真空降水聯合強夯法在大面積吹填軟土地基處理中的應用

吳峰，李莉，孫冰

（山東省交通規劃設計院，山東 濟南 250031）

0 引言

沿海港口建設往往伴隨著填海造陸工程，需要大量填方土石料，而近海地區大都存在土石方缺乏的問題，結合港池航道疏浚吹填形成陸域正成為越來越多工程的選擇。

吹填土一般具有以下幾個特性[1]：

1）強度低：由于吹填土沉積時間短，在自重作用下固結尚未完成，仍于欠固結狀態。一般而言，吹填土具有孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的工程特性。

2）均勻性差：由于吹填物質來源的不同及水力分選的作用，吹填土土性變化較大。

3） 含水量高：吹填區一般均位于河、海附近，吹填土與地表水的水力聯系十分緊密，地下水埋深很淺。大多數吹填土天然含水量較高，一般呈軟塑到流塑狀態。

強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基[1]。強夯法加固飽和軟黏土地基的主要問題是強夯引起的超靜孔隙水壓力無法迅速消散而極易導致所謂的“橡皮土”現象[2]。此時，選擇合理有效的排水措施尤為重要。真空井點降水技術是降低地下水位的常用措施，適用于滲透系數為0.1～20m/d的黏性土、粉質黏土和砂土地層[3]，周健等[4]較早提出將強夯與真空井點降水聯合起來處理飽和軟黏土地基，并取得了理想的效果。

本文結合濰坊地區某港口項目大面積吹填軟土地基處理工程，針對場地地質條件，對采用真空降水聯合強夯法加固淺層吹填土及原狀軟土地基進行了介紹。

1 工程概況

工程位于渤海的萊州灣西南端，山東省濰坊市壽光市羊口鎮以東小清河河口。

本工程場區為第四系沖積地貌單元，受人工堆填影響，地面標高局部起伏較大，天然泥面標高-0.10～2.57m。經鉆探揭露，場區地層自上而下可分為14層，分別為粉質黏土、粉砂、粉質黏土、粉砂、粉質黏土、粉質黏土、粉砂、粉質黏土、粉砂、粉質黏土、粉砂、粉質黏土、粉砂、粉質黏土，各土層含水量均在30%以內，無明顯軟弱土層，第一層粉質黏土在本工程范圍內大部分缺失。在原狀土上吹填港池疏浚土方形成港區陸域，吹填土為粉砂與粉質黏土混合土（以粉砂為主），厚2.23～4.9 m，土質松散，含水量較大，需要對吹填土和表層擾動土進行加固處理。

本工程地基處理面積約26.6萬m2（不含預留堆場），設計劃分為22個加固區，為保證降水效果，單個加固區面積控制在大約0.8～1.5萬m2之間，地基加固分區如圖1所示。

圖1 地基加固分區示意圖Fig.1 Sketch ofground consolidation partitions

2 設計要求

為滿足堆場正常使用要求，堆場大面積地基處理需達到以下標準：

1） 加固后，地基表層承載力特征值不小于130 kPa；

2）加固后，地基表層回彈模量不小于40MPa；3）使用期內殘余沉降量小于30 cm。

3 方案設計及參數

本工程工期較緊，考慮到工程所在地為潮間帶，地下水位較高，吹填土含水量高，參照類似工程經驗[5]，為提高夯能的吸收率，保證強夯加固效果，需要降低地下水位，為既能保證強夯效果，又能縮短時間，經綜合考慮確定采用真空降水聯合強夯法進行處理。

工程設計采用2遍降水、2遍點夯、1遍普夯的加固方案。

3.1 真空降水

吹填完成并整平后插設井點管和加固區外圍封管，外圍封管位于加固區外2.5～3.0 m處，深管在內，長6m，間距4m，淺管在外，長3m，間距4 m，深淺管交錯布置。外圍封管外側設置排水溝。井點管淺管長3 m，間距4 m，排距7 m，深管長6 m，間距4 m，排距3.5 m，集水總管為雙排管，分別接淺管和深管。連接管采用塑料透明管，便于觀察水流。典型真空井點管剖面布置見圖2。

圖2 典型真空井點管剖面示意圖（單位：m）Fig.2 Cross-section of typicalvacuum wellpointpipes（m）

第1遍降水：第1遍點夯前進行，井點管與總管及真空泵連接后連續抽水5～7 d，要求含水量低于30%且水位位于起夯面以下1.5 m后方可進行強夯施工，強夯期間外圍封管保持抽水，個別妨礙強夯的井點管應拔除。

第2遍降水：第1遍點夯結束后重新插設拔除的井點管并連接，連續抽水5～7 d，第2遍降水要求孔隙水壓力消散85%以上，含水量低于28%。

3.2 強夯

根據地基規范，考慮土層的局部不均勻性，單擊夯擊能選取2 000 kN·m，跳檔夯，夯點間距3.5 m，正方形布置，擊數6～8擊；普夯夯能1 000 kN·m，擊數4～6擊，搭接1/3錘印。每遍夯完后進行推土機推平，并測量夯后標高和計算沉降量。

3.3 井點管及夯點布置

典型真空井點管及夯點平面布置如圖3所示。

圖3 典型真空井點管及夯點平面布置圖（單位：m）Fig.3 Layoutof typicalvacuum wellpointpipesand temping points（m）

由圖3可以看出，因井點管間距和夯點間距接近，施工中可有效減少井點管的重復拆除和插設作業量。

4 加固效果分析

4.1 標準貫入試驗

強夯施工前后在處理區進行了標準貫入試驗，錘重63.5 kg，落距76 cm。加固前后典型標貫試驗結果見表1。

表1 加固前后標貫試驗結果對比表Table 1 Results comparison of standard penetration tests before and after consolidation

由表1可以看出：

1）土層加固效果自上而下受夯能衰減影響而逐漸減弱；

2）強夯后0～6m深度范圍內淺層土體，尤其0～4 m范圍內土體工程性質顯著改善，形成淺層硬殼層。

4.2 靜力觸探試驗

強夯施工前后在處理區進行了靜力觸探試驗，錐底截面積15 cm2，摩擦筒表面積300 cm2，錐角60°。加固前后典型靜力觸探試驗結果見圖4。

圖4 加固前后靜力觸探曲線圖Fig.4 Static sounding graphsbeforeand after consolidation

由圖4可以看出：加固后0～7 m深度范圍內錐尖阻力和側摩阻力均有較大提高，尤其0～4 m范圍內提高幅度超過100%，5～7 m范圍內提高幅度相對較小，這與標貫試驗結果基本一致。

4.3 淺層平板載荷試驗

在強夯施工后進行了淺層平板載荷試驗（采用0.5m2圓形剛性承壓板），典型試驗結果見圖5。

圖5 強夯后淺層平板載荷試驗結果Fig.5 Shallow plate loading test resultsafter dynam ic compaction

從圖5可以看出，加載至260 kPa（2倍承載力設計值），未出現明顯陡降段，按照規范規定，可按s/b=0.01所對應荷載值150 kPa作為承載力特征值，由此可確定加固后淺層地基承載力大于130 kPa，達到設計要求。

4.4 回彈模量檢測

加固后采用載荷板逐級加載卸載法對處理區進行了土基回彈模量檢測，板后20 mm，直徑30 cm。檢測結果顯示，地基回彈模量E值變化范圍在40.85～50.45 MPa之間，平均值為44.72 MPa，滿足不小于40MPa的設計要求。

4.5 工后沉降

工程沉降計算采用分層總和法，結合場區勘察資料，壓縮層計算取值厚度為20 m，計算原地基（不含吹填土）總沉降量約為0.45 m，因場區地層基本為粉砂和粉質黏土，且粉質黏土中粉粒和砂粒含量高，施工期沉降基本可以完成。從地基加固前標高4.80 m，加固檢測時測量場地標高4.10 m及強夯平均夯沉量0.50m推算，地基加固施工期完成0.20 m沉降，加上后續面層施工期完成的沉降，工后沉降滿足小于0.30m的設計要求。

5 結語

1）本次工程實踐將真空降水與強夯相結合，用于加固吹填軟土地基，取得了理想的加固效果，大大縮短了工期，取得了良好的經濟和社會效益。

2）真空井點降水一方面能夠降低強夯施工前地下水位，降低淺層土體含水量，提高夯能吸收率，為強夯施工創造有利條件；另一方面能夠加速強夯后超靜孔隙水壓力的消散，有效提高加固效率。

3）合理布置井點管和強夯夯點，盡可能減少井點管的重復拆除和插設作業。

4）考慮到吹填土的滲透性相對較好，在分區交叉施工，流水作業的情況下，第2遍點夯后（普夯之前）可不進行真空井點降水，不影響施工進度和加固效果。

[1] 龔曉南.地基處理手冊[M].3版.北京：中國建筑工業出版社，2008.GONGXiao-nan.Foundation treatmenthandbook[M].3rd ed.Beijing:China Architecture&Building Press,2008.

[2]丘建金，張曠成.動力排水固結法在軟基加固工程中的應用[J].工程勘察，1995（6）：7-10.QIU Jian-jin,ZHANGKuang-cheng.Application ofdynamic consolidation by drainagemethod in soft ground reinforcement project[J].Geotechnical Investigation&Surveying,1995(6):7-10.

[3]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].4版.北京：中國建筑工業出版社，2007.Editorial Committee of Engineering Geology Handbook.Enginnering geology handbook[M].4th ed.Beijing:China Architecture&BuildingPress,2007.

[4] 周健，曹宇，賈敏才，等.強夯—降水聯合加固飽和軟粘土地基試驗研究[J].巖土力學，2003，24（3）：376-380.ZHOU Jian,CAOYu,JIAMin-cai,etal.In-situ test study on soft soils improvementby the DCM combined with dewatering[J].Rock and SoilMechanics,2003,24(3):376-380.

[5] 朱勝利，王福春，劉寶發.高真空擊密法在曹妃甸港煤碼頭吹填土地基加固中的應用[J].中國港灣建設，2011（5）：43-46.ZHUSheng-li,WANGFu-chun,LIUBao-fa.Use ofhigh vacuum compactionmethod to improveground ofhydraulic fill in Caofeidian Coal Terminal[J].China Harbour Engineering,2011(5):43-46.