吹填粉砂大面積地基平臺(tái)強(qiáng)夯聯(lián)合真空井點(diǎn)降水應(yīng)用技術(shù)研究

陳俊濤，李玉坤，褚洪明

(中交四公局第十工程有限公司 北京市 101101)

0 引言

吹填粉砂土地基承載力較低、含水量高，難以直接用作建筑基礎(chǔ)，需進(jìn)行地基加固，地基加固處理常見(jiàn)的方法有：復(fù)合地基、堆載預(yù)壓、換填墊層、加筋等[1-2]，上述加固方法處理常規(guī)軟土地基具有較好的效果，但大面積吹填粉砂地基土含水量高、排水通道不暢，加固處理過(guò)程孔隙水極易在平臺(tái)內(nèi)部深層土積聚，形成飽和土。強(qiáng)夯法施工便捷、周期短、加固深度大，可用于處理粉砂土地基，通過(guò)強(qiáng)夯不僅可以使地基土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到提高，還能夠加大抵制土體液化的能力，但需重點(diǎn)解決降排水條件的改善和施工工藝的更新問(wèn)題。

強(qiáng)夯加固高含水量吹彈粉砂地基需解決的關(guān)鍵問(wèn)題是：強(qiáng)夯作用引起的超靜孔隙水壓力，短時(shí)間內(nèi)超孔壓若無(wú)法消散，將引發(fā)所謂的“橡皮土”。因此，強(qiáng)夯施工中選擇合理排水措施尤為重要，真空井點(diǎn)降水是一種基坑工程中常用的降水措施[3]，當(dāng)前已有工程技術(shù)人員將真空井點(diǎn)降水與強(qiáng)夯聯(lián)合用于處理飽和粘土地基，并取得了理想效果[4-6]。然而，強(qiáng)夯技術(shù)和井點(diǎn)降水法聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用研究還很少。根據(jù)有關(guān)資料的記錄和報(bào)道，這種方法應(yīng)用于上海地區(qū)比較廣一些，但是對(duì)于黃河流域地區(qū)的相關(guān)研究還比較缺乏，這就使得相關(guān)方面的研究具有一定的必要性。

結(jié)合黃河灘區(qū)居民遷建村臺(tái)安置工程項(xiàng)目，針對(duì)大面積吹填粉砂地基平臺(tái)土體含水量高、加固深度大、排水通道不暢等問(wèn)題，重點(diǎn)研究強(qiáng)夯聯(lián)合真空井點(diǎn)降水施工技術(shù)的應(yīng)用，成果可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

黃河灘區(qū)居民遷建村臺(tái)安置工程，總建筑面積約98.2萬(wàn)平方米，是山東省脫貧遷建工作的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目村臺(tái)均為吹沙淤填而成，吹填土以粉砂、粉土為主，蓋頂土約0.5m，主要成分為砂土和少量粘性土，吹填深度5～6m，局部達(dá)9.5m。該吹填土靜置期較短約6個(gè)月，尚未完成自重固結(jié)，根據(jù)初勘資料顯示，該吹填地基土承載力較低，土體工程性質(zhì)差，未處理無(wú)法作為基礎(chǔ)持力層，需進(jìn)行加固處理，為此施工現(xiàn)場(chǎng)選用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處理。工程現(xiàn)場(chǎng)原地基土如表1所示。

2 強(qiáng)夯聯(lián)合真空井點(diǎn)降水施工方案

2.1 強(qiáng)夯方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及總體工期控制計(jì)劃，地基平臺(tái)總體采取依次施工的方式，兩遍點(diǎn)夯、一遍滿夯穿插進(jìn)行。從有利于吹填土滯水的排除角度考慮，每個(gè)區(qū)域采取從中間向兩側(cè)依次強(qiáng)夯施工的方式。

設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)夯后地基達(dá)到的性能參數(shù)如下：

(1)夯后地基承載力特征值≥120kPa。

(2)強(qiáng)夯處理有效影響深度須達(dá)到原地基土的持力層。

(3)點(diǎn)夯最后2擊，其夯沉量平均值≤50mm。

(4)夯坑周圍不應(yīng)發(fā)生較大隆起。

強(qiáng)夯施工中兩遍點(diǎn)夯、一遍滿夯，其具體要求：點(diǎn)夯采用2000kN·m夯擊能，梅花形布置，夯點(diǎn)間距6m×6m，第二遍點(diǎn)夯在第一遍點(diǎn)夯空擋位置，間隔仍6m×6m，兩遍點(diǎn)夯夯點(diǎn)擊數(shù)均為8擊，夯點(diǎn)最后2擊的夯沉量平均值≤50mm，考慮孔隙水消散，兩遍點(diǎn)夯之間的時(shí)間間隔為7d；滿夯夯機(jī)能為1000kN·m，夯點(diǎn)位置按1/4錘印搭接，夯點(diǎn)擊數(shù)平均為2擊。見(jiàn)圖1。

圖1 滿夯夯點(diǎn)示意圖(單位：mm)

2.2 井點(diǎn)降水方案

為確保強(qiáng)夯施工過(guò)程中地基孔隙水及時(shí)排水，加固地基土固結(jié)，地基平臺(tái)設(shè)置輕型井點(diǎn)降水，降水工具如表2所示。

井點(diǎn)與井點(diǎn)之間的距離為4～6m，列與列之間的距離為15～20m，真空井點(diǎn)降水布設(shè)示意圖如圖2所示。工程現(xiàn)場(chǎng)采用振沖碎石樁設(shè)備作為井架，機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前需進(jìn)行場(chǎng)地的平整，以確保井架在場(chǎng)地內(nèi)順利平移。

圖2 真空井點(diǎn)降水布設(shè)示意圖

2.2.1井點(diǎn)管埋設(shè)

(1)將水槍精準(zhǔn)接入井點(diǎn)的位置，噴射水壓0.4～0.8MPa，射水與套管沖切粉砂土10～15min，井點(diǎn)管在地基土中下沉約10m，沖擊成孔孔徑控制在300～350mm，成孔后管壁與井點(diǎn)管之間應(yīng)保留間隙，該空隙填充砂石，沖孔深度須超出濾管設(shè)計(jì)深度500mm以上，以防止沖擊套管提升拔出時(shí)部分土塌落，并使濾管底部存有足夠的砂石。

(2)沖擊管上下垂直移動(dòng)以確保降水井壁垂直。

(3)井孔成型后拔出沖擊管將井點(diǎn)管插入孔內(nèi)，井點(diǎn)管上端口塞住防止雜物進(jìn)入，井點(diǎn)管孔壁之間的空隙填入砂石濾層。

(4)沖洗井管，將膠管(Φ15～30mm)插入井點(diǎn)管底部，注水清洗直到清水流出，須逐根井點(diǎn)管清洗。

2.2.2管路安裝

井點(diǎn)管外側(cè)須鋪設(shè)集水管，采用膠墊螺栓聯(lián)接主干管，膠管聯(lián)接水箱水泵與主干管，鉛絲綁好防止管路不嚴(yán)漏氣以確保管路真空度。主管路以5‰的流水坡度朝向泵房，做好冬季降水防凍保溫。

2.2.3檢查管路

正式抽水前須試抽，以確保抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；水泵進(jìn)水管安裝真空表，水泵出水管安裝壓力表；基坑設(shè)置觀測(cè)井點(diǎn)以觀測(cè)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求降水深度，并依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制降水曲線。試抽時(shí)應(yīng)確保管網(wǎng)真空度達(dá)到550mmHg(73.33kPa)，滿足該條件方可正式抽水。

2.2.4抽水

井點(diǎn)管網(wǎng)安裝完畢后試抽抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，抽水管路無(wú)漏氣現(xiàn)象后可以進(jìn)行正常抽水。

2.2.5注意事項(xiàng)

(1)井點(diǎn)降水須經(jīng)常進(jìn)行檢查，遵循先大后小、先渾后清的出水規(guī)律，出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)排查。

(2)現(xiàn)場(chǎng)須設(shè)專人監(jiān)測(cè)井點(diǎn)的真空度，抽水過(guò)程中若出現(xiàn)真空度不足的情況應(yīng)及時(shí)排除。

(3)抽水開(kāi)始后注意檢查是否存在井點(diǎn)管淤塞情況，若堵塞的“死井”數(shù)量超過(guò)總量的10%，會(huì)嚴(yán)重影響井點(diǎn)降水效果，可采用高壓水槍對(duì)堵塞的管道進(jìn)行沖洗處理。

(4)井點(diǎn)須距坑邊2～2.5m，以免影響坑邊土坡穩(wěn)定性，抽出的水通過(guò)明溝排出。

(5)如地基存在較厚的粘土層，考慮粘土透水性能差，可在井點(diǎn)范圍之外鉆孔形成2～3排砂樁，貫通地層確保透水性。

3 加固效果試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

強(qiáng)夯聯(lián)合真空井點(diǎn)降水加固處理吹填粉砂地基施工完成后，通過(guò)靜載、靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等手段對(duì)加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 靜載試驗(yàn)

該試驗(yàn)采用剛性承壓板，板尺寸為1.4m×1.4m、正方形，通過(guò)油壓千斤頂對(duì)承載板進(jìn)行施壓，通過(guò)位移傳感器測(cè)量施壓過(guò)程中的地基沉降量，采用壓重平臺(tái)反力裝置，加載物總重為加載量的1.2倍，8級(jí)加載，單級(jí)加載分別在第10min、20min、30min、45min、60min測(cè)量承壓板下沉量，其后每半小時(shí)測(cè)一次，連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)沉降速率≤0.1mm/h，即可進(jìn)行下一級(jí)加載。靜載裝置組成如圖3所示。

圖3 靜載裝置示意圖

靜載試驗(yàn)出現(xiàn)下列情況之一即可終止：

(1)達(dá)到壓力-沉降曲線比例界限。

(2)沉降曲線出現(xiàn)陡降。

(3)某級(jí)荷載下24h以內(nèi)沉降速率始終未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

(4)承壓板累積沉降量>直徑6%。

通過(guò)試驗(yàn)，可得到p-s壓力沉降曲線、s-lgt沉降時(shí)間對(duì)數(shù)曲線，數(shù)據(jù)分析如圖4、圖5所示，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可知，強(qiáng)夯后地基承載力檢測(cè)結(jié)果為243kPa。

圖4 靜載試驗(yàn)壓力-沉降曲線(p-s曲線)

圖5 靜載試驗(yàn)沉降-時(shí)間對(duì)數(shù)曲線(s-lgt曲線)

3.2 靜力觸探

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行靜力觸探檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)雙橋探頭錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力及摩阻比等參數(shù)，對(duì)強(qiáng)夯后地基土加固影響深度和均勻性進(jìn)行分析。其參數(shù)計(jì)算可參照下列公式：

qc=Kq·(εq-ε0)

fs=Kf·(εf-ε0)

式中：qc為雙橋探頭的錐尖阻力(kPa)；fs為雙橋探頭的側(cè)摩阻力(kPa)；α為摩阻比(%)；Kq為雙橋探頭錐尖阻力率定系數(shù)(kPa/με)；Kf為雙橋探頭側(cè)摩阻力率定系數(shù)(kPa/με )；εq為雙橋探頭錐尖阻力應(yīng)變量(με)；εq為雙橋探頭側(cè)摩阻力應(yīng)變量(με)；ε0為觸探頭的初始讀數(shù)或零讀數(shù)應(yīng)變量(με)。

檢測(cè)得到部分?jǐn)?shù)據(jù)如表3所示。

3.3 標(biāo)貫

項(xiàng)目工程現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)試驗(yàn)，該試驗(yàn)用以評(píng)價(jià)強(qiáng)夯處理后地基承載力與判別吹填粉砂土的液化程度。檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4、表5所示，其中表5為初步判定估算地基承載力特征值。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析得到：強(qiáng)夯后吹填粉砂地基土的承載力特征值fak、壓縮模量Es1-2檢測(cè)結(jié)果均出現(xiàn)降低的情況，強(qiáng)夯試驗(yàn)完成后一天即開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)土層為粉土、粉砂土及粉質(zhì)黏土，沒(méi)有等待孔隙水壓消散間歇期，導(dǎo)致局部土層fak、Es1-2指標(biāo)降低。地基土滿夯后承載力可達(dá)到243kPa。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高含水量、大面積吹填粉砂地基平臺(tái)短期內(nèi)難以完成固結(jié)沉降的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采用強(qiáng)夯聯(lián)合真空井點(diǎn)降水技術(shù)對(duì)地基進(jìn)行處理，并在強(qiáng)夯結(jié)束后開(kāi)展靜載、原位檢測(cè)試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

(1)通過(guò)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明，各土層整體承載力均有了較大幅度的提升，按照原施工方案進(jìn)行后可以滿足試驗(yàn)預(yù)期要求。

(2)強(qiáng)夯加固完成后須等待一個(gè)間歇期，土體固結(jié)排水一段時(shí)間后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)。

(3)該類型地基土采用強(qiáng)夯施工時(shí)，及時(shí)有效的排水是關(guān)鍵，通過(guò)真空井點(diǎn)降水可有效防止地基出現(xiàn)局部液化或者橡皮土，加速土體固結(jié)沉降。