东营港某炼化厂区强夯地基处理研究

王桂林 陈亚杰 赵衍杰 李 朔 巴立秋

(东营市勘察测绘院，山东 东营 257091)

0 引言

随着我国经济的快速发展，沿海城市围垦造田速度不断加快，浅滩软土、吹填土等地基处理加固技术面临新的挑战，对于地基处理的概念、技术、固结沉降分析等都提出了新的要求，地基处理技术逐渐从单一技术向多种技术组合综合使用的形式转变，并由此引申出多种新的技术手段[1]。东营港经济开发区存在大面积吹填土，其天然含水率高、孔隙比大，压缩性高、抗剪强度低，单一地基处理方法难以对其有效加固，通常采用夯实、挤压等处理方法使土体产生压力差，通过砂井、塑料排水带等媒介建立通畅的排水通道，多种方式联合作用使土体排水固结，目前吹填土常用的处理方法主要有强夯法[2]、高真空击密法[3]、堆载预压法等。强夯法具有成本低、工期短、技术简单的优势，采用沉管砂桩、轻型井点降水与强夯法联合的新工艺来加固地基，能有效发挥三者的优点，在土体中形成良好的排水通道，有效解决孔隙水压消散的问题[4]，现通过工程实例进一步佐证该工法的实效性，为今后类似的处理方案提供相关参数及经验。

1 工程概况及处理方案

1.1 工程概况

拟建工程为东营港某炼化厂区工程，建(构)筑物主要包括堆场、罐区、仓库、集装箱存放场和辅助用房等。项目场地为海边围垦滩地，地势低洼，地表层为近5年堆填而成的吹填土，厂区吹填面积约10万m2。根据勘察资料，自上而下地层主要有吹填土、粉土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉质黏土等，各土层的性质如表1所示。吹填土主要为灰黄色粉土，含水率高，结构松散，摇振反应迅速，厚度2.0 m～3.0 m不等。吹填土下2.0 m下卧灰黄色淤泥质粉质黏土软弱层，呈软塑～流塑状态，厚度2.0 m～3.0 m。按照工程设计要求，需对地基进行加固处理，提高其承载力，减少工后沉降，要求处理后地基承载力特征值大于130 kPa，处理深度需深于淤泥质粉质黏土层。

1.2 处理方案

单纯的强夯法加固饱和软土地基虽能在表层起到一定作用，但因超孔隙水不能有效排出，强夯所施加的能量几乎全部被孔隙水吸收而不能起到加固作用，甚至会引起原有土体结构破坏，形成“橡皮土”[5]，因而必须联合其他地基处理措施才能有效加固地基。根据场地所在地区的地质现状，采用沉管砂桩、轻型井点降水与强夯法联合的新工艺来加固地基。

表1 软弱土层物理力学指标

根据地基处理深度要求，砂桩应穿透淤泥质粉质黏土层，进入下卧层不少于0.5 m，砂桩桩长为8.5 m，桩径400 mm。每个施工区沿东西方向进行轻型井点降水，井点竖向间距1.0 m，井点管直径2.5 cm，总长4.5 m，端头滤管1.0 m，排水管横向成排布置，间距5.0 m。强夯前三遍为点夯最后一遍轻锤满夯，其中第一、二遍夯点采用四边形布置，间距 5.0 m，第三遍夯点采用与第一、二遍夯点错落布置的方式，强夯布点图见图1，最后一遍为全场满夯。

根据夯击能的不同，在施工场地选取三块试验区进行试夯，其余试验条件相同，各试验区的单点夯击能量如表2所示。

表2 单点夯击能量

2 处理效果分析

2.1 夯坑沉降量分析

在不同夯击能下每遍强夯后，对3个试验区夯坑累计沉降量变化进行比较(见图2)，可以看出，夯坑沉降量随着夯击遍数的增加呈现一定的减小趋势，第一、二遍沉降量差别较小而明显高于第三遍的沉降量，表明在经过前一遍夯击后，地基土已有一定程度的固结，强夯的侧向挤压作用，在一定范围内会对周围土体有较大的影响；夯坑沉降量随着夯击能的增加呈现增大的趋势，2 000 kN·m，3 000 kN·m夯击能的夯坑沉降量大致相同而明显大于1 000 kN·m的沉降量，表明在一定能级范围内夯击能的大小可有效影响沉降量，当土体趋于固结后，夯击能的影响不再显著。

2.2 力学指标分析

对降水后夯击前及夯击后两种原状土样进行了室内土工试验，对比主要土层的物理力学指标(见表3)，从表3中可以看出，强夯后地基土的物理力学性质指标有了较大程度改善。

表3 主要土层的物理力学性质指标

吹填土下的粉土层压缩模量大幅提高，说明经前期轻型井点降水及强夯，在4 m处左右形成了硬壳层，有效降低了该粉土层的压缩性；淤泥质粉质黏土层含水率大幅下降，说明沉管砂桩作为排水通道使深层软土中的自由水得以有效排出。同时，该层土的粘聚力下降幅度较大，说明黏性土的颗粒结构遭到一定程度的破坏，而孔隙水消散速度较慢使得黏性土的触变性恢复较慢，短期内不能显著提高土体强度，也进一步说明黏性土地基在夯后需要一定时间的自然固结沉降才能有效加固。

2.3 浅层平板载荷试验分析

将三个试验区分为3组，每个试验区在强夯点、夯点间各进行1个浅层平板载荷试验，实验采用圆形荷载板，面积1.5 m2，直径1.382 m，施加最大荷载286 kPa。

根据荷载试验p—s曲线(见图3)，6个试验点均未出现拐点，取沉降值s=0.01b(b为荷载板直径取13.82 mm)所对应的荷载，以此计算得到承载力结果见表4。

根据试验结果可知，夯点处的加固效果略好于夯点间，但差别不大；第1试验区的加固效果较差，说明1 000 kN·m的夯击能不能满足设计要求，应适当增加夯击次数或提高夯击能；第2,3试验区的加固效果较好，2区加固效果略好于3区，从这个角度来说，强夯能越大加固效果未必越好，因此选择适当的夯击能对加固地基非常重要，本场地适宜采用2 000 kN·m的夯击能。浅层平板载荷试验数据与夯坑沉降量数据分析结果基本一致。

表4 浅层平板载荷试验承载力特征值

3 结语

东营港某炼化厂区拟建区域为软土层，存在淤泥质粉质黏土层，软土沉降变形成为影响厂区后期运营的关键因素。基于现场地质条件，采用沉管砂桩、轻型井点降水联合强夯法对软土层进行加固处理，经过夯坑沉降量分析、地层力学指标对比、现场荷载板试验可以看出，通过上述联合法处理加固后，地基土的力学指标有了较大程度改善，地基承载力得到显著提高。

在本工程实践中，不同的地基处理方法其作用各不相同，轻型井点降水解决了施工机械入场难、超孔隙水压力消散慢的问题，对土层含水量的降低、固结速率的提高起到了重要作用；砂桩作为排水、排气通道，使超孔隙水压力能及时排出，加速土体排水固结，同时也起到置换作用，与土体形成复合地基，桩土共同受力能有效减小地基后期沉降量；强夯时夯击能越大加固效果未必越好，选择适当的夯击能对地基加固效果影响很大，本场地适宜采用2 000 kN·m的夯击能。