堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯處理超軟土地基

何相甫 王 強(qiáng)

(1.四川君正建筑工程有限公司，四川 宜賓 644000； 2.中交三航寧波分公司，浙江 寧波 315000)

堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯處理超軟土地基

何相甫1王 強(qiáng)2

(1.四川君正建筑工程有限公司，四川 宜賓 644000； 2.中交三航寧波分公司，浙江 寧波 315000)

以溫州港樂清灣港區(qū)一期道路堆場工程為例，介紹了堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯處理超軟土地基的施工工藝，通過實(shí)踐證明，該方法可以有效的處理超軟土地基，縮短工期，節(jié)省材料，解決沉降和穩(wěn)定問題，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

超軟土地基，塑料排水板，堆載預(yù)壓，強(qiáng)夯法，加固效果

堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯法是針對沿海地區(qū)軟土地基的獨(dú)有工程特性，綜合堆載預(yù)壓法和強(qiáng)夯法而成的一種軟土地基加固技術(shù)，加固機(jī)理是通過設(shè)置水平和豎向排水體系，使軟弱土層在靜荷載(上部填土)、動荷載及其持續(xù)的后效力超載作用下，多次發(fā)生孔隙水壓力的大幅度升降，快速排水體系將孔隙水不斷排出，并借助塑料排水板的水柱效應(yīng)使深部軟土也受到夯擊影響，從而使加固深度范圍內(nèi)土的抗剪強(qiáng)度不斷提高，土顆粒逐漸靠攏、孔隙比逐漸減小、施工沉降加大、地基土成為超固結(jié)土，以達(dá)到軟土地基加固的目的。

1 工程概況

1.1 工程簡況

溫州港樂清灣港區(qū)一期道路堆場工程位于溫州市樂清灣南側(cè)，該工程合計(jì)總面積約53.8萬m2，整個(gè)場地現(xiàn)狀地面為約2 m深的吹填砂，平均標(biāo)高為+4.000 m，其中斗輪機(jī)基礎(chǔ)采用塑料排水板堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯法，塑料排水板底標(biāo)高為-26.000 m，處理深度達(dá)30 m，屬于超軟土地基。

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)勘察報(bào)告，將天然地基土劃分為3個(gè)地基土層及其亞層，分別描述如下：①1灰黃～灰色淤泥：近流泥，主要分布在海堤西側(cè)，但不太穩(wěn)定，層厚一般為1.1 m～3.7 m；①2灰黃色填砂：飽和，稍密～中密，為海堤建造時(shí)地基處理鋪墊的砂墊層，以粉細(xì)砂為主，砂質(zhì)較純，顆粒均勻。分布在引橋根部、海堤西側(cè)，該層頂板標(biāo)高+0.64 m～-1.73 m，層厚9.1 m～13.2 m。標(biāo)準(zhǔn)貫入擊為15擊～25擊；①3灰黃～灰色淤泥：飽和，流塑，分布較廣，且較穩(wěn)定，一般為12.0 m～24.0 m；①3t灰黃～灰色砂質(zhì)粉土：飽和，松散，土質(zhì)均勻，僅以透鏡體狀零星分布在①3灰黃～灰色淤泥層上部，且厚度較薄，層厚一般為0.2 m～0.7 m；②1灰色淤泥質(zhì)粘土：飽和，流塑，分布廣泛且厚度較大。頂板標(biāo)高一般為-11.0 m～-32.0 m，層厚度10.0 m～23.0 m；②2灰色粘土：飽和，軟塑～可塑偏軟，土質(zhì)均勻，分布不穩(wěn)定，局部缺失，頂板標(biāo)高一般為-29.2 m～-48.0 m，層厚一般為5.0 m～15.0 m；②2t灰色粉細(xì)砂：飽和，松散～稍密，土質(zhì)不均，該層以透鏡體狀零星分布在②2灰色粘土中，層厚一般為5.0 m～15.0 m；③灰色～淺灰綠色粉質(zhì)粘土:局部為淺灰黃色，軟塑～可塑偏軟，土質(zhì)不均，分布極不穩(wěn)定，零星分布在擬建場地，頂板標(biāo)高一般為-42.8 m～-55.0 m，層厚一般為1.0 m～4.5 m。

2 地基處理方案設(shè)計(jì)

本工程堆載預(yù)壓首先在現(xiàn)有砂墊層上打設(shè)塑料排水板，采用高性能C型排水板(性能指標(biāo)詳見表1)，間距1.1 m，正方形布置，排水板平均長30 m；然后分層吹填海砂堆載預(yù)壓，第一層高4 m、穩(wěn)壓時(shí)間3個(gè)月，第二層高3 m、穩(wěn)壓時(shí)間4個(gè)月；穩(wěn)壓結(jié)束后卸載，整平場地后進(jìn)行強(qiáng)夯，第一遍采用1 800 kN·m進(jìn)行點(diǎn)夯，夯點(diǎn)間距4 m，正方形布置，每點(diǎn)夯不小于8擊，跳檔夯，第二遍采用800 kN·m普夯。地基處理后進(jìn)行檢測，設(shè)計(jì)技術(shù)要求為連續(xù)兩次(5天一次)的表層沉降不大于10 mm，地基固結(jié)度不小于90%。

表1 高性能C型塑料排水板性能指標(biāo)

3 軟基處理

3.1 塑料排水板施工

砂墊層頂面標(biāo)高驗(yàn)收后進(jìn)行塑料排水板施工，施工程序：施工準(zhǔn)備→板位測量放樣→插板機(jī)移機(jī)定位→安裝排水板→沉管插板→提升套管及回帶測量→切割排水板→回填排水板板孔→驗(yàn)收。由于本場地經(jīng)過一期真空預(yù)壓后，再次插打塑料排水板非常困難，為保證插打質(zhì)量，選用改裝加固的DJG30門式插板機(jī)和激振力為210 kN的DZ30A彈簧振動錘，為確保順利穿透真空預(yù)壓時(shí)鋪設(shè)的竹排和土工織布，在樁靴前加一個(gè)三角形鋼刀片。另外，聯(lián)合運(yùn)用四種方法保證排水板底標(biāo)高：1)插管前端的鴨嘴增長10 cm，使其更扁；2)鴨嘴上插卡鏈子由9環(huán)增長為11環(huán)；3)插管內(nèi)灌水，增加排水板重量和降低插管壁與排水板間的摩擦力；4)超打50 cm。

3.2 堆載預(yù)壓施工

1)吹填施工。

塑料排水板施工完成并驗(yàn)收合格后進(jìn)行堆載預(yù)壓施工，本次堆載用料采用吹填海砂，分兩次堆載，第一級堆載斷面尺寸為：底寬46 m，頂寬34 m，高度4 m，穩(wěn)壓時(shí)間3個(gè)月，然后進(jìn)行第二次堆載，第二級堆載斷面尺寸為：底寬30 m，頂寬21 m，高度3 m，堆載至7 m高，穩(wěn)壓不少于4個(gè)月。首先吹填兩側(cè)的砂袋圍堰，第一級砂袋圍堰分四層，每層高1 m，每層寬分別為8 m，7 m，6 m，5 m，然后分層吹填堤心砂，根據(jù)加載期地基處理中心區(qū)豎向沉降每晝夜小于15 mm的設(shè)計(jì)要求，分層高度控制在30 cm～50 cm。吹填尾水采用自然排水的方式，通過圍區(qū)口門排入海里。第二級加載類似第一級。

2)卸載施工。

在達(dá)到堆高7 m、穩(wěn)壓不小于4個(gè)月和沉降數(shù)據(jù)達(dá)到連續(xù)10 d每日沉降量均小于1 mm時(shí)進(jìn)行卸載，先向圍堰內(nèi)注入海水將堤心砂溶解，用泥漿泵將砂漿通過軟管輸入兩側(cè)的堆煤場，兩側(cè)的袋裝砂采用挖機(jī)配合推土機(jī)進(jìn)行卸載。

3.3 強(qiáng)夯施工

卸載完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行強(qiáng)夯施工。首先與監(jiān)理工程師現(xiàn)場選擇面積為50 m×50 m的區(qū)域進(jìn)行試夯，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，確定了強(qiáng)夯參數(shù)：兩遍點(diǎn)夯夯點(diǎn)間距4 m×4 m，正方形布置，隔點(diǎn)跳夯；夯錘重15 t，落錘高度12.5 m，夯擊能量1 800 kN·m；每點(diǎn)夯擊數(shù)10擊，最后2擊平均夯沉量不大于5 cm；夯擊間隔時(shí)間14 d；置換深度4.5 m，置換材料選用級配良好的卵石。普夯夯點(diǎn)間距2 m×2 m，夯印搭接1/3錘底直徑；夯錘重10 t，落錘高度8.5 m，夯擊能量800 kN·m。強(qiáng)夯結(jié)束后，采用激振力為270 kN重型振動壓路機(jī)碾壓6遍，每遍間隔時(shí)間4 h，碾壓搭接寬度30 cm。

4 處理效果分析

4.1 總體效果

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，在地基加固施工期間，監(jiān)測數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，經(jīng)過堆載預(yù)壓后，含水量已大幅度降低，加固效果良好，固結(jié)度均不小于90%，根據(jù)十字板剪切測試值，可認(rèn)為在檢測點(diǎn)位置深度15 m～28 m范圍f≥75 kPa，承載力對應(yīng)有所增加，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 主要監(jiān)測指標(biāo)分析

1)表層沉降觀測。

以CJ6，CJ7為例，從圖1表層沉降—時(shí)間曲線可以看出，曲線分三個(gè)階段，堆載前期，沉降主要依靠自身的重力產(chǎn)生，曲線比較平緩，沉降量較小。堆載開始后，土體受到外部荷載作用，土體總應(yīng)力增大，土體沉降曲線明顯變陡。堆載結(jié)束后滿載時(shí)，土體的沉降量逐漸減小，隨著恒載時(shí)間的增加，沉降曲線逐漸變緩直至收斂。

施工滿載大于120 d，從表2可看出沉降最大為CJ1和CJ3測點(diǎn)，實(shí)測最大沉降量為2 389.5 mm。各區(qū)卸載之前連續(xù)兩次(10天一次)的沉降量不大于10 mm，即日均沉降不大于1 mm。并且經(jīng)過計(jì)算各測點(diǎn)區(qū)域的固結(jié)度均不小于90.0%，滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 表層平均沉降量與固結(jié)度

2)孔隙水壓力。

以KY2為例，從圖2孔隙水壓力—時(shí)間曲線上看，孔壓曲線的每次突變都與外界荷載變化密切相關(guān)。三級堆載的施工期間，各測點(diǎn)孔隙水壓力均發(fā)生突變，孔隙水壓力明顯增大，主要原因是堆載產(chǎn)生了附加應(yīng)力，導(dǎo)致了土體受到的總應(yīng)力增大，在堆載時(shí)期，大部分的附加應(yīng)力主要由孔隙水壓力承擔(dān)，隨著恒載時(shí)間的增長，孔隙水壓力逐漸消散，土體之間的孔隙相對增大，在土體自身的重力作用之下，土體強(qiáng)度相應(yīng)增大。經(jīng)過計(jì)算，孔深30 m以上的土體消散明顯，孔隙水壓力平均消散程度達(dá)到90.0%，主要原因是在該深度范圍內(nèi)，塑料板的垂直向排水通道良好，土體強(qiáng)度提高較快。

3)深層土體分層沉降。

以FCJ4為例，從圖3深層土體分層沉降累計(jì)—時(shí)間曲線可看出，分層沉降主要表現(xiàn)為靠近地表沉降量最大，隨著孔深逐漸增大分層沉降量逐漸減小的規(guī)律。以分層沉降FCJ4為例，從圖中同樣可以看出，孔深30以上土體的壓縮量占總壓縮量的80%。施工區(qū)域內(nèi)下臥軟土層較厚，土的含水量較大、壓縮性較高，在施工過程中的初期沉降速率均較大，表層至孔深14 m之間，沉降速率均大于2.0 mm/d，最大沉降速率為FCJ2-1，達(dá)到3.80 mm/d。自2014年6月份以后，分層沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

4)土工試驗(yàn)。

表3 加固處理前后土樣主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)對照表

經(jīng)過表3加固前后的室內(nèi)土工試驗(yàn)成果對比可知：經(jīng)過堆載預(yù)壓、強(qiáng)夯加固處理，含水率由原來的47.%～70.9%降低至41.8%～58.9%，最高含水率明顯減少，減小幅度最大達(dá)16.9%，其承載力對應(yīng)有所增加；加固后土體的孔隙比由原來的1.720～1.959提高到1.226～1.728，平均壓縮模量由原來的2.05 MPa提高至2.36 MPa，增大幅度為13.1%，土質(zhì)變硬，壓縮性降低。經(jīng)過前后對比可知，加固后的土質(zhì)總體性能明顯優(yōu)于加固前的土質(zhì)。

5)十字板剪切。

表4 十字板剪切試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)對照表

5 總結(jié)與體會

1)堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯法在處理軟基時(shí)，可加固超深淤泥層，本工程加固深度為30 m以上。

2)插打塑料排水板和強(qiáng)夯施工前，必須進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，取得相關(guān)參數(shù)后才能進(jìn)行正式施工。

3)在堆載施工時(shí)，監(jiān)測必須及時(shí)、準(zhǔn)確，有效指導(dǎo)堆載施工，加快堆載速度，節(jié)減堆載時(shí)間。

4)堆載預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯法工藝簡單，可優(yōu)勢互補(bǔ)，達(dá)到節(jié)省材料，降低造價(jià)，能有效解決沉降和穩(wěn)定問題，且工期相對較短。

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[2] 蔣照琴.堆載預(yù)壓與強(qiáng)夯法聯(lián)合在溫州狀元岙港區(qū)地基中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2009(15)：38-39.

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On treatment of super-soft foundation with stack preloading joint dynamic compaction

He Xiangfu1Wang Qiang2

(1.SichuanJunzhengArchitecturalandEngineeringCo.,Ltd,Yibin644000,China;2.NingboBranch,CCCCNo.3HarborEngineeringCo.,Ltd,Ningbo315000,China)

Taking the road storage yard project in the first period of Leqingwan Port of Wenzhou Port as the example, the paper introduces the construction craft of the treatment of super-soft foundation with stack preloading joint dynamic compaction, proves by the practice that the method can be used to have the effective treatment of the super-soft soil foundation, to shorten construction period, save materials, and solve settlement and stability problem, so as to save the cost.

super soft-soil foundation, plastic drain board, stack preloading, dynamic compaction, consolidation effect

2015-01-09

何相甫(1979- )，男，工程師，一級建造師； 王 強(qiáng)(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)08-0094-03

TU447

A