真空降水联合强夯法在大面积吹填软土地基处理中的应用

吴峰，李莉，孙冰

（山东省交通规划设计院，山东 济南 250031）

0 引言

沿海港口建设往往伴随着填海造陆工程，需要大量填方土石料，而近海地区大都存在土石方缺乏的问题，结合港池航道疏浚吹填形成陆域正成为越来越多工程的选择。

吹填土一般具有以下几个特性[1]：

1）强度低：由于吹填土沉积时间短，在自重作用下固结尚未完成，仍于欠固结状态。一般而言，吹填土具有孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的工程特性。

2）均匀性差：由于吹填物质来源的不同及水力分选的作用，吹填土土性变化较大。

3） 含水量高：吹填区一般均位于河、海附近，吹填土与地表水的水力联系十分紧密，地下水埋深很浅。大多数吹填土天然含水量较高，一般呈软塑到流塑状态。

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基[1]。强夯法加固饱和软黏土地基的主要问题是强夯引起的超静孔隙水压力无法迅速消散而极易导致所谓的“橡皮土”现象[2]。此时，选择合理有效的排水措施尤为重要。真空井点降水技术是降低地下水位的常用措施，适用于渗透系数为0.1～20m/d的黏性土、粉质黏土和砂土地层[3]，周健等[4]较早提出将强夯与真空井点降水联合起来处理饱和软黏土地基，并取得了理想的效果。

本文结合潍坊地区某港口项目大面积吹填软土地基处理工程，针对场地地质条件，对采用真空降水联合强夯法加固浅层吹填土及原状软土地基进行了介绍。

1 工程概况

工程位于渤海的莱州湾西南端，山东省潍坊市寿光市羊口镇以东小清河河口。

本工程场区为第四系冲积地貌单元，受人工堆填影响，地面标高局部起伏较大，天然泥面标高-0.10～2.57m。经钻探揭露，场区地层自上而下可分为14层，分别为粉质黏土、粉砂、粉质黏土、粉砂、粉质黏土、粉质黏土、粉砂、粉质黏土、粉砂、粉质黏土、粉砂、粉质黏土、粉砂、粉质黏土，各土层含水量均在30%以内，无明显软弱土层，第一层粉质黏土在本工程范围内大部分缺失。在原状土上吹填港池疏浚土方形成港区陆域，吹填土为粉砂与粉质黏土混合土（以粉砂为主），厚2.23～4.9 m，土质松散，含水量较大，需要对吹填土和表层扰动土进行加固处理。

本工程地基处理面积约26.6万m2（不含预留堆场），设计划分为22个加固区，为保证降水效果，单个加固区面积控制在大约0.8～1.5万m2之间，地基加固分区如图1所示。

图1 地基加固分区示意图Fig.1 Sketch ofground consolidation partitions

2 设计要求

为满足堆场正常使用要求，堆场大面积地基处理需达到以下标准：

1） 加固后，地基表层承载力特征值不小于130 kPa；

2）加固后，地基表层回弹模量不小于40MPa；3）使用期内残余沉降量小于30 cm。

3 方案设计及参数

本工程工期较紧，考虑到工程所在地为潮间带，地下水位较高，吹填土含水量高，参照类似工程经验[5]，为提高夯能的吸收率，保证强夯加固效果，需要降低地下水位，为既能保证强夯效果，又能缩短时间，经综合考虑确定采用真空降水联合强夯法进行处理。

工程设计采用2遍降水、2遍点夯、1遍普夯的加固方案。

3.1 真空降水

吹填完成并整平后插设井点管和加固区外围封管，外围封管位于加固区外2.5～3.0 m处，深管在内，长6m，间距4m，浅管在外，长3m，间距4 m，深浅管交错布置。外围封管外侧设置排水沟。井点管浅管长3 m，间距4 m，排距7 m，深管长6 m，间距4 m，排距3.5 m，集水总管为双排管，分别接浅管和深管。连接管采用塑料透明管，便于观察水流。典型真空井点管剖面布置见图2。

图2 典型真空井点管剖面示意图（单位：m）Fig.2 Cross-section of typicalvacuum wellpointpipes（m）

第1遍降水：第1遍点夯前进行，井点管与总管及真空泵连接后连续抽水5～7 d，要求含水量低于30%且水位位于起夯面以下1.5 m后方可进行强夯施工，强夯期间外围封管保持抽水，个别妨碍强夯的井点管应拔除。

第2遍降水：第1遍点夯结束后重新插设拔除的井点管并连接，连续抽水5～7 d，第2遍降水要求孔隙水压力消散85%以上，含水量低于28%。

3.2 强夯

根据地基规范，考虑土层的局部不均匀性，单击夯击能选取2 000 kN·m，跳档夯，夯点间距3.5 m，正方形布置，击数6～8击；普夯夯能1 000 kN·m，击数4～6击，搭接1/3锤印。每遍夯完后进行推土机推平，并测量夯后标高和计算沉降量。

3.3 井点管及夯点布置

典型真空井点管及夯点平面布置如图3所示。

图3 典型真空井点管及夯点平面布置图（单位：m）Fig.3 Layoutof typicalvacuum wellpointpipesand temping points（m）

由图3可以看出，因井点管间距和夯点间距接近，施工中可有效减少井点管的重复拆除和插设作业量。

4 加固效果分析

4.1 标准贯入试验

强夯施工前后在处理区进行了标准贯入试验，锤重63.5 kg，落距76 cm。加固前后典型标贯试验结果见表1。

表1 加固前后标贯试验结果对比表Table 1 Results comparison of standard penetration tests before and after consolidation

由表1可以看出：

1）土层加固效果自上而下受夯能衰减影响而逐渐减弱；

2）强夯后0～6m深度范围内浅层土体，尤其0～4 m范围内土体工程性质显著改善，形成浅层硬壳层。

4.2 静力触探试验

强夯施工前后在处理区进行了静力触探试验，锥底截面积15 cm2，摩擦筒表面积300 cm2，锥角60°。加固前后典型静力触探试验结果见图4。

图4 加固前后静力触探曲线图Fig.4 Static sounding graphsbeforeand after consolidation

由图4可以看出：加固后0～7 m深度范围内锥尖阻力和侧摩阻力均有较大提高，尤其0～4 m范围内提高幅度超过100%，5～7 m范围内提高幅度相对较小，这与标贯试验结果基本一致。

4.3 浅层平板载荷试验

在强夯施工后进行了浅层平板载荷试验（采用0.5m2圆形刚性承压板），典型试验结果见图5。

图5 强夯后浅层平板载荷试验结果Fig.5 Shallow plate loading test resultsafter dynam ic compaction

从图5可以看出，加载至260 kPa（2倍承载力设计值），未出现明显陡降段，按照规范规定，可按s/b=0.01所对应荷载值150 kPa作为承载力特征值，由此可确定加固后浅层地基承载力大于130 kPa，达到设计要求。

4.4 回弹模量检测

加固后采用载荷板逐级加载卸载法对处理区进行了土基回弹模量检测，板后20 mm，直径30 cm。检测结果显示，地基回弹模量E值变化范围在40.85～50.45 MPa之间，平均值为44.72 MPa，满足不小于40MPa的设计要求。

4.5 工后沉降

工程沉降计算采用分层总和法，结合场区勘察资料，压缩层计算取值厚度为20 m，计算原地基（不含吹填土）总沉降量约为0.45 m，因场区地层基本为粉砂和粉质黏土，且粉质黏土中粉粒和砂粒含量高，施工期沉降基本可以完成。从地基加固前标高4.80 m，加固检测时测量场地标高4.10 m及强夯平均夯沉量0.50m推算，地基加固施工期完成0.20 m沉降，加上后续面层施工期完成的沉降，工后沉降满足小于0.30m的设计要求。

5 结语

1）本次工程实践将真空降水与强夯相结合，用于加固吹填软土地基，取得了理想的加固效果，大大缩短了工期，取得了良好的经济和社会效益。

2）真空井点降水一方面能够降低强夯施工前地下水位，降低浅层土体含水量，提高夯能吸收率，为强夯施工创造有利条件；另一方面能够加速强夯后超静孔隙水压力的消散，有效提高加固效率。

3）合理布置井点管和强夯夯点，尽可能减少井点管的重复拆除和插设作业。

4）考虑到吹填土的渗透性相对较好，在分区交叉施工，流水作业的情况下，第2遍点夯后（普夯之前）可不进行真空井点降水，不影响施工进度和加固效果。

[1] 龚晓南.地基处理手册[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2008.GONGXiao-nan.Foundation treatmenthandbook[M].3rd ed.Beijing:China Architecture&Building Press,2008.

[2]丘建金，张旷成.动力排水固结法在软基加固工程中的应用[J].工程勘察，1995（6）：7-10.QIU Jian-jin,ZHANGKuang-cheng.Application ofdynamic consolidation by drainagemethod in soft ground reinforcement project[J].Geotechnical Investigation&Surveying,1995(6):7-10.

[3]《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.Editorial Committee of Engineering Geology Handbook.Enginnering geology handbook[M].4th ed.Beijing:China Architecture&BuildingPress,2007.

[4] 周健，曹宇，贾敏才，等.强夯—降水联合加固饱和软粘土地基试验研究[J].岩土力学，2003，24（3）：376-380.ZHOU Jian,CAOYu,JIAMin-cai,etal.In-situ test study on soft soils improvementby the DCM combined with dewatering[J].Rock and SoilMechanics,2003,24(3):376-380.

[5] 朱胜利，王福春，刘宝发.高真空击密法在曹妃甸港煤码头吹填土地基加固中的应用[J].中国港湾建设，2011（5）：43-46.ZHUSheng-li,WANGFu-chun,LIUBao-fa.Use ofhigh vacuum compactionmethod to improveground ofhydraulic fill in Caofeidian Coal Terminal[J].China Harbour Engineering,2011(5):43-46.