吹填粉砂大面積地基平臺強夯聯合真空井點降水應用技術研究

陳俊濤，李玉坤，褚洪明

(中交四公局第十工程有限公司 北京市 101101)

0 引言

吹填粉砂土地基承載力較低、含水量高，難以直接用作建筑基礎，需進行地基加固，地基加固處理常見的方法有：復合地基、堆載預壓、換填墊層、加筋等[1-2]，上述加固方法處理常規(guī)軟土地基具有較好的效果，但大面積吹填粉砂地基土含水量高、排水通道不暢，加固處理過程孔隙水極易在平臺內部深層土積聚，形成飽和土。強夯法施工便捷、周期短、加固深度大，可用于處理粉砂土地基，通過強夯不僅可以使地基土體的強度和穩(wěn)定性得到提高，還能夠加大抵制土體液化的能力，但需重點解決降排水條件的改善和施工工藝的更新問題。

強夯加固高含水量吹彈粉砂地基需解決的關鍵問題是：強夯作用引起的超靜孔隙水壓力，短時間內超孔壓若無法消散，將引發(fā)所謂的“橡皮土”。因此，強夯施工中選擇合理排水措施尤為重要，真空井點降水是一種基坑工程中常用的降水措施[3]，當前已有工程技術人員將真空井點降水與強夯聯合用于處理飽和粘土地基，并取得了理想效果[4-6]。然而，強夯技術和井點降水法聯合技術的應用研究還很少。根據有關資料的記錄和報道，這種方法應用于上海地區(qū)比較廣一些，但是對于黃河流域地區(qū)的相關研究還比較缺乏，這就使得相關方面的研究具有一定的必要性。

結合黃河灘區(qū)居民遷建村臺安置工程項目，針對大面積吹填粉砂地基平臺土體含水量高、加固深度大、排水通道不暢等問題，重點研究強夯聯合真空井點降水施工技術的應用，成果可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

黃河灘區(qū)居民遷建村臺安置工程，總建筑面積約98.2萬平方米，是山東省脫貧遷建工作的基礎。該項目村臺均為吹沙淤填而成，吹填土以粉砂、粉土為主，蓋頂土約0.5m，主要成分為砂土和少量粘性土，吹填深度5～6m，局部達9.5m。該吹填土靜置期較短約6個月，尚未完成自重固結，根據初勘資料顯示，該吹填地基土承載力較低，土體工程性質差，未處理無法作為基礎持力層，需進行加固處理，為此施工現場選用強夯法進行加固處理。工程現場原地基土如表1所示。

2 強夯聯合真空井點降水施工方案

2.1 強夯方案

根據現場實際情況及總體工期控制計劃，地基平臺總體采取依次施工的方式，兩遍點夯、一遍滿夯穿插進行。從有利于吹填土滯水的排除角度考慮，每個區(qū)域采取從中間向兩側依次強夯施工的方式。

設計要求，強夯后地基達到的性能參數如下：

(1)夯后地基承載力特征值≥120kPa。

(2)強夯處理有效影響深度須達到原地基土的持力層。

(3)點夯最后2擊，其夯沉量平均值≤50mm。

(4)夯坑周圍不應發(fā)生較大隆起。

強夯施工中兩遍點夯、一遍滿夯，其具體要求：點夯采用2000kN·m夯擊能，梅花形布置，夯點間距6m×6m，第二遍點夯在第一遍點夯空擋位置，間隔仍6m×6m，兩遍點夯夯點擊數均為8擊，夯點最后2擊的夯沉量平均值≤50mm，考慮孔隙水消散，兩遍點夯之間的時間間隔為7d；滿夯夯機能為1000kN·m，夯點位置按1/4錘印搭接，夯點擊數平均為2擊。見圖1。

圖1 滿夯夯點示意圖(單位：mm)

2.2 井點降水方案

為確保強夯施工過程中地基孔隙水及時排水，加固地基土固結，地基平臺設置輕型井點降水，降水工具如表2所示。

井點與井點之間的距離為4～6m，列與列之間的距離為15～20m，真空井點降水布設示意圖如圖2所示。工程現場采用振沖碎石樁設備作為井架，機械設備進場前需進行場地的平整，以確保井架在場地內順利平移。

圖2 真空井點降水布設示意圖

2.2.1井點管埋設

(1)將水槍精準接入井點的位置，噴射水壓0.4～0.8MPa，射水與套管沖切粉砂土10～15min，井點管在地基土中下沉約10m，沖擊成孔孔徑控制在300～350mm，成孔后管壁與井點管之間應保留間隙，該空隙填充砂石，沖孔深度須超出濾管設計深度500mm以上，以防止沖擊套管提升拔出時部分土塌落，并使濾管底部存有足夠的砂石。

(2)沖擊管上下垂直移動以確保降水井壁垂直。

(3)井孔成型后拔出沖擊管將井點管插入孔內，井點管上端口塞住防止雜物進入，井點管孔壁之間的空隙填入砂石濾層。

(4)沖洗井管，將膠管(Φ15～30mm)插入井點管底部，注水清洗直到清水流出，須逐根井點管清洗。

2.2.2管路安裝

井點管外側須鋪設集水管，采用膠墊螺栓聯接主干管，膠管聯接水箱水泵與主干管，鉛絲綁好防止管路不嚴漏氣以確保管路真空度。主管路以5‰的流水坡度朝向泵房，做好冬季降水防凍保溫。

2.2.3檢查管路

正式抽水前須試抽，以確保抽水設備運轉正常；水泵進水管安裝真空表，水泵出水管安裝壓力表；基坑設置觀測井點以觀測是否達到設計要求降水深度，并依據觀測數據繪制降水曲線。試抽時應確保管網真空度達到550mmHg(73.33kPa)，滿足該條件方可正式抽水。

2.2.4抽水

井點管網安裝完畢后試抽抽水設備運轉正常，抽水管路無漏氣現象后可以進行正常抽水。

2.2.5注意事項

(1)井點降水須經常進行檢查，遵循先大后小、先渾后清的出水規(guī)律，出現異常應及時排查。

(2)現場須設專人監(jiān)測井點的真空度，抽水過程中若出現真空度不足的情況應及時排除。

(3)抽水開始后注意檢查是否存在井點管淤塞情況，若堵塞的“死井”數量超過總量的10%，會嚴重影響井點降水效果，可采用高壓水槍對堵塞的管道進行沖洗處理。

(4)井點須距坑邊2～2.5m，以免影響坑邊土坡穩(wěn)定性，抽出的水通過明溝排出。

(5)如地基存在較厚的粘土層，考慮粘土透水性能差，可在井點范圍之外鉆孔形成2～3排砂樁，貫通地層確保透水性。

3 加固效果試驗數據分析

強夯聯合真空井點降水加固處理吹填粉砂地基施工完成后，通過靜載、靜力觸探、標準貫入等手段對加固效果進行評價。

3.1 靜載試驗

該試驗采用剛性承壓板，板尺寸為1.4m×1.4m、正方形，通過油壓千斤頂對承載板進行施壓，通過位移傳感器測量施壓過程中的地基沉降量，采用壓重平臺反力裝置，加載物總重為加載量的1.2倍，8級加載，單級加載分別在第10min、20min、30min、45min、60min測量承壓板下沉量，其后每半小時測一次，連續(xù)兩小時內沉降速率≤0.1mm/h，即可進行下一級加載。靜載裝置組成如圖3所示。

圖3 靜載裝置示意圖

靜載試驗出現下列情況之一即可終止：

(1)達到壓力-沉降曲線比例界限。

(2)沉降曲線出現陡降。

(3)某級荷載下24h以內沉降速率始終未達到穩(wěn)定標準。

(4)承壓板累積沉降量>直徑6%。

通過試驗，可得到p-s壓力沉降曲線、s-lgt沉降時間對數曲線，數據分析如圖4、圖5所示，試驗檢測結果可知，強夯后地基承載力檢測結果為243kPa。

圖4 靜載試驗壓力-沉降曲線(p-s曲線)

圖5 靜載試驗沉降-時間對數曲線(s-lgt曲線)

3.2 靜力觸探

項目現場進行靜力觸探檢測，通過檢測雙橋探頭錐尖阻力、側壁摩阻力及摩阻比等參數，對強夯后地基土加固影響深度和均勻性進行分析。其參數計算可參照下列公式：

qc=Kq·(εq-ε0)

fs=Kf·(εf-ε0)

式中：qc為雙橋探頭的錐尖阻力(kPa)；fs為雙橋探頭的側摩阻力(kPa)；α為摩阻比(%)；Kq為雙橋探頭錐尖阻力率定系數(kPa/με)；Kf為雙橋探頭側摩阻力率定系數(kPa/με )；εq為雙橋探頭錐尖阻力應變量(με)；εq為雙橋探頭側摩阻力應變量(με)；ε0為觸探頭的初始讀數或零讀數應變量(με)。

檢測得到部分數據如表3所示。

3.3 標貫

項目工程現場開展標準貫入檢測試驗，該試驗用以評價強夯處理后地基承載力與判別吹填粉砂土的液化程度。檢測試驗數據如表4、表5所示，其中表5為初步判定估算地基承載力特征值。

通過以上數據監(jiān)測結果，分析得到：強夯后吹填粉砂地基土的承載力特征值fak、壓縮模量Es1-2檢測結果均出現降低的情況，強夯試驗完成后一天即開始進行檢測，檢測土層為粉土、粉砂土及粉質黏土，沒有等待孔隙水壓消散間歇期，導致局部土層fak、Es1-2指標降低。地基土滿夯后承載力可達到243kPa。

4 結語

針對高含水量、大面積吹填粉砂地基平臺短期內難以完成固結沉降的問題，現場采用強夯聯合真空井點降水技術對地基進行處理，并在強夯結束后開展靜載、原位檢測試驗，得到以下結論：

(1)通過強度檢測結果說明，各土層整體承載力均有了較大幅度的提升，按照原施工方案進行后可以滿足試驗預期要求。

(2)強夯加固完成后須等待一個間歇期，土體固結排水一段時間后再進行現場檢測試驗。

(3)該類型地基土采用強夯施工時，及時有效的排水是關鍵，通過真空井點降水可有效防止地基出現局部液化或者橡皮土，加速土體固結沉降。