高真空擊密法加固淤泥質(zhì)土試驗研究

江鋒，袁盛杰，陳天幸

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430050)

高真空擊密法是一種快速加固軟土地基的技術(shù)，它通過高真空排水—擊密的多遍循環(huán)，淺層插入高真空排水管抽水負壓及擊密產(chǎn)生的正壓形成壓差使孔隙水快速排出，使淺層地基土達到超固結(jié)，軟弱土層性質(zhì)進一步提高，形成剛度較大的硬殼層。兩道工序的相互作用，實為動力主動排水固結(jié)，具有質(zhì)量可控、造價較低、工期節(jié)約、環(huán)保等優(yōu)點。湖北地區(qū)道路工程施工中，特殊路基處理往往采用粉噴樁法，即利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌形成復(fù)合地基，其造價較高、環(huán)保性較差。鑒于此，該文探索高真空擊密法對湖北公安地區(qū)以淤泥質(zhì)土為主的場地的適用性。

1 工程概況

湖北公安縣境內(nèi)某公路工程項目，位于長江以南漢江盆地與洞庭湖盆地過渡地帶，屬長江及其支流間的河湖沖積平原，地勢較平坦，起伏較小，植被發(fā)育，以農(nóng)作物為主，池塘、小湖泊較發(fā)育，海拔高程一般為26～37 m。在地勢低洼或水草茂盛的地方，多為過去的河漫灘湖泊或牛軛湖，多分布有一層或多層較厚的條帶狀或透鏡體狀軟土，基巖一般埋藏較深，其堆積巨厚的第四系沉積物以細顆粒為主，主要由第四系全新統(tǒng)沖(洪)積黏性土、細砂及卵石層組成。地下水很淺。

從上至下土層描述如下：1)粉質(zhì)黏土。黃褐色，飽和，可塑為主，局部硬塑，含鐵錳質(zhì)氧化物，局部夾有可塑狀粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂。2)淤泥質(zhì)土?；液稚魉転橹?，局部軟塑，飽和，搖震反應(yīng)明顯，局部夾有薄層粉土、可塑狀粉質(zhì)黏土，并互層，含大量有機質(zhì)，呈灰褐色，有腥臭味。3)粉質(zhì)黏土。灰色，飽和，可塑為主，局部硬塑，多與細砂、粉土互層。4)細砂?；疑柡?，中密～密實，并與粉土互層，主要成分為石英、長石及云母，砂質(zhì)分布較均勻。5)卵石。雜色，飽和，中密，成分以石英及燧石為主，呈次圓狀，粒徑1～5 cm，大于2 cm顆粒含量約50%，由細砂及少量黏性土充填。典型地質(zhì)剖面見圖1，土體物理力學(xué)性質(zhì)指標見表1。

表1 土體物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計

圖1 試驗區(qū)典型地質(zhì)剖面圖(單位：m)

選取K1+950—K2+150段共6 672 m2進行高真空擊密法試驗，要求達到如下指標：工后沉降≤30 cm，地基處理交工面設(shè)計高程以下1.46 m，包括結(jié)構(gòu)層0.66 m及路床0.8 m，該交工面承載力特征值≥120 kPa，回彈模量≥30 MPa。

2 試驗方案

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

對淤泥質(zhì)軟土路基通常采用粉噴樁法處理，經(jīng)對比分析，高真空擊密法在質(zhì)量、工期、造價、環(huán)保方面均具有優(yōu)勢，故選取高真空擊密法對試驗段進行處理，分析高真空擊密法的適用性。通過試驗實現(xiàn)以下目標：1)高真空擊密法處理后地基承載力、回彈模量、工后沉降能否達到設(shè)計要求；2)針對類似工程地質(zhì)情況，通過試驗段試驗，確定真空管間距、排水時間等排水參數(shù)及最佳夯能、擊密間距、擊密間隔時間、擊密次數(shù)和遍數(shù)等擊密工藝參數(shù)，為后期大面積施工提供依據(jù)；3)動態(tài)了解地基處理對各土層的加固效果和變形特征；4)處理效果和經(jīng)濟效益對比；5)了解高真空擊密對周邊建(構(gòu))筑物的影響及相應(yīng)措施的控制效果。

2.2 施工工藝

(1)清表并整平場地，回填30 cm厚砂礫石。

(2)設(shè)置隔水措施。在試驗區(qū)邊線處設(shè)置真空管作為密封措施。開挖到3.5 m處時出現(xiàn)一處透水層，采取換填封堵措施，然后在兩側(cè)開挖排水溝。

(3)高真空排水。分別插設(shè)真空管深管和淺管對土層進行分層排水、分層控制，地下水位降至地面以下2.0 m后進行第一遍擊密，擊密過程中不中斷排水。

(4)擊密。滿足要求后進行第一遍點夯擊密，擊密過程中不中斷排水，拔除影響夯機行走的真空管。排水7 d后，根據(jù)試夯結(jié)果，第一遍擊實能量采用1 000 kN·m、2擊時效果最好，周邊土體無明顯隆起；6 d后第二遍擊密能量采用1 200 kN·m，2擊；滿夯擊密能量為800 kN·m，1擊。

(5)高真空擊密施工完成后，碾壓并整平場地。

3 監(jiān)測與檢測

地基處理施工過程中進行高程測量、靜力觸探試驗、水位觀測、孔隙水壓力觀測，其中水位觀測和孔隙水壓力觀測作為施工過程中的參數(shù)控制措施，高程測量用于了解處理期間的沉降并判斷處理后標高是否滿足設(shè)計要求，靜力觸探試驗用于判斷處理深度方向土層的指標改善情況。處理后由第三方進行承載力和回彈模量檢測，判斷承載力和回彈模量是否滿足設(shè)計要求。

3.1 地表沉降

地基處理前后在道路沿線每隔20 m一個斷面測量標高，處理前場地平均標高為33.40 m，處理后場地平均標高為33.16 m，高真空擊密期間平均沉降為0.24 m。地基處理交工標高在路床底以下平均為0.85 m，滿足交工標高不高于路床底的要求。

3.2 孔隙水壓力

為檢測每遍高真空擊密產(chǎn)生的超孔隙水壓力及其消散情況，判斷下一遍擊密時間，在地層中埋設(shè)孔隙水壓力計。試驗區(qū)范圍內(nèi)埋設(shè)鋼弦式孔壓計，埋設(shè)深度分別為2.0(1#觀測孔)、3.5 m(2#觀測孔)，地下水位在地表以下約0.5 m，觀測結(jié)果見表2和圖2。

表2 孔隙水壓力觀測結(jié)果

圖2 孔隙水壓力曲線

由表2和圖2可知：1)1#觀測孔第一遍高真空排水約7 d，第8 d開始第一遍擊密之前的孔隙水壓力為11.60 kPa，第一遍擊密激發(fā)的最大孔隙水壓力約37.36 kPa，超孔隙水壓力為25.77 kPa；第二遍排水時間約5 d，孔隙水壓力由37.36 kPa降至15.40 kPa，孔壓消散21.97 kPa、約85.5%；第二遍擊密激發(fā)的最大孔隙水壓力為34.58 kPa，超孔隙水壓力為19.19 kPa；繼續(xù)排水約2 d，孔隙水壓力由34.58 kPa降至18.92 kPa，孔壓消散15.67 kPa、約81.7%。2)2#觀測孔第一遍高真空排水約7 d，第8 d開始第一遍擊密之前的孔隙水壓力為18.76 kPa，第一遍擊密激發(fā)的最大孔隙水壓力約為41.78 kPa，超孔隙水壓力為23.02 kPa；第二遍排水時間約5 d，孔隙水壓力由41.78 kPa降至38.21 kPa，孔壓消散19.60 kPa、約85.2%；第二遍擊密激發(fā)的最大孔隙水壓力為38.21 kPa，超孔隙水壓力為16.04 kPa；繼續(xù)排水約2 d，孔隙水壓力由38.21 kPa降至24.77 kPa，孔壓消散13.44 kPa、約83.79%。

對孔壓觀測數(shù)據(jù)進行分析，得到如下規(guī)律：1)不同埋設(shè)深度處，孔隙水壓力變化規(guī)律基本相同，均表現(xiàn)為擊密時很短的時間內(nèi)孔隙水壓力上升很快，擊密完成后在下一次高真空排水初期孔壓消散較快，后期消散速率趨于平緩；2)擊密后超孔隙水壓力瞬間升高很大，在高真空排水作用下孔壓消散較快，排水效果明顯；3)在下一遍擊密前，超孔隙水壓均已消散80%以上，可按此考慮各遍擊密之間的間隔時間。

3.3 靜力觸探測試

為檢驗高真空擊密加固過程中土體強度增長效果，地基處理前、后(休止26 d)分別在K1+950、K2+000、K2+120處進行靜力觸探試驗。如圖3～5及表3所示，高真空擊密處理結(jié)束，休止約26 d后，0～6 m深度范圍內(nèi)Ps值提高幅度平均約23.5%，效果顯著。

圖3 K1+950處靜力觸探曲線

圖4 K2+000處靜力觸探曲線

圖5 K2+120處靜力觸探曲線

表3 高真空擊密處理前后靜力觸探數(shù)據(jù)對比

3.4 平板載荷試驗

平板載荷試驗采用慢速加載法，荷載板大小為1 m×1 m，逐級等量加載，最大加載量為240 kPa。平板載荷試驗結(jié)果見表4，處理后承載力特征值大于120 kPa，滿足設(shè)計要求。

表4 平板載荷試驗承載力特征值

3.5 回彈模量試驗

現(xiàn)場回彈模量采用30 cm直徑圓形承載板，表5為現(xiàn)場測定回彈模量值，回彈模量均滿足≥30MPa的設(shè)計要求。

表5 現(xiàn)場測定回彈模量值

4 結(jié)論

(1)試驗段范圍內(nèi)高真空擊密法地基處理效果顯著，處理后0～6 m深度范圍內(nèi)靜力觸探Ps值提高約23.5%，處理過程中平均沉降約24 cm，處理后承載力達到120 kPa、回彈模量達到30 MPa，滿足設(shè)計要求。

(2)通過對周邊建(構(gòu))筑物采取開挖隔震溝、裂隙監(jiān)測、加固土體等措施，高真空擊密施工對周邊建(構(gòu))筑物未造成不利影響。

(3)高真空擊密法地基處理直接費用較低，使用期維護費用少，工程造價較低，具有良好的經(jīng)濟效益和適用性。