加压式套管冲击排水强夯法施工技术在实际工程中的应用分析——以长江流域港口码头后方陆域堆场项目为例

◎ 徐磊 中交一航局第五工程有限公司

1.研究背景

长江是我国重要的黄金水道，横贯东西，辐射沿线多省市，覆盖全国近半数人口，自中央提出打造长江经济带以来，国家加大了对华中地区长江沿线工程建设的力度，长江沿线属古长江阶地，长江冲（沉）积地质条件，表层范围以粘土及淤泥质粘土为主，含水量高，天然承载力低，工程建设多要面对地基处理问题，本文以湖北荆州煤炭铁水联运储配基地一期工程陆域堆场软基处理为工程实例，以现场地质勘察资料为基础，通过理论分析，以及对施工现场的试验数据分析，对加压式套管冲击排水强夯法在本项目中的应用做出了研究。

2.工程概况及地质条件

湖北荆州煤炭铁水联运储配基地与新建蒙华铁路工程配套规划，是长江沿岸大型煤炭中转码头，旨在为长江经济带提供强大能源保障。该基地一期工程陆域堆场东西向宽876米、南北向长975米，该项目位于湖北省中南部的荆州市江陵县，紧邻荆江河段北岸，地势平坦，属长江冲积平原和四湖滨湖平原并列地带，区域内主要为村庄、农田、水沟、渠，局部分布有鱼塘，地层具有含水率大、压缩性高，天然承载力低的特点，陆域堆场需要进行软基处理。

根据前期钻探揭露，本区岩土层主要为第四系全新统冲积层（Q4al）、冲洪积层（Q4al+pl），岩土层自上而下可分为几个单元土体，分分别为①素填土（Q4ml），平均层厚0.37m；②粉质黏土（Q4al），褐黄色，软塑～可塑状，具中～高压缩性，强度低，平均层厚2.50m；③粉质黏土（Q4al），褐灰色，可塑状，具中～高压缩性，强度一般，平均层厚5.90m；④粉细砂（Q4al），灰色，松散～稍密状，具中等偏高压缩性，强度较低，平均厚度5.31m；⑤粉细砂（Q4al），灰色，中密状，强度较好，平均厚度7.83m。在第②、③粉质黏土（Q4al）内，局部又分布有淤泥质粉质黏土（Q4al），力学强度低，具高压缩性、高孔隙比、高含水量等特征。

3.工艺理论介绍

加压式套管冲击排水强夯法是一种新型的地基处理工法，它采用加压式大套管高效真空排水与强夯结合，根据场地的地质情况，针对整个场地先进行套管加压降水施工，多维度，深层次高效降低土体含水率，然后结合进行多遍变能量强夯，进一步促进土体排水，密实土体结构，有效提高地基承载力。

3.1 加压式套管排水

加压式套管冲击排水强夯法所采用的排水固结技术是大、小套管结合了加压强排的方法，施工时满场有规律的布置大、小套管及加压管，通过对大、小套管抽真空形成“负压”，实现多维度，多层面的排水，另一方面，加压管对土体产生侧向挤压，大气压对地基土产生竖向压力，强夯对地基土产生竖向冲击，应力扩散，形成半空间三维挤压，三者产生的挤压为“正压”，可密实土体结构，产生超孔隙水压力，使密闭的含水孔隙突破开，冲开细闭排水通道，促进真空“负压”排水，如此“正压”和“负压”的结合可加快消散超孔隙水压力，使软土中的水快速排出。

表1 平板载荷试验成果表

3.2 变能量强夯

根据地基处理的要求，满足锤底静接地压力值为前提，合理配置强夯锤，确定夯锤落距，以地基土体有效排水为前提，以夯沉量为控制标准，确定单点夯击数。强夯加固影响深度可以参考梅那公式：

式（1）中，α 为修正系数，取0.5～1；M为锤重，单位t；h为落距，单位m。为了避免盲目夯击造成土体破坏，需根据排水周期情况，强夯分几遍进行，夯击能先轻后重，变能量施工，循序渐进，在被处理土体表层形成一定厚度的超固结“硬壳层”，利用“硬壳层”的应力扩散作用，可有效提高地基承载力。

4.实施过程

根据本项目的地质勘察情况，结合本项目的工程要求，对于本项目的陆域堆场软基处理，设计采用了三周期降水和三遍强夯，施工工序如下：管网布置→第一周期降水→第一遍点夯→第二周期降水→第二遍点夯→第三周期降水→满夯→场地平整、验收。

值得注意的是，在第一遍和第二遍的点夯过程中，要持续真空降水不间断。

4.1 真空降水

根据原土层含水率及原始地下水情况，在陆域堆场范围布管后进行了三周期的套管真空降水，第一周期降水至地面下3m，第二周期降水至地面下5m，第三周期为地下水位巩固周期，加强前两周期的降水效果，降水周期控制在3～4d天左右。第一周期降水结束后撤走场地上覆真空膜，进行第一遍点夯施工，第三周期降水结束后，拆除所有管网，再进行满夯施工。

4.2 强夯施工

本项目设计进行三遍强夯，第一、第二遍为变能量点夯，夯点间距按5m×5m正方形布置，第三遍为满夯。第一遍强夯能量1500～1800kN·m，每点4～6 击，第二遍强夯能量2200～2500kN·m，与第一遍夯点呈梅花形布置，每点6～8击，具体参数根据现场每点的夯击情况调整，以保证夯坑周围无大变形隆起，净夯沉量不小于1.5m，且最后2击平均夯沉量不大于5cm为控制标准；满夯能量1000kN·m，每点2击，搭接1/4锤径。

设计的两遍点夯穿插在降水周期中进行，每遍点夯时，降水作业不间断的进行，且同步进行夯坑排水（若有）、夯坑回填、地下水位及土层中超孔隙水压力监测，夯坑回填完毕后，待上一次强夯作用在地层中产生的超孔隙水压力消散70%～80%后，且地下水位降至地表下设计深度时可进行下一遍强夯。

5.施工效果分析

5.1 施工后浅层载荷板试验结果

施工完成后，在研究区域内随机选取3点进行了浅层平板载荷试验，承压板尺寸1.5m×1.5m，预压荷载15kPa，预压5min，最大试验荷载300kPa，分10级加载，5级卸载，试验过程严格按照相关规范执行，试验数据如下表，可以发现，3处地基承载力均能满足150Kpa的工程设计要求，试验的最终沉降量均满足规范要求。平板载荷试验成果如表1所示。

5.2 结论

通过对加压式套管冲击排水强夯法的理论分析，结合湖北荆州煤炭铁水联运储配基地一期工程陆域堆场软土处理的工程实际施工情况，可以得到如下结论：加压式套管冲击排水强夯法在理论上是可行的，在本项目的实际应用中是有效的。经过处理后可显著看到，地基土体结构得到有效密实，地基承载力得到大幅的提高，有效的改善地基土的不均匀性，消除工程投产后可能产生过大沉降的隐患。

6.结语

综上所述，本项目的施工结果表明，加压式套管冲击排水强夯法施工工艺较成熟，用于加固长江流域冲（沉）积地质条件下的软土地基处理效果明显。希望在对本项目实测资料进行分析整理的基础上，能为今后类似工程的设计和施工提供经验参考。