降水强夯加固法在吹填土地基加固中的应用

1、降水强夯加固法在吹填土地基加固中的应用朱胜利，王福春（中交天津港湾工程研究院有限公司、港口岩土工程技术交通行业重点实验室，中交股份岩土工程重点实验室天津）摘 要：对于吹砂造陆过程中，由于水力分选作用，形成软粘土夹层的平而区域，采用插管降水-强夯的方法加固地嫌, 冇效保证了强夯过程中地基降水的需要，对保证地基加固质戢、提高地基处理速度，冇效缩短工期起到了关键的作用, 尤英对软粘土夹层加固效果十分显著，达到了单纯强夯无法达到的效果。关键词：吹填土；降水强夯；0引 言软土地基加固的主耍目的是减小工后沉降，提高 地基的承载力，并最终达到满足地基稳定要求。社会的进步，対工程建设提出了更高的环境保护 要求

2、。根据环保需要并基于港ii、码头建设的地理位 置特点，采用吹填造陆模式建设码头堆场的方法被越 来越广泛地应用在码头堆场建设中。吹填造陆形成的 吹填土层是挖泥区土层的混合体。由于挖泥区土层的 复杂性，再加之吹填过程中的水力分选作用，造成吹 填造陆形成的堆场，在地质剖面上，土层分布极其复 杂。吹填土地基具有承载力低、沉降大的特点，需要 地基加固处理后才能作为码头堆场使用。高真空击密加固法作为近年发明的专利加固技 术，以其在地基加固方面的特点，在曹妃甸煤码头续 建工程堆场吹填土地基加固试验区得到采纳。1高真空击密加固法简介1.1高真空击密加固法的机理高真空击密加固法是采用真空泵井点降水+强夯 的快速

3、加固软土地基专利技术。本加固法通过调整高真空排水与变能量击密的施 工参数，反复夯实土体，使被加固土体内的自由水， 通过高真空在插管附近形成的负压源和强夯形成孔隙 水正压的双重作用下，经强夯夯击能的作用下产生的 土体微细裂隙，将孔隙水排至加固区外，从而实现土 体孔隙的减小、地基压缩、土体强度增加的加固目的。 1.2高真空击密加固法的特点采用本方法加固地基时，强夯夯击能将在夯击能 的影响范i韦i内产生孔隙水圧力；高真空降水在插管周 闱形成一个负压源，这样两个压力源进行壳加，增大 了孔隙水排出的水力梯度；同时，夯击能的作用将在 地基土中产牛.微细裂隙。有效加速地基土的排水，加 速地基土的固结、缩短施

4、工工期是该方法的特点之一。 其二，通过强夯，可以在加固土体一定深度范围内， 形成超固结的土层，对大幅提高地基的承载力具有重 大意义。超固结土层的存在，一方面增大了表层所受 荷载的扩散范围，同时超固结土层实质上是增大了表 层土一定深度范围内的土体刚度，在对上部附加应力 扩散时，会产生“拱”作用，从而，对降低深层地基 的后期压缩，将产生积极作用。1.3高真空击密加固法的施工方法高真空击密加固法施工时，首先在被加固区域周 围开挖排水沟，作为排出水体的排水通道，然后在加 固区内插设排水管,排水管一般分为深管和浅管两种, 深管和浅管分别通过不同的排水管路连接到真空泵 上。插入地基的排水管在加固场地成排布

5、置，两排排 水管之间布置夯点，所以排距应大于夯锤直径，以保 证强夯过程与降水过程能够同步实施，切实充分利用 强夯止压与真空降水负压的叠加，加速地基固结。真 空降水存在加固区周围的地下水补充问题会影响到本 方法加固地基的加固效果，在加固区周圉设置一排至 多排封管，是保证地基加固效果的基本要求。2高真空击密加固法应用2.1试验区情况曹妃甸煤码头陆域采用吹填方式形成约360万 亦的码头陆域，作为码头-期陆域及翻车机房、续建 工程堆场用地。吹填造陆的吹填料源以粉细砂为主， 含部分粘性土，由此，吹填形成的陆域中，部分平面 区域为十分软弱的地基，给经加固后，提供高承载力 的堆场地基带来困难。为了给大面积施

6、工开展提供技术参数，选择了 75mx 100m的高真空击密试验区，试验区地质情况如 下：吹填土深度范围为+4.2m-1.0m, 土层分布： +4.2m+3.6m为松散粉细砂，标贯击数69击； +3.6m+3.0m为淤泥及淤泥质粘土，流塑，标贯自沉; +3.0m+0.4m为松散稍密的粉细砂，标贯击数5 16击；+0.4mo.lm为淤泥及淤泥质粘土，流塑，标 贯自沉；0.1m1.0m为松散粉细砂，标贯击数6击。 -1.0m以下为海相沉积的粉细砂，密实极密实。地下水位+4.0m。2.2试验区布置抽真空设备：12台，约625n?/台。每台真空泵 采用16马力的柴油机（zs1115型）驱动、真空设备 型

7、号sk6。插管：施工区域外围设封管，封管离施工区域边 线4米，井点管长4米和6米，点距1.75米，间隔布 置；单排水真空降水管，排距7米，管长4米，点距 3.5米；双排水真空降水管，排距7米，管长46米, 点距1.75米，间隔布置；插管直径40mm,镀锌管。 夯锤：10t151,直径 2.20m2.25m。一遍夯：夯点间距3.5mx7m,击数810击， 夯击能1500knmo二遍夯：夯点间距3.5mx7m,击数1012击， 夯击能2500kn mo普夯：满布搭接,锤印搭接1/4, 500 kn m1200 knmo单排管图1排水管与夯点相对位置图二遍夯血单（双）排管布置在夯点间。如图1。次夯击

8、。夯击时，设备在双排管之间，沿着双排管方 向强夯作业，夯击过程中，双排管排水作业保持连续。 两遍夯击完成后，拆除双排管，进行普夯。3应用效果分析3.1监（检）测项目布置为了动态控制施工过程、确定地基的加固效果， 在试验区布置了必要的监（检）测项目。监测项目包 括地表沉降、孔隙水压力k1k3、水位监测s1s3； 检验项目包括施工过程中各遍夯表层软粘土含水率测 定、加固后标准贯入试验j1j3、加固后浅层平板载 荷试验项目b1b3。izqk1a3k2 b3% j3b2qd s1s3s2j1 b1loo图2监（检）测项目平面布置图孔隙水压力布説在夯点间，以掌握各遍夯击后孔隙水压力的消 散情况，确定各遍

9、夯之间的间歇时间。基于场地地质条件、高 真空击密过程中不同排的排水管内真空度的差异性，为了使孔 隙水压力消散过程均有代表性，埋设的3组孔隙水压力仪器， 其位置分别在不同排的水平排水管的中部。监（检）测项h平 面、断面布置如图23。水位管2.3试验区施工过程试验区位置地下水位标高为+4.（）m,而试验区地 面标高为+4.2m,地下水位很高，为了加快地下水下 降速度，首先在试验区周围开挖排水沟，排水沟深度 1.5m,加速地基土自山水的排出，同时，试验区排水 管插管，深插管和浅插管分別与不同的水平排水管连 接，并连接到真空泵上，单排管为浅管，双排管是深 管和浅管交替布置，管间距相当于浅管间距的一半。

10、 当降水深度满足强夯施工要求后，拆除单排管的水平 管和插管（见图1）,开始强夯。强夯前先进行试夯， 根据试夯结果，一、二遍夯均釆用分两次夯击的施工 工艺，每次夯击完成后，夯坑填山皮土，再进行下一孔隙水期头1 +3.0/1#厶 1.q/2#aloq#.-3.0/4#加 0/5#图3监测项目断面布置图fig. 3 section arrangement of monitoring equipement3.2高真空降水在加固过程中的效果分析3.2.1强夯施工前的降水效果强夯施工前高真空降水过程实测水位降低值 时间关系曲线如图4。3.01-降低值<m)图4强夯前水位降低值时间关系曲线由图4,强夯

11、施工前，历时九天，地下水位下降 了 2.1m,在场地含有两层软土夹层的情况下，降水效 果仍然十分明显。经高真空降水作业后，地基的地下 水位满足了强夯施工的基本要求。3.2.2强夯施工过程的降水效果根据强夯过程的孔隙水压力观测结果，以k1组 孔隙水为例，其孔隙水压力时间关系曲线如图5。静水圧力，其压差为023.2kpa,可见，高真空降水 的高真空作用，可明显增加地基土体的排水水力梯度, 对加速强夯过程中形成的超静水压力消散起到重要作 用。试验区强夯施工过程的实测水位降低值时间 关系曲线如图6。图6中强夯期的水位观测值为连续观测的水位值 峰值，可见，由于强夯的动力作用，水位也相应升高, 其观测结果

12、与图5孔隙水压力情况基本一致。强夯施 工中，一般要求地卜水位在地面以卜不小于2.0m,过 高的地下水位将降低强夯的夯击效率。在本工程中， 试验区位置是2006年吹填完毕的，但是，试验区所代 表的区域，山于吹填过程的水力分选作用，形成了较 厚的软粘土夹层，导致此种地质条件下的地基地下水, 经过长达四年时间仍然没有降低，对于此类土质，高 真空降水+强夯的施工工艺有效保证了强夯施工的顺 利实施，对保证地基加固质量、提高地基处理速度， 有效缩短工期起到了关键的作用。u (kpa)120100806010200-2005101520253035十3m 一 十lm -aini 3m 5mt(d)40降低值

13、()>图5 k1组孔隙水压力ut关系曲线山图5,在被加固地基中存在两层软粘土弱透水 层的情况下，宙于强夯和高真空降水作用，经历13 天，li强夯产生的超孔隙水压力即全部消散完毕，高 真空降水在强夯过程屮，对超静水压力的消散，加速 效果明显。强夯过程中，间歇期孔隙水压力分析如表1。表1强夯间歇期孔隙水压力与静水压力对比table i pore water pressure and hydrostatic pressure of dynamic compaction intermission标咼u静水压力压力差(m)(kpa)(kpa)(kpa)34.82222.51-5.417.7823.

14、224.937.7812.9357.757.780.0569.477.788.4由表1,由于高真空降水，在插管周围形成了明 显的负压，实测孔隙水压力值小于根据静水位换算的图6强夯施工过程中水位下降值时间关系曲线3.3地基加固效果分析331地基压缩量试验区加固深度范围为+4.2m经对每遍 夯加固前后lomxlom方格网观测，再考虑夯点的夯 坑体积，一遍一次有效压缩291mm, 遍二次有效压 缩130mm,二遍一次有效压缩278mm,二遍二次有 效压缩122mm,考虑到强夯前高真空降水引起的沉降 量40mm,总有效压缩861mm。按照加固深度为5.2m 计，地基土压缩率为16.6%,高真空击密消除

15、地基沉 降明显，对有效降低使用期沉降起到关键作用。3.3.2软粘土含水率在强夯过程中，在试验区内随机选择了三个位置 进行了表层软粘土取土含水量试验，试验结果见图7。 由图7,经高真空击密地基加固，每次夯击，软土层 的含水率都有明显降低。加固结朿后，该层土的平均 含水率由加固前的39.0%降低到了 23.04%,平均降低 了 45.2%。软粘土采用单纯强夯的地基处理方式，其 含水率往往降低不明显，可见，高真空击密加固法对软粘土加固效果显著。p (kpa)图7强夯施工过程中含水率时间关系曲线(2) 采用强夯过程中同时进行高真空降水的施 工方法可有效减少孔隙水压力的消散吋间。(3) 采用高真空击密加

16、固法加固地基，地基圧 缩、地基承载力提高明显，尤其对软粘土夹层加固效 果十分显著，达到了单纯强夯无法达到的效果。3.3.3地基地表承载力地基加固后采用0.5n?的方板进行了一组载荷板 试验，b1b3三个位置表层载荷试验结果如图8o由载荷板试验结果，bl、b2、b3承载力特征值 分別为281kpa> 328kpa、328kpao按照规范囚要求确 定地基的承载力特征值为fak=312kpa0参考文献：1徐望.预置式“高真空击密”软地基处理方法pj.中华人民 共和国国家知识产权局，专利号：20()910()45481.7.2jgb50007-2002,建筑地基基础设计规范sj.3jjtj270-97,港口工程地质勘察规范|s.图8 b1b3载荷板试验ps关系曲线3.3.4地基土不同深度容许承载力为了确定地基深层加固效果，地基加固后进行了 j1j3三个孔的标准贯入试验，市试验结果，按规范 确定不同深度土层的容许承载力见表2o表2加固后不同深度土层容许承载力标高(m )(r) (kpa