強夯-降水聯合加固法在吹填土區的工程應用

李 廣，蔡志剛

(瀏陽經開區開發投資有限公司，湖南瀏陽410329)

強夯法自20世紀60年代末由法國梅納(Menard)技術公司首創后，因其效果明顯、經濟易行、設備簡單、節約三材等優點，在工程界得到了廣泛應用.強夯法對地基土質有一定的要求.一般認為此法特別適合于粗顆粒非飽和土和含水量不大的雜填土與濕陷性黃土，低飽和度的粘性土與粉土也可采用［1，2］.對于飽和軟土，尤其是飽和軟粘土，一般教科書或工程標準中均明確規定不宜采用或不能采用，因為目前工程實踐中存在大量的失敗工程例子，最典型的工況當屬強夯過程中出現“橡皮土”現象［3］.近年來，通過改進傳統的強夯施工工藝和增設豎向排水體等方式，工程界對強夯法應用于飽和軟土地基進行了大量的理論和實踐研究，但其加固效果和適用性仍存在爭議.本文僅從工程實踐出發，對強夯－降水聯合加固法在吹填土區的工程應用做簡要說明.

1 工程概況

1.1 工程地質

根據勘察報告，項目場地勘探深度內除表層吹填土外，其下地層為沉積形成的粉砂、粉土及粉質粘土，地質條件較好.吹填土以粉砂、粉土為主，粉砂砂質不純，松散、濕，含粘粒及貝殼碎屑，局部夾粉粘;局部區域(如配套作業區)以粘性土為主，含大量粉粒及碎屑，局部夾粉土或粉砂;吹填土由于堆積時間短，具有含水量高、地下水埋藏淺、表層承載力低等特點，吹填層厚度大致在4～6m之間.擬建工程場地各地層物理力學參數指標見表1.首期封關口岸設施工程的地下水位高程在+3.0～ +3.5m 之間，1#、2#泊位工程的地下水位高程在+4.0～+5.0m之間.

表1 主要土層物理力學參數表

1.2 地基處理設計方案

曹妃甸保稅區區域的下臥層為粉砂、粉土層，經現場標貫實驗，粉砂、粉土層均為輕微液化土層，對于大面積的場地使用，影響不大.在地基加固設計中，原則上對沖填土層進行加固處理即可滿足工程建設需要.

鑒于擬建工程區域地下水位較高，導致了吹填土的淺層承載力過低，夯機等大型機械設備無法就位，因而不宜直接采用強夯法進行地基處理.在強夯實施之前，必須采取措施進行工程降水.結合曹妃甸地區的工程建設經驗和工程建設的經濟實用性等多方面因素，設計采用強夯－降水聯合加固法對擬建工程地基進行加固處理.根據吹填土的土質條件，采用不同的降水方式，針對以粉砂、粉土為主的吹填土，設計采用明溝排水方式進行工程降水;針對以粘性土為主的吹填土，設計采用真空降水方式進行工程降水.

1.3 地基處理目標

(1)針對以粉砂、粉土為主的吹填土，地基處理后吹填土頂面承載力［σ］≥150kPa;針對以粘性為主的吹填土，地基處理后吹填土頂面承載力［σ］=80～120kPa.

(2)吹填土頂面回彈模量E0≥30MPa.

2 施工工藝介紹

2.1 明溝排水+強夯

2.1.1 明溝開挖

明溝排水+強夯法包括明溝排水和強夯兩個環節.在施工之前，選取典型地質區塊進行明溝排水+強夯試驗，以獲取大面積施工的相關技術參數.試驗中選取了兩塊面積均為3600m2(60m×60m)的區塊，分別命名為A區和B區.在A區和B區四周設置明溝，明溝采用梯形狀，溝底高程+2.5 m，寬1.0m，排水明溝開挖坡率為1:0.75，明溝匯水可就近排向A11河或海域.試驗中要求地下水位降至+3.0m以下之后方可進行強夯作業.

圖1 排水明溝斷面圖

針對A區，明溝排水主要靠地下水自身的滲透壓力從四周排水溝自然排出.經過約70天的滲流排水，地下水位降至+3.0m.

針對B區，采用夯機低能量預夯、推土機碾壓配合降水.經過3～5天的明溝排水和晾曬，吹填土表面硬度增強，可支撐夯機設備上去作業.為加快土體排水，采用600kJ的低能量進行預夯動力排水，點距為6～8m，每點2～3擊，預夯結束，推土機隨后跟進強力碾壓3～5遍，經過5～10天的降水，B區地下水位降至+2.8m.

大面積地基處理時，明溝排水均采用夯機預夯和推土機碾壓配合降水，以加快工程建設進度.

2.1.2 強夯施工

根據實驗區塊的實驗參數，強夯工藝采用2遍點夯加1遍普夯，兩遍點夯之間的間隔時間根據超靜孔隙水壓消散80%的時間確定.點夯夯能為2000kJ，夯點間距3.0～4.0m，每點8～12擊，在夯擊過程中遵循“少擊多次、先少后多”的工藝，使夯擊能與超靜孔隙水壓的消散速率相匹配，最后兩擊夯沉量按5cm進行控制.普夯夯能1000 kJ，每點2擊，點與點之間搭接1/4錘徑;然后采用激振力400kN的振動壓路機進行碾壓整平，振動碾壓5遍(來回為一遍)，搭接寬度不小于30cm，相鄰碾壓遍間采用正交行駛方向交錯碾壓.

本方案中明溝排水與強夯交替進行，流水作業.地基處理每個分區面積約3600m2(60m×60m)，具體區塊面積可根據現場降水效果進行調整;采用夯機預夯和推土機碾壓配合降水時，預夯參數和推土機碾壓遍數同樣可根據降水效果進行現場施工調整.

2.2 真空降水 + 強夯［4，5］

真空降水+強夯法包括真空降水和強夯兩個環節，兩個環節交替進行，其地基處理施工工藝流程見圖2.

2.2.1 施工前準備

對加固區域進行現場放樣定位，確定處理范圍.

在地基處理邊界線外開挖排水溝，排水溝內水應及時排出.

埋設水位觀測管，在地基處理過程中進行地下水位觀測并進行記錄，以確定初始地下水位和控制加固區域第一遍真空排水時間.

2.2.2 真空降水參數

真空系統包括臥管和真空降水管兩部分.真空降水管采用Φ32的鋼管，下部進水孔包裹尼龍漏膜，兩層形成真空管.臥管采用Φ60PVC管.臥管與真空降水管之間采用內纏鋼絲軟膠管連接，連接的接頭應嚴密.為防止濾網損壞，在真空降水管放入前，應認真檢查，以保證濾網完好.

圖2 真空降水+強夯法施工流程圖

在地基加固場地內插設真空降水管.根據吹填土層的厚度進行深層和淺層真空降水管布置，深管間距3.0m*5.0m，長度6m，深管應插入下臥粉砂層，淺管間距3.0m*5.0m，長度3m.

真空降水管布置見圖2.真空降水遍數為兩遍，每遍排水時間約為7～10天.真空降水過程是信息化施工過程，在施工過程中需要根據排水情況調整真空管布置參數以及排水時間.

2.2.3 強夯參數

真空降水和強夯兩個環節交替進行，每遍真空降水后進行一遍點夯擊密，本方案共進行兩遍點夯，點夯結束后進行一遍滿夯.

點夯:點夯夯擊能量1800kJ，夯點間距3.0～4.0m，擊數8～10擊，在夯擊過程中嚴格遵循“少擊多次、先少后多”的工藝，使夯擊能與超靜孔隙水壓的消散速率相匹配.

圖3 深、淺層真空降水管平面布置圖

上述夯擊能、夯點間距和擊數均由現場試夯確定.

收錘標準:一般情況下滿足最后兩擊夯沉量不大于5cm，鑒于本方案中處理的土層為飽和軟土，允許最后兩擊夯沉量適當放寬，但總原則是:夯擊時保證土層繼續密實;夯坑周圍不發生過大隆起.

滿夯:滿夯能量800kJ，擊數2擊，錘印相互搭接1/4錘徑.

2.2.4 信息化施工

真空降水+強夯法的施工過程為信息化施工，在施工過程中對地下水位、地表沉降等進行監測，對各項監測結果進行詳細記錄和分析，及時了解場地加固效果，并根據監測結果來指導施工，調整施工參數.

3 結語

鑒于曹妃甸綜合保稅區吹填土具有堆積時間短、含水量高、地下水埋藏淺、表層承載力低等特點，采取有效措施進行工程降水是實施強夯方案的前提條件.針對以粉砂、粉土為主(土層含大量粘粒)的吹填土，采用明溝排水+強夯方案進行地基處理，施工過程中通過低能量預夯、推土機碾壓等輔助方式配合降水，可大幅度節約降水時間，節約工期，在今后類似工程建設中值得鑒借和推廣;針對以粘性土(土層含大量砂、粉粒)為主的吹填土，采用真空降水+強夯方案進行地基處理，通過真空降水，合理控制施工參數，減小土體飽和度，使飽和軟土不宜強夯成為過去，有效拓展了強夯法的適用范圍，同時由于采用真空降水，大大縮短了粘性土的兩遍夯擊的間隔時間，節約工期.此外，強夯－降水聯合加固法夯擊工藝的選擇也在很大程度上影響地基的加固效果，在夯擊過程中應遵循“少擊多次、先少后多”的工藝，使夯擊能與超靜孔隙水壓的消散速率相匹配.

［1］龔曉南.地基處理手冊(第3版)［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［2］中華人民共和國建設部.JGJ 79—2002建筑地基處理技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［3］鄭穎人，陸新.強夯加固軟粘土地基的理論與工藝研究［J］.巖土工程學報，2000，(1):18－22.

［4］武亞軍，張孟喜，徐世龍.高真空擊密法吹填土地基處理試驗研究［J］.港工技術，2007，(1):43－46.

［5］中國工程建設標準化協會.CECS 279－2010強夯地基處理技術規程［S］.2010.