某集裝箱碼頭強夯和振沖加固地基檢測結(jié)果分析

◎羅國倫 中交二航局第一工程有限公司

1.工程概況

該集裝箱碼頭項目地基處理區(qū)域是用航道疏浚材料吹填而成，吹填面積達到60多萬m，最大回填深度達到8m。吹填材料主要是細砂，有少量淤泥和粉土，部分區(qū)域存在較厚的淤泥粘土層。為達到設(shè)計要求，項目選用強夯處理細砂區(qū)域，振沖處理含較厚粉細砂區(qū)域。地基處理后，應(yīng)滿足下列要求：

（1）地基處理后深度0.6-8m CPT平均Qc值不小于10Mpa；

（2）動力觸探擊數(shù)得到提高，檢測為密實；

（3）地基承載力大于等于150Kpa，測試荷載不小于300Kpa。

（4）表面0-1m深度的壓實度不小于95%。

2.強夯

強夯是反復(fù)將夯錘提高到某一高度，然后自由下落。夯錘與地面接觸時，產(chǎn)生強大的沖擊和振動力，壓縮地基材料，排出土顆粒間水份和空氣，從而夯實地基，提高地基承載力。

2.1 強夯區(qū)地質(zhì)材料

施工前鉆孔取樣和靜力觸探分析強夯區(qū)地質(zhì)情況。通過鉆孔勘察發(fā)現(xiàn)強夯區(qū)0-8m處理深度土質(zhì)均勻，分布著以細海砂為主，有很少量粉土和淤泥的回填砂。結(jié)合室內(nèi)檢測結(jié)果，強夯區(qū)性能：中值粒徑D0.5-1.1mm，小于0.063mm的顆粒含量3-8%，內(nèi)摩擦角32-35°，變形模量Es 9.0-15Mpa，相對密實度60-80%，0-8m貫入阻力7.2Mpa。

2.2 施工設(shè)備

1）夯錘。錘重20t，直徑為2.5m的圓柱體，水平靜壓力40Kpa。在夯錘中心附近設(shè)置上下貫通的排氣孔，直徑約30cm。

2）強夯機。強夯機為中化巖土CGE-400AF式履帶式強夯機，自帶脫鉤裝置，自動記錄沉降。

3）推土機?；靥钍┕な褂玫耐仆翙C型號為ty220型，用于夯后地面鏟平。

2.3 技術(shù)要求

2.3.1 點夯擊數(shù)與沉降量

采用夯擊能3500KN.m，選定了3個點進行了沉降量測量。夯擊次數(shù)與沉降量關(guān)系見圖1。

圖1 夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系圖

通過觀測分析，夯擊能3500KN.強夯細砂8次后沉降量很少，強夯次數(shù)8次滿足施工需求。

2.3.2 孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果

強夯區(qū)埋設(shè)了孔隙水壓力觀測孔，分別為K1，K2.倆組孔隙水位置距夯點距離分別為5m、8m。所測的檢測數(shù)據(jù)表明，在3500KN.m夯擊能夯擊下，孔壓增長幅度隨夯點間距增加而減小。圖2所示為距離夯點8米K1孔壓觀測點分別在4m、6m、8m深度處孔壓增量和夯擊次數(shù)曲線圖。

由圖2可知，在持續(xù)地夯擊地面時，不同深度的孔隙水壓逐漸增大。但在一定擊數(shù)后，孔壓變化減少并趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時對應(yīng)的夯擊數(shù)為最佳夯擊數(shù)。通過不同深度孔隙水壓測頭壓力分析，7-8擊后孔壓增量很小，因此可以判定強夯區(qū)在3500KN.m的夯擊能下，夯擊最佳次數(shù)為8次。在提錘時，觀測到孔隙水壓消散很快，結(jié)合多個項目經(jīng)驗，該項目點夯等待7天后再滿夯。

圖2 K1孔壓增量與擊數(shù)關(guān)系

結(jié)合沉降量和孔隙壓監(jiān)測分析，第一遍點夯夯擊能3500kN.m，夯擊間距為6m，落錘高度17.5m，點夯次數(shù)為8次，其中最后倆次沉降小于50mm。點夯過程監(jiān)測孔隙壓變化，消散間隔7天后進行滿夯。滿夯夯擊能1500KN.m,夯擊次數(shù)為2次，落錘高度為7.5m。滿夯相鄰的兩個點重疊約1/4。

2.4 施工工藝

測放強夯位置→地面測量→施放3500 kN.m點夯位置→布置孔隙壓監(jiān)控設(shè)施→3500kN.m點夯→夯沉量和孔隙壓監(jiān)控→夯坑填料整平→間歇消散→地面測量→1500kN.m滿夯→地面整平和測量→檢測驗收

3.振沖法

振沖是利用加壓水和振沖器使其周圍的砂土快速地飽和液化。液化后的土粒在重力、上部土層覆蓋壓力以及填料的擠壓力作用下重新排列，地基變得更加密實。振沖擠密后的地基，地基承載力、變形模量和抗振能力得到提升。

3.1 地質(zhì)條件和材料性能

施工前鉆孔取樣和靜力觸探分析強夯區(qū)地質(zhì)情況。通過鉆孔勘察和室內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)振沖區(qū)的土層分布：

0-3m和6-7m深度：回填細海砂為主，主要材料性能與強夯區(qū)材料相似。

3-6m深度：砂質(zhì)粉土，局部區(qū)域有少量淤泥，土質(zhì)較為均勻。材料成松散狀態(tài)、飽和狀態(tài)。變形模量Es 7.0-10Mpa，相對密實度40-60%。

7-8m深度：淤泥質(zhì)粘土，材料成飽和流塑狀態(tài)，有粉砂薄層。

3.2 施工設(shè)備

1）振沖器和控制臺。振沖器是振沖施工中的主要設(shè)備，主要由振動體、潛水電動機、減震器、射水管總成、上接套、密封墊、高壓膠管及導(dǎo)向管總成等組成。結(jié)合項目設(shè)計和施工要求選用ZCQ132型振沖器。

2）起重機。起重機選用中化巖土CGE-400AF式履帶式強夯機用于提取振沖器。

3）水泵。水泵出口水壓400-800kPa，流量20-30方/小時。

4）裝載機。用于裝運填料。

3.3 施工技術(shù)參數(shù)

1）振沖孔平面布置為正方形，間距為2.5m，振沖密實深度為8m。

2）水壓保持在0.5MPa左右。

3）電源保持在380V，密實電流設(shè)置為60-80A，穩(wěn)定電流值不小于密實電流值。

4）造孔速度，需要控制在1-2m/Min。

5）留振時間控制在15s左右。

6）回填材料選用吹填砂粒徑0-5mm。

3.4 施工工序

1）設(shè)備就位。檢查空載時振沖器水壓、電壓、電流值是否正常。

2）以1-2m/min的速度在土層中造孔。

3）達到設(shè)計深度，適當(dāng)減少水壓，清洗孔。

4）將回填砂堆放在振沖器孔口周圍，同時加水振動使填料靠自重沿孔壁沉至孔底并擠密。

5）當(dāng)電流升到密實電流時，將振沖器上提30-50cm，重復(fù)步驟（4）直至孔口。

4.地基檢測分析

4.1 靜力荷載試驗

強夯區(qū)和振沖區(qū)各做一個荷載板試驗，驗證地基處理后承載力是否滿足要求，試驗最大荷載為300Kpa。試驗按照設(shè)計要求進行。在測試區(qū)域放置75cm的測試板之前，將測試區(qū)域平整。液壓千斤頂放置在測試板的中心。三個校準(zhǔn)過的千分表安裝在梁上，在安排好百分表后，進行短時間的快速預(yù)加載，產(chǎn)生0.5mm的沉降，然后釋放。當(dāng)表針停止轉(zhuǎn)動時，表盤的讀數(shù)重置為零。荷載以十個均勻增量（30Kpa）施加。每次負(fù)載增加和減少的保持時間為20分鐘，最大測試壓力保持1小時。每次荷載增加或減少后，立即記錄沉降。每隔20分鐘記錄一次。最終得到的的應(yīng)力和沉降關(guān)系如圖3所示。

分析圖3發(fā)現(xiàn)，沉降與荷載關(guān)系曲線表現(xiàn)出了直線的趨勢，沒有明顯的陡降段和拐點。處于300kpa的試驗荷載區(qū)域中，沒有出現(xiàn)比例界限和屈服極限，表明強夯和振沖加固處理地基以后，承載力大于150kpa，符合設(shè)計要求。在相同荷載下，振沖處理區(qū)域的沉降小于強夯處理區(qū)的沉降，振沖區(qū)的回彈變形比強夯區(qū)變形略大。試驗結(jié)束后強夯區(qū)殘余變形為1.10mm，振沖區(qū)殘余變形為0.68mm。

圖3 強夯區(qū)、振沖區(qū)荷載和沉降變形關(guān)系圖

4.2 動力觸探檢測

動力觸探可用于評估地基承載力和密實度。動力觸探使用鉆孔設(shè)備進行，動力觸探錘重63.5kg。振沖區(qū)和強夯區(qū)都進行了動力觸探檢測，施工前后檢測孔位置在1m以內(nèi)，具體檢測結(jié)果見表1。

表1 地基加固前后SPT檢測比較

分析表1數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理后的地基承載力和密實度都得到提高，消除了地基液化。強夯區(qū)加固效果隨深度增加而減少，振沖區(qū)由于上層土覆蓋應(yīng)力較少，上層加固效果較弱。

4.3 靜力觸探檢測

開展靜力觸探試驗對地基土承載力和處理效果等進行科學(xué)的估算。地基處理前后在相同位置進行了靜力觸探檢測。對試驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過加固處理后的地基地基承載力得到顯著提高。強夯區(qū)0-8m深度貫入阻力qc由7.2 Mpa提高到13.2 Mpa，提高83%；填料振沖區(qū)0-8 m 深度貫入阻力q c由5.1Mpa提高到16.4Mpa，提高220%；用填料振沖處理砂質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)粘土地基后的性能高于強夯處理細砂的地基。

4.4 壓實度檢測

在地基加固后，強夯區(qū)和振沖區(qū)在不同深度進行密度檢測，并取有代表性的樣品進行室內(nèi)擊實試驗。不同深度下強夯區(qū)和振沖區(qū)壓實度見表2。

由表2數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過加固后的地基密實性得到很大提高。強夯加固后的地基，密實效果隨深度增加減少；振沖加強后的地基表面密實效果不高，需要壓路機進一步碾壓密實。

表2 強夯區(qū)、振沖區(qū)加固后壓實度統(tǒng)計結(jié)果

5.比較兩種方法的適用性

（1)適用土類：強夯法適用于大部分土類地基。振沖法適用于砂基的振密，也適用于有粘性土的復(fù)合地基振沖置換。

（2）加固深度和效果：強夯法加固深度有限，夯擊能3500KN.m時，處理地基深度在8米左右，加固效果隨處理深度增加而減弱。振沖法加固深度不受能量衰減限制，但是表面0-1米范圍內(nèi)，由于土層薄，覆蓋壓力較少，表面處理效果較弱，振沖后表面需要碾壓。

（3）施工效率：強夯法要考慮超靜孔隙水壓的消散，間隔時間7天，通過合理規(guī)劃一臺強夯設(shè)備施工效率900m/天。振沖區(qū)可以連續(xù)作業(yè)一臺設(shè)備施工效率為200m/天。

（4）施工環(huán)境：強夯法處理地基需要考慮降排水，需要重視地下水位。夯錘在降落與地面接觸時會產(chǎn)生強大的沖擊波，導(dǎo)致夯點附近震動。地面的震動會對周圍建筑物造成危害，同時產(chǎn)生一定的噪聲公害。振沖法對地下水位要求低，產(chǎn)生的震動小，但是它排出的泥漿需要處理好，不然污染周圍環(huán)境。

（5）施工成本：強夯施工成本低，回填料振沖成本較高約是強夯法的兩倍。

6.結(jié)語

根據(jù)以上檢測結(jié)果的論述，強夯和振沖法處理砂類深基取得較好的效果，滿足設(shè)計要求。結(jié)合地質(zhì)條件和施工環(huán)境、成本等要素，項目地基加固處理以強夯施工為主。地基含有較厚粉土、淤泥質(zhì)粘土或施工周圍有結(jié)構(gòu)建筑物的區(qū)域用振沖施工。本文的試驗檢測結(jié)果，可供相似項目參考。