真空預壓聯合低能強夯法加固吹填土地基研究

李國棟，毛代松

(中化泉州石化有限公司,福建 泉州 362000)

通過吹砂填海方式形成的地基通常存在天然含水量高、壓縮性高、強度低、透水性差和工后沉降過大的問題[1-3]。因此需要對地基進行處理,改善其工程性質,提高地基承載力,以滿足工程建設用地的需要。對吹填土形成的地基進行處理是當前較少遇到的工程項目,現有方法對復雜大面積吹填地基處理的經驗較少,需要結合工程案例總結適合大面積吹填土的地基處理新工藝。

當前對吹填地基的處理集中在淺層范圍,如董志良等[4]報道的淺層超軟土地基加固方法。其他處理方法,如:自然晾曬法[5]、化學加固法[6]、土工材料加筋[7]等,多存在工期長、加固效果差、經濟投入高的缺點。針對上述吹填土地基處理方式的缺點,聯合地基加固技術得到了廣泛應用,聯合地基加固技術是指在綜合現有成熟地基加固技術的前提下,考慮不同加固方法的優勢,同時借用另一種方法改善原方法的缺點對地基進行加固的處理方法,但是如何把握整個施工過程中場地的承載力變化,控制地基處理的指標,需要進一步開展研究。

現階段對沿海吹填地基進行處理時,真空預壓法和強夯法得到了廣泛應用。如:莫睿嫻[8]對某吹填軟基處理工程的報道,該工程處理時采用真空預壓聯合強夯的施工方法,同時控制地基固結度和強夯時的夯擊能量,得到符合工程建設要求的軟基;劉永林[9]通過工程建設中沉降觀測和施工完成后土體的靜力觸探試驗發現,真空預壓聯合低能強夯的加固方法不僅適用于處理淺層軟土地基,對深厚軟弱地基的處理同樣具有很好的效果。

目前,有關真空降水與低能強夯聯合加固技術的理論分析綜合工程試驗報道的案例較少,不足以支撐技術的推廣應用。對相關研究整理發現[10-12],該方法在國內尚處于起步階段,對加固技術體系、加固方法以及沉降計算方法等有待進一步研究以指導工程實踐工作。因此本文依托福建某沿海大型石化項目地基處理工程案例,對吹填土形成的場地,采用真空預壓降水聯合低能強夯的作業方式進行加固,在試驗場地中布設監測元件,獲得加固期間相關土體參數的變化,對監測數據進行分析,評價其加固效果并分析原因,為相似工程的軟基處理提供指導。

1 工程背景介紹

本項目位于福建省湄洲灣南岸,地處海灣,場地地形平坦。

項目占地約4.40×106m2,場地設計標高+5.0 m,原場地主要為灘涂、海域,主要采用吹填淤泥、吹填砂、回填土等方式進行回填形成陸域,然后進行真空預壓和低能強夯方式進行地基預處理,以消除吹填土場地土體的欠固結,形成項目建設用地。

前期勘察表明,該場地屬于回填區,其下部有厚度不均的松散吹填砂層、流塑狀吹填淤泥和軟塑狀淤泥。主要土層厚度和土體性質見表1。

表1 土體物理力學性質

對場地土體進行分析后,明確該場地土層承載力較差,不具備天然承載力的施工條件,需進行地基加固處理,考慮土層特點,選擇真空預壓聯合低能強夯方法進行加固。

2 施工及監測、檢測項目介紹

對試驗場地進行初步處理后,首先進行真空預壓作業:打設豎向排水板,排水板間距1.2 m,梅花形布設;排水板打設完成后,鋪設真空密封膜及排水濾管;真空作業開始后,安排射流泵作業抽出孔隙水。真空預壓完成后,進行回填砂土工作,并進一步開展低能量強夯作業。低能強夯作業完成后,采用振動壓實法對場地進行整平,并回填砂土。主要施工流程見圖1。

本文主要監測項目包含:表層沉降、土體分層沉降和孔隙水壓力。根據工程實際需要,進行監測基準網的布設,在觀測區建立相對獨立的水準網作為監測控制網。監測基點采用打過樁的固定標石或混凝土水準標石,標石底部低于凍土線0.5 m;水準基點地面部分砌磚井保護,并且加蓋防護。分層沉降采用垂直向測量磁環進行監測。場地處理完成后,開展淺層平板試驗檢測地基承載力。為減小施工因素影響,本文在試驗場地內隨機選擇8個測點進行監測檢測項目的作業。

3 監測數據分析

3.1 表層沉降

為消除監測元件誤差,在每個測點均設置3個監測儀器。在真空預壓作業期間,場地內土體的表層沉降見圖2。為節省篇幅,本文僅列舉J-1和J-2兩監測點的數據變化。

由圖2可知,不同監測元件獲得的監測數據誤差較小,能夠真實反映施工期間的沉降量變化,不同測點的表層沉降均隨著真空預壓時間的增加而增大。不同測點的沉降量略有差異,分析其原因為不同測點下土層性質差異較大,進而導致了差異沉降量的產生。

3.2 分層沉降

在每個監測點設置一組分層沉降儀,每組分層沉降儀器包含3個磁環觀測點,采用CJY-1型電磁式深層沉降儀(測量精度1 mm)進行數據采集工作。不同測點磁環的埋設深度見表2,不同測點的分層沉降量監測結果見表3。由表3可知,隨著深度的增加,各土層的沉降量均逐漸減小,基本符合分層沉降的變化規律。

表2 沉降儀埋設標高 m

表3 沉降儀監測結果 mm

3.3 孔隙水壓力

在試驗場區內,共設置8處孔隙水壓力監測點,每組包含3個孔隙水壓力計,采用鉆孔埋設法進行監測元件布設。孔隙水壓力計通過導線引出孔外,采用GDK-1型孔隙水壓力計及數字頻率儀(精度0.5級～2.6級)進行監測。

表4所示為孔隙水壓力消散值,圖3所示為J-1,J-2測點的孔隙水壓力隨時間變化情況示意圖。

表4 孔隙水壓力消散值 kPa

由表4和圖3中的孔隙水壓力變化可知,在真空預壓初期,地基中的孔隙水壓力消散較快,后期的增長速率逐漸降低。這表明在大氣壓力作用下,土體中的有效應力逐漸增加,幫助土體進行壓縮,進而提高了土體的固結度。

4 工后檢測分析

4.1 地基承載力

真空預壓和低能強夯施工完成,場地回填土作業結束后,對處理后的場地進行平板載荷試驗,確定地基承載力。對8個測點開展平板載荷試驗,采用1 m2方形剛性承壓板,最大加載至300 kPa,分8級加載,單級荷載按照37.5 kPa進行加載。

圖4所示為部分測點的平板載荷試驗檢測結果,表5所示為8個測點的試驗結果。

由圖4,表5可知,各試驗點加載至預定荷載時,均未出現沉降的明顯變化或承壓板周圍土體擠出現象,最終沉降量介于14.23 mm～49.84 mm之間,均小于壓板寬度的6%,符合地基處理規范要求。

表5 平板載荷試驗結果

各檢測點荷載沉降(p-s)曲線均為緩變形,根據相關規范及設計要求[13],取試驗中最大加載量的1/2和相對變形值s/b=0.01(10 mm)時對應的荷載中二者的較小值作為地基承載力特征值。試驗結果表明:預處理后各檢測點承載力特征值為86 kPa～150 kPa,符合后續工程建設要求。

4.2 鉆孔取土試驗

為研究處理前后試驗區域內土體的物理力學性質變化,在試驗區域預處理前進行15個鉆孔取土試驗,總延米185 m;處理后進行了52個鉆孔取土試驗,現場取樣后進行室內土工試驗。室內土工試驗包含常規試驗及剪切、壓縮試驗,對室內土工試驗數據進行統計分析,預處理前后各項物理力學指標見表6。

表6 土層物理力學性質變化

由表6可知,通過對各項室內土工試驗指標的對比分析,較預處理前,土層含水率降低、抗剪強度指標變大、土的壓縮性降低,預處理后物理力學性質有較明顯提高。

5 結論

針對吹填土地基壓縮性大、含水率高、工后沉降大等問題,本文采用真空預壓聯合低能強夯的地基處理方法,對某吹填地基進行處理,開展現場試驗。結合大量試驗結果,對聯合法處理地基的效果進行評價,主要結論如下:1)采用真空預壓聯合低能強夯法處理吹填土地基,能夠實現土層物理力學性質的提高和地基承載力的大幅增強。2)真空預壓和低能強夯聯合處理能夠發揮兩種處理方式的優點,既降低深層土體含水率,在表面形成“硬殼層”,又能實現對表層土體的夯實加固,有效實現深厚吹填土地基的加固處理。