位于黃驊港神華港區(qū)進港南側路以南，電廠以北。場地由吹填港池疏浚土形成，因場地吹填時間較長，場地表層基本干燥，高程與道路區(qū)基本相當。

2.1 地質情況

勘察結果表明，場地現狀頂高程平均約5.7 m，區(qū)域內巖土層分布較有規(guī)律，在勘察深度范圍內自上而下各土層特征描述如下：

1）人工填土層

①1沖填土（粉土），該層主要分布于勘察區(qū)的表層，分布連續(xù)，層厚約1.4～2.6 m不等，平均標貫擊數N=3.0擊。

①2沖填土（粉砂），該層分布連續(xù)，層厚約1.0～1.4 m不等，平均標貫擊數N=6.3擊。

①3沖填土（淤泥質土），高塑性，該層分布連續(xù)，層厚約3.2～4.1 m不等。

上述第一大層層底高程為0.15～0.32 m。

2）海相沉積層

②1粉土，該層分布連續(xù)，層厚約1.8～3.3 m不等，平均標貫擊數N=10.0擊。

②2淤泥質粘土，高塑性，該層分布較連續(xù)，層厚約0.7～2.1 m不等。

②3粉土，該層分布連續(xù)，層厚約1.3～7.1 m不等，平均標貫擊數N=12.2擊。

②4粘土，高塑性，該層分布連續(xù)，層厚約3.4～6.8 m不等，平均標貫擊數N=5.4擊。

上述第二大層層底高程為-12.65～-13.23 m。

3）海陸交互相沉積層

③1粉砂，平均標貫擊數N=41.5擊。

③2粉土，局部鉆孔中揭示。

③3粉質粘土，平均標貫擊數N=8.5擊。

③4粉土，局部鉆孔中揭示。

③5粉細砂，局部鉆孔中揭示。

4）湖沼相沉積層

④粉質粘土。

2.2 地質分析

本工程第一大層為軟土層，尤其以①3沖填土（淤泥質土）為承載力最低的土層，其十字板強度僅為10.88 kPa，折合地基承載力特征值約為35 kPa，遠低于設計要求的80 kPa。第二大層以下的地基承載力除②2層為70 kPa外，其余均達到100 kPa以上，因此需要地基處理的土層為第一大層，底高程約為0.0 m，厚度約7.0 m。場地穩(wěn)定水位高程約為5.40 m。

3 設計方案

設計方案應依據上部荷載條件和根據工程地質情況，進行地基沉降計算、地基承載力預估等。

3.1 設計荷載及設計要求

1）設計荷載

本工程為變電站小區(qū)的大面積處理，主要服務于場地和道路的地基，同時為變電站建筑單體提供基本的地基承載力，為樁基打設提供基礎條件，設計場地大面積荷載為60 kPa。

2）沉降要求

根據港區(qū)道路和場地要求，使用期間殘余沉降不超過300 mm，不均勻沉降不超過千分之一，即10 mm/10 m。

3.2 設計方案

1）地基處理邊界選擇

本工程場地位于進港南側路和電廠之間，占地紅線北側距離進港南側路邊線20 m，南側距離電廠管廊邊線50 m。

考慮到本區(qū)域以外的空地規(guī)劃為鐵路及相關設施，尚未進行地基處理。本次處理應盡量考慮后期的地基處理對變電所建筑的影響，因此，本次地基處理邊界選擇原則定為：①避免后續(xù)項目地基處理對本工程建筑物產生振動等影響；②處理邊界與南側管廊保持合適的距離，避免對管廊產生影響。

根據已有經驗，一般2 000 kN夯擊能的強夯施工配合開挖隔振溝對周邊的振動影響在20 m左右，考慮到后期建設的地基處理方案尚未明確，且后期建設用地產權單位與本工程相同，因此東西兩側地基處理邊線分別外擴40 m，南側地基處理邊線外擴20 m，距離管廊30 m，并開挖隔振溝，配合管廊上設置位移和沉降監(jiān)測點。北側地基處理邊線外擴10 m，距離已建道路邊線15 m。

2）塑料排水板深度和布置

本工程打設塑料排水板的原因是表層粉砂下存在厚度3.2～4.1 m淤泥質土，間距3.5 m的降水管無法達到滲透半徑，因此需要加密本土層的滲透半徑。根據計算，塑料排水板間距采用0.8 m，深度打至-4.0 m（穿透淤泥質土底粉土層），使排水板上下端頭均處于排水層中，利于土體雙向固結。塑料排水板采用國標C型板。

排水溝設置：為滿足土體孔隙水順利排出，場地周圍設置一圈排水溝，同時排水溝也起到隔振溝作用，以減小強夯對道路和管廊的影響。排水溝采取明挖，深度1.5～2.5 m（溝底坡度1 %）。

圖1 塑料排水板和排水溝斷面布置

3）真空降水管和真空泵布置

排水板打設完成后即布置降水管，施工區(qū)域外圍設雙排管封管，封管離施工區(qū)域邊線2 m，真空管長4 m及6 m，點距1.75 m，間隔布置。處理區(qū)內單排和雙排真空降水管間隔布置，單排管，排距7 m，真空管長4 m，點距3.5 m；雙排真空降水管，排距7 m，真空管長4 m及6 m，點距1.75 m，間隔布置。最終降水管形成間距3.5 m，單雙排管間隔布置的狀態(tài)。排水管豎管采用DE32的PVC管或鍍鋅鋼管，橫管采用DE65規(guī)格。

因場區(qū)北側為道路，為方便施工設備進出，真空降水管采用南北向布置。

圖2 降水管及排水溝平面布置（場地西北角）

降水采用水循環(huán)真空泵，按照每700～800 m2布置一臺泵，施工過程中始終保持分區(qū)外圍排水暢通。

3）強夯及滿夯布置

場地抽真空達到要求并且降水水位低于施工面以下2.5 m后，撤掉單排管，即可進行強夯及滿夯施工，主要施工順序為：

①小能量滿夯兩遍，夯擊能600～800 kN·m，每遍每點夯擊3擊，滿夯過程中要求雙排管正常降水；

②滿夯間隔10～14天以上開始點夯施工，點夯2遍，夯擊能量1 200～1 500 kN·m；第一遍點夯期間雙排管正常降水，點夯完畢之后方可撤掉雙排管進行第二遍點夯施工；

③點夯間隔10～14天，待孔隙水壓力消散后全場地再用600 kN·m能量滿夯2遍，每點累計夯擊4擊；

④場地按高程挖填整平，再用200 kN以上振動壓路機碾壓6～8遍，達到無明顯壓痕。

4 監(jiān)測和檢測

4.1 檢測和檢測項目

為保證施工效果，設計布置了施工過程中的監(jiān)測和施工后的檢測，包括：

1）沉降監(jiān)測：施工期間隨時測量每擊夯沉量及每遍地面平均夯沉量，做好記錄。

2）孔隙水壓力監(jiān)測：施工期間應進行孔隙水壓力監(jiān)測，孔隙水消散超過70 %后方可進行下一遍強夯。

3）地下水位監(jiān)測：設地下水位儀，設置深度6 m，監(jiān)測降水深度，指導強夯施工。

4）臨近管廊基礎位移觀測點：在臨近管廊基礎位置設3個位移觀測點，監(jiān)測施工期間對管廊基礎的影響，位移報警值：2 mm。

5）地基承載力檢測：施工完成后21天采用標貫兼十字板試驗進行深層地基承載力檢測，采用靜載試驗檢測表層承載力。

6）物理力學指標檢測：取2個原狀孔進行物理力學指標檢測。

4.2 檢測和檢測結果

1）沉降監(jiān)測結果：施工期間打設塑料排水板產生沉降量平均200 mm，強夯及滿夯平均產生沉降400 mm，總沉降量600 mm，占壓縮土層總厚度約10 %，考慮到上層粉土和粉砂層壓縮系數較小，主要沉降產生在①3沖填土（淤泥質土）土層，產生在此層的沉降量約為層厚的15 %，與排水固結法對淤泥質土沉降量相當。

2）孔隙水壓力監(jiān)測結果：孔隙水壓力監(jiān)測表明，強夯對深度4～6 m之間產生的超孔隙水壓力較大，6 m以下產生的超孔隙水壓力不明顯，與土層基本對應?？紫端畨毫οr間約為3～5天。

3）地下水位監(jiān)測結果：地下水位在真空降水約15天左右，可達到降水深度2.5 m。

4）臨近管廊基礎位移觀測點結果：在臨近管廊基礎位置設3個位移觀測點，監(jiān)測結果顯示，強夯施工過程中，管廊設置的水平位移監(jiān)測點位移值分別為1.3 mm，0.9 mm和-0.1 mm，均未達到2 mm的限值，可以驗證在隔振溝和強夯邊界預留30 m凈距的措施下，可以滿足管廊變形要求。

5）地基承載力檢測結果：

十字板檢測表明，淤泥質土層十字板數值由處理之前10 kPa增長到30 kPa以上，換算地基承載力特征值達到80 kPa。上層粉砂和粉土標貫擊數從3～5擊增長到5～9擊，地基處理效果明顯。

靜載試驗結果表明，載荷板面積2.0 m2，在極限加荷載160 kPa的條件下，沉降量約為27 mm，地基承載力可滿足80 kPa。

圖6 典型靜載荷試驗曲線

6）物理力學指標檢測：取2個原狀孔進行物理力學指標檢測，顯示①3沖填土（淤泥質土）含水量從平均50 %降低到平均41 %，直剪試驗摩擦角從1.5 kPa增長到10.2 kPa。

5 結語

本工程采用排水板加降水強夯法在黃驊港地區(qū)屬于首次應用，相比真空預壓或堆載預壓法，本設計方案具有總施工速度塊、造價低、施工現場整潔等特點。

經檢測，本次地基處理效果基本達到預期，本區(qū)的軟土層即淤泥質土層經處理后變?yōu)檎惩翆?，地基承載力和物理力學指標均有較大提高。

綜上所述，對于黃驊港地區(qū)吹填時間較長，且土層為非連續(xù)厚層軟土的地質情況，可以選擇采用排水板加降水強夯的地基處理工藝，本次設計對于本地區(qū)類似的工程，可作為參考使用。