加壓式套管沖擊排水強夯法施工技術在實際工程中的應用分析
——以長江流域港口碼頭后方陸域堆場項目為例

◎ 徐磊 中交一航局第五工程有限公司

1.研究背景

長江是我國重要的黃金水道，橫貫東西，輻射沿線多省市，覆蓋全國近半數人口，自中央提出打造長江經濟帶以來，國家加大了對華中地區長江沿線工程建設的力度，長江沿線屬古長江階地，長江沖（沉）積地質條件，表層范圍以粘土及淤泥質粘土為主，含水量高，天然承載力低，工程建設多要面對地基處理問題，本文以湖北荊州煤炭鐵水聯運儲配基地一期工程陸域堆場軟基處理為工程實例，以現場地質勘察資料為基礎，通過理論分析，以及對施工現場的試驗數據分析，對加壓式套管沖擊排水強夯法在本項目中的應用做出了研究。

2.工程概況及地質條件

湖北荊州煤炭鐵水聯運儲配基地與新建蒙華鐵路工程配套規劃，是長江沿岸大型煤炭中轉碼頭，旨在為長江經濟帶提供強大能源保障。該基地一期工程陸域堆場東西向寬876米、南北向長975米，該項目位于湖北省中南部的荊州市江陵縣，緊鄰荊江河段北岸，地勢平坦，屬長江沖積平原和四湖濱湖平原并列地帶，區域內主要為村莊、農田、水溝、渠，局部分布有魚塘，地層具有含水率大、壓縮性高，天然承載力低的特點，陸域堆場需要進行軟基處理。

根據前期鉆探揭露，本區巖土層主要為第四系全新統沖積層（Q4al）、沖洪積層（Q4al+pl），巖土層自上而下可分為幾個單元土體，分分別為①素填土（Q4ml），平均層厚0.37m；②粉質黏土（Q4al），褐黃色，軟塑～可塑狀，具中～高壓縮性，強度低，平均層厚2.50m；③粉質黏土（Q4al），褐灰色，可塑狀，具中～高壓縮性，強度一般，平均層厚5.90m；④粉細砂（Q4al），灰色，松散～稍密狀，具中等偏高壓縮性，強度較低，平均厚度5.31m；⑤粉細砂（Q4al），灰色，中密狀，強度較好，平均厚度7.83m。在第②、③粉質黏土（Q4al）內，局部又分布有淤泥質粉質黏土（Q4al），力學強度低，具高壓縮性、高孔隙比、高含水量等特征。

3.工藝理論介紹

加壓式套管沖擊排水強夯法是一種新型的地基處理工法，它采用加壓式大套管高效真空排水與強夯結合，根據場地的地質情況，針對整個場地先進行套管加壓降水施工，多維度，深層次高效降低土體含水率，然后結合進行多遍變能量強夯，進一步促進土體排水，密實土體結構，有效提高地基承載力。

3.1 加壓式套管排水

加壓式套管沖擊排水強夯法所采用的排水固結技術是大、小套管結合了加壓強排的方法，施工時滿場有規律的布置大、小套管及加壓管，通過對大、小套管抽真空形成“負壓”，實現多維度，多層面的排水，另一方面，加壓管對土體產生側向擠壓，大氣壓對地基土產生豎向壓力，強夯對地基土產生豎向沖擊，應力擴散，形成半空間三維擠壓，三者產生的擠壓為“正壓”，可密實土體結構，產生超孔隙水壓力，使密閉的含水孔隙突破開，沖開細閉排水通道，促進真空“負壓”排水，如此“正壓”和“負壓”的結合可加快消散超孔隙水壓力，使軟土中的水快速排出。

表1 平板載荷試驗成果表

3.2 變能量強夯

根據地基處理的要求，滿足錘底靜接地壓力值為前提，合理配置強夯錘，確定夯錘落距，以地基土體有效排水為前提，以夯沉量為控制標準，確定單點夯擊數。強夯加固影響深度可以參考梅那公式：

式（1）中，α 為修正系數，取0.5～1；M為錘重，單位t；h為落距，單位m。為了避免盲目夯擊造成土體破壞，需根據排水周期情況，強夯分幾遍進行，夯擊能先輕后重，變能量施工，循序漸進，在被處理土體表層形成一定厚度的超固結“硬殼層”，利用“硬殼層”的應力擴散作用，可有效提高地基承載力。

4.實施過程

根據本項目的地質勘察情況，結合本項目的工程要求，對于本項目的陸域堆場軟基處理，設計采用了三周期降水和三遍強夯，施工工序如下：管網布置→第一周期降水→第一遍點夯→第二周期降水→第二遍點夯→第三周期降水→滿夯→場地平整、驗收。

值得注意的是，在第一遍和第二遍的點夯過程中，要持續真空降水不間斷。

4.1 真空降水

根據原土層含水率及原始地下水情況，在陸域堆場范圍布管后進行了三周期的套管真空降水，第一周期降水至地面下3m，第二周期降水至地面下5m，第三周期為地下水位鞏固周期，加強前兩周期的降水效果，降水周期控制在3～4d天左右。第一周期降水結束后撤走場地上覆真空膜，進行第一遍點夯施工，第三周期降水結束后，拆除所有管網，再進行滿夯施工。

4.2 強夯施工

本項目設計進行三遍強夯，第一、第二遍為變能量點夯，夯點間距按5m×5m正方形布置，第三遍為滿夯。第一遍強夯能量1500～1800kN·m，每點4～6 擊，第二遍強夯能量2200～2500kN·m，與第一遍夯點呈梅花形布置，每點6～8擊，具體參數根據現場每點的夯擊情況調整，以保證夯坑周圍無大變形隆起，凈夯沉量不小于1.5m，且最后2擊平均夯沉量不大于5cm為控制標準；滿夯能量1000kN·m，每點2擊，搭接1/4錘徑。

設計的兩遍點夯穿插在降水周期中進行，每遍點夯時，降水作業不間斷的進行，且同步進行夯坑排水（若有）、夯坑回填、地下水位及土層中超孔隙水壓力監測，夯坑回填完畢后，待上一次強夯作用在地層中產生的超孔隙水壓力消散70%～80%后，且地下水位降至地表下設計深度時可進行下一遍強夯。

5.施工效果分析

5.1 施工后淺層載荷板試驗結果

施工完成后，在研究區域內隨機選取3點進行了淺層平板載荷試驗，承壓板尺寸1.5m×1.5m，預壓荷載15kPa，預壓5min，最大試驗荷載300kPa，分10級加載，5級卸載，試驗過程嚴格按照相關規范執行，試驗數據如下表，可以發現，3處地基承載力均能滿足150Kpa的工程設計要求，試驗的最終沉降量均滿足規范要求。平板載荷試驗成果如表1所示。

5.2 結論

通過對加壓式套管沖擊排水強夯法的理論分析，結合湖北荊州煤炭鐵水聯運儲配基地一期工程陸域堆場軟土處理的工程實際施工情況，可以得到如下結論：加壓式套管沖擊排水強夯法在理論上是可行的，在本項目的實際應用中是有效的。經過處理后可顯著看到，地基土體結構得到有效密實，地基承載力得到大幅的提高，有效的改善地基土的不均勻性，消除工程投產后可能產生過大沉降的隱患。

6.結語

綜上所述，本項目的施工結果表明，加壓式套管沖擊排水強夯法施工工藝較成熟，用于加固長江流域沖（沉）積地質條件下的軟土地基處理效果明顯。希望在對本項目實測資料進行分析整理的基礎上，能為今后類似工程的設計和施工提供經驗參考。