强夯-降水联合加固法在吹填土区的工程应用

李 广，蔡志刚

(浏阳经开区开发投资有限公司，湖南浏阳410329)

强夯法自20世纪60年代末由法国梅纳(Menard)技术公司首创后，因其效果明显、经济易行、设备简单、节约三材等优点，在工程界得到了广泛应用.强夯法对地基土质有一定的要求.一般认为此法特别适合于粗颗粒非饱和土和含水量不大的杂填土与湿陷性黄土，低饱和度的粘性土与粉土也可采用［1，2］.对于饱和软土，尤其是饱和软粘土，一般教科书或工程标准中均明确规定不宜采用或不能采用，因为目前工程实践中存在大量的失败工程例子，最典型的工况当属强夯过程中出现“橡皮土”现象［3］.近年来，通过改进传统的强夯施工工艺和增设竖向排水体等方式，工程界对强夯法应用于饱和软土地基进行了大量的理论和实践研究，但其加固效果和适用性仍存在争议.本文仅从工程实践出发，对强夯－降水联合加固法在吹填土区的工程应用做简要说明.

1 工程概况

1.1 工程地质

根据勘察报告，项目场地勘探深度内除表层吹填土外，其下地层为沉积形成的粉砂、粉土及粉质粘土，地质条件较好.吹填土以粉砂、粉土为主，粉砂砂质不纯，松散、湿，含粘粒及贝壳碎屑，局部夹粉粘;局部区域(如配套作业区)以粘性土为主，含大量粉粒及碎屑，局部夹粉土或粉砂;吹填土由于堆积时间短，具有含水量高、地下水埋藏浅、表层承载力低等特点，吹填层厚度大致在4～6m之间.拟建工程场地各地层物理力学参数指标见表1.首期封关口岸设施工程的地下水位高程在+3.0～ +3.5m 之间，1#、2#泊位工程的地下水位高程在+4.0～+5.0m之间.

表1 主要土层物理力学参数表

1.2 地基处理设计方案

曹妃甸保税区区域的下卧层为粉砂、粉土层，经现场标贯实验，粉砂、粉土层均为轻微液化土层，对于大面积的场地使用，影响不大.在地基加固设计中，原则上对冲填土层进行加固处理即可满足工程建设需要.

鉴于拟建工程区域地下水位较高，导致了吹填土的浅层承载力过低，夯机等大型机械设备无法就位，因而不宜直接采用强夯法进行地基处理.在强夯实施之前，必须采取措施进行工程降水.结合曹妃甸地区的工程建设经验和工程建设的经济实用性等多方面因素，设计采用强夯－降水联合加固法对拟建工程地基进行加固处理.根据吹填土的土质条件，采用不同的降水方式，针对以粉砂、粉土为主的吹填土，设计采用明沟排水方式进行工程降水;针对以粘性土为主的吹填土，设计采用真空降水方式进行工程降水.

1.3 地基处理目标

(1)针对以粉砂、粉土为主的吹填土，地基处理后吹填土顶面承载力［σ］≥150kPa;针对以粘性为主的吹填土，地基处理后吹填土顶面承载力［σ］=80～120kPa.

(2)吹填土顶面回弹模量E0≥30MPa.

2 施工工艺介绍

2.1 明沟排水+强夯

2.1.1 明沟开挖

明沟排水+强夯法包括明沟排水和强夯两个环节.在施工之前，选取典型地质区块进行明沟排水+强夯试验，以获取大面积施工的相关技术参数.试验中选取了两块面积均为3600m2(60m×60m)的区块，分别命名为A区和B区.在A区和B区四周设置明沟，明沟采用梯形状，沟底高程+2.5 m，宽1.0m，排水明沟开挖坡率为1:0.75，明沟汇水可就近排向A11河或海域.试验中要求地下水位降至+3.0m以下之后方可进行强夯作业.

图1 排水明沟断面图

针对A区，明沟排水主要靠地下水自身的渗透压力从四周排水沟自然排出.经过约70天的渗流排水，地下水位降至+3.0m.

针对B区，采用夯机低能量预夯、推土机碾压配合降水.经过3～5天的明沟排水和晾晒，吹填土表面硬度增强，可支撑夯机设备上去作业.为加快土体排水，采用600kJ的低能量进行预夯动力排水，点距为6～8m，每点2～3击，预夯结束，推土机随后跟进强力碾压3～5遍，经过5～10天的降水，B区地下水位降至+2.8m.

大面积地基处理时，明沟排水均采用夯机预夯和推土机碾压配合降水，以加快工程建设进度.

2.1.2 强夯施工

根据实验区块的实验参数，强夯工艺采用2遍点夯加1遍普夯，两遍点夯之间的间隔时间根据超静孔隙水压消散80%的时间确定.点夯夯能为2000kJ，夯点间距3.0～4.0m，每点8～12击，在夯击过程中遵循“少击多次、先少后多”的工艺，使夯击能与超静孔隙水压的消散速率相匹配，最后两击夯沉量按5cm进行控制.普夯夯能1000 kJ，每点2击，点与点之间搭接1/4锤径;然后采用激振力400kN的振动压路机进行碾压整平，振动碾压5遍(来回为一遍)，搭接宽度不小于30cm，相邻碾压遍间采用正交行驶方向交错碾压.

本方案中明沟排水与强夯交替进行，流水作业.地基处理每个分区面积约3600m2(60m×60m)，具体区块面积可根据现场降水效果进行调整;采用夯机预夯和推土机碾压配合降水时，预夯参数和推土机碾压遍数同样可根据降水效果进行现场施工调整.

2.2 真空降水 + 强夯［4，5］

真空降水+强夯法包括真空降水和强夯两个环节，两个环节交替进行，其地基处理施工工艺流程见图2.

2.2.1 施工前准备

对加固区域进行现场放样定位，确定处理范围.

在地基处理边界线外开挖排水沟，排水沟内水应及时排出.

埋设水位观测管，在地基处理过程中进行地下水位观测并进行记录，以确定初始地下水位和控制加固区域第一遍真空排水时间.

2.2.2 真空降水参数

真空系统包括卧管和真空降水管两部分.真空降水管采用Φ32的钢管，下部进水孔包裹尼龙漏膜，两层形成真空管.卧管采用Φ60PVC管.卧管与真空降水管之间采用内缠钢丝软胶管连接，连接的接头应严密.为防止滤网损坏，在真空降水管放入前，应认真检查，以保证滤网完好.

图2 真空降水+强夯法施工流程图

在地基加固场地内插设真空降水管.根据吹填土层的厚度进行深层和浅层真空降水管布置，深管间距3.0m*5.0m，长度6m，深管应插入下卧粉砂层，浅管间距3.0m*5.0m，长度3m.

真空降水管布置见图2.真空降水遍数为两遍，每遍排水时间约为7～10天.真空降水过程是信息化施工过程，在施工过程中需要根据排水情况调整真空管布置参数以及排水时间.

2.2.3 强夯参数

真空降水和强夯两个环节交替进行，每遍真空降水后进行一遍点夯击密，本方案共进行两遍点夯，点夯结束后进行一遍满夯.

点夯:点夯夯击能量1800kJ，夯点间距3.0～4.0m，击数8～10击，在夯击过程中严格遵循“少击多次、先少后多”的工艺，使夯击能与超静孔隙水压的消散速率相匹配.

图3 深、浅层真空降水管平面布置图

上述夯击能、夯点间距和击数均由现场试夯确定.

收锤标准:一般情况下满足最后两击夯沉量不大于5cm，鉴于本方案中处理的土层为饱和软土，允许最后两击夯沉量适当放宽，但总原则是:夯击时保证土层继续密实;夯坑周围不发生过大隆起.

满夯:满夯能量800kJ，击数2击，锤印相互搭接1/4锤径.

2.2.4 信息化施工

真空降水+强夯法的施工过程为信息化施工，在施工过程中对地下水位、地表沉降等进行监测，对各项监测结果进行详细记录和分析，及时了解场地加固效果，并根据监测结果来指导施工，调整施工参数.

3 结语

鉴于曹妃甸综合保税区吹填土具有堆积时间短、含水量高、地下水埋藏浅、表层承载力低等特点，采取有效措施进行工程降水是实施强夯方案的前提条件.针对以粉砂、粉土为主(土层含大量粘粒)的吹填土，采用明沟排水+强夯方案进行地基处理，施工过程中通过低能量预夯、推土机碾压等辅助方式配合降水，可大幅度节约降水时间，节约工期，在今后类似工程建设中值得鉴借和推广;针对以粘性土(土层含大量砂、粉粒)为主的吹填土，采用真空降水+强夯方案进行地基处理，通过真空降水，合理控制施工参数，减小土体饱和度，使饱和软土不宜强夯成为过去，有效拓展了强夯法的适用范围，同时由于采用真空降水，大大缩短了粘性土的两遍夯击的间隔时间，节约工期.此外，强夯－降水联合加固法夯击工艺的选择也在很大程度上影响地基的加固效果，在夯击过程中应遵循“少击多次、先少后多”的工艺，使夯击能与超静孔隙水压的消散速率相匹配.

［1］龚晓南.地基处理手册(第3版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［2］中华人民共和国建设部.JGJ 79—2002建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［3］郑颖人，陆新.强夯加固软粘土地基的理论与工艺研究［J］.岩土工程学报，2000，(1):18－22.

［4］武亚军，张孟喜，徐世龙.高真空击密法吹填土地基处理试验研究［J］.港工技术，2007，(1):43－46.

［5］中国工程建设标准化协会.CECS 279－2010强夯地基处理技术规程［S］.2010.