快速夯实RIC 工艺在大型机场人工岛填海项目中的应用与研究

黄志文，李书瑭

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300461；2. 中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290）

0 引言

在大面积填海造陆项目中，常用的密实处理工艺有强夯法、分层碾压法及振冲密实法等，但以上工艺均存在不足之处：强夯法，振动影响范围广、施工噪音大、设备净空高，对施工边界条件要求较高，不适用于工况复杂区域施工；分层碾压法，一般分层厚度0.3 m 左右，施工效率慢，且不能与大规模一次吹填成型工艺相匹配；振冲密实法，设备净空高，对回填料黏粒含量有严格的要求等。本文以香港国际机场第三跑道填海工程（以下简称香港三跑工程）施工为例，阐述在复杂工况条件下，快速夯实工艺的成功应用。

1 项目概况

香港三跑工程位于香港现有机场北侧，香港口岸人工岛项目西北侧，回填区总面积约650 hm2，回填总量9200 万m3，主要采用砂或合规替代材料回填，少部分采用公众填料。回填区的地基处理主要采用水上排水板+陆上水泥搅拌桩、水上深层水泥搅拌、陆上深层水泥搅拌、振冲密实等方式。本工程回填施工分为砂垫层、砂垫层～-1.0 mPD（PD 为香港高程基准面）、-1.0～+2.5 mPD、+2.5 mPD 以上回填4 个阶段，其中+2.5 mPD 以上为陆上回填，要求相对压实度95%及以上。

2 工艺应用背景

香港三跑工程具备工程规模大、施工技术要求高、安全环保监管严等特点，是国际大型填海项目要求最高的项目之一。对于施工而言，限制条件主要体现在对设备净空高度、施工噪音以及工期等方面。在净空高度限制方面，由于毗邻的第二跑道处于运营当中，工程建设过程中，为保障航空安全，对施工设备的限制高度极为严苛，特别是临近二跑道附近区域限制高度在+7.1～+15 mPD。这在一定程度上决定了陆上回填密实工艺可选范围的局限性。

原设计文件要求陆上回填密实采用分层碾压，但0.3 m 一层的摊铺厚度与水力吹填工艺不匹配，且分层碾压需预留大面积的回填、碾压及检测等工序工作面，且工期也不能满足要求。为此，需结合机场边界条件，研究投入一种可与一次性吹填工艺相匹配的密实工艺。经项目团队调研、实地踏勘、典型试验等，逐项排除了强夯法及振冲密实法，最终选取快速夯实工艺作为陆上回填密实工艺[1-7]。

3 原理及特点

快速夯实原理为：液压缸将夯锤提升至一定高度后释放，夯锤在重力和液压蓄能器的共同作用下加速下落，落下后打击静压在地面上带缓冲垫的夯脚，再通过夯脚夯击地面，实现对地基土的密实处理。

与传统的强夯相比，其作用力峰值小，击打频率高，具有作用柔和的突出特点，有防扬尘、防飞溅的功能。与传统的表层碾压技术（压路机等）相比，其贯穿能力强而均匀，在基础处理中不易形成表层硬结，可在较大的深度范围内获得较均匀的密实度。

4 工艺施工

4.1 工艺流程

结合工艺特点，快速夯实施工流程及顺序如图1 所示。

图1 快速夯实流程图Fig.1 The construction flow chart of RIC

4.2 施工参数的设定

4.2.1 设备选型

香港三跑工程陆上回填密实处理厚度平均约4.0 m，查阅相关资料并经试验施工验证，选取的夯锤型号为HC 84（图2），对应夯击能为84 kJ，其中夯锤工作重量约12 t，配套采用SH 490 型挖掘机组合施工。表层碾压所选用压路机自重约18 t，最大激振力不少于200 kN。

图2 快速夯实机现场图Fig.2 Field photo of RIC

4.2.2 含水率的控制

香港三跑工程主要回填料为海砂、机制砂，砂料含泥量少于20%，根据实验室击实实验，砂料最佳含水率在11%～12%。现场施工时，为满足含水率要求，施工前安排洒水车或水泵洒水作业。

4.2.3 夯点间距

结合快速夯实机夯击能量及夯板尺寸规格（夯板尺寸分为1.0 m 及1.25 m 两种），夯点间距D 取2.5 m，夯点采用梅花形布置，分3 遍夯实（图3）。夯板尺寸的选择根据土质情况而定，对于含泥量低的海砂，夯板可选1.25 m 大尺寸，提高其夯击能的扩散效果。

图3 夯点布置图Fig.3 Layout plan of RIC points

4.2.4 夯击次数及表层压实处理

RIC 收锤标准（单个夯点的总夯击次数的确定）取决于最后三锤夯击沉降量，根据现场施工测量、统计，夯击次数达到50 击后，最后三锤沉降量少于30 mm。依据现场试验区施工检测结果，拟定的夯击次数为50 击，可满足地基检测验收的设计要求。

快速夯实施工后，现场留存的沉降孔洞，需采用推土机进行整平，并碾压密实。总碾压遍数为8～10 遍。

4.3 压实度检测

常用的压实度检测方法为灌砂法和核子密度仪法，这两种检测方法一次检测深度为0.3～0.5 m，对于深层密实处理回填土，需开挖检测断面，如需检测4 m 深度回填土，开挖工程量非常大，且面临后续回填后再处理的问题。因此需结合地质勘察方式，选用其他合适的检测方式及判定标准来检测深层地基土压实施工质量。

4.3.1 检测方式、方法

经过综合分析，本项目首次提出采用静力触探（CPT）作为质量检测验收方法。根据国外相关学术论述，CPT 锥尖阻力值qc可按照经验公式转为相对密实度。根据Jamiolkowski（1985）经验公式：

式中：Dr为相对密实度，%；qc为CPT 锥尖阻力值，t/m2；σ′v0为垂直有效应力，t/m2。

相对密实度不同于相对压实度，根据Lee and Singh（1971）的论述，相对压实度与相对密实度的相对关系可用式（2）表述：

式中：Dr为相对密实度，%；R 为相对压实度，%。

综合以上2 个公式，可得出相对压实度与CPT 的qc之间的关系，因此，理论上用CPT 来检测压实效果是否达到设计要求的压实度是合理可行的。

4.3.2 检测标准

设计要求相对压实度不少于95%，将数值代入上述公式后，可得出Dr=0.75，对应不同深度的qc值如表1 所示。

表1 不同深度qc 要求值Table 1 Required value of qc at different depths

在实际施工中，由于表层土的CPT 值检测偏差较大，为避免干扰检测值的合格判定，表层600 mm 采用常规的灌砂法检测相对压实度。

以此为理论依据，香港三跑工程密实工艺经设计变更后，政府部门屋宇署批准快速夯实的CPT 验收标准如表2 所示。

表2 CPT 验收标准Table 2 CPT acceptance criteria

4.4 工效分析

现场施工统计，快速夯实夯锤施工频率约20 锤/min，每个点50 击，单点夯击用时约2.5 min，考虑移机、定位等时间，单点完成夯实总时间5 min 左右，每小时完成夯点12 个。依据拟定的工艺参数，可得出工效为37.5 m2/h，按照每日有效作业时间14 h 计，每月平均工作25 d，单台设备月均产能可达13125 m2（按平均处理深度4 m考虑，对应处理工程量为52500 m3）。

5 检测结果分析

快速夯实工艺在正式投入施工前，项目团队在施工区域外及施工现场均进行了多轮次的试验施工，获取了大量相关数据参数，助推该工艺在香港地区得以首次用于工程实体，取得了突破性进展。

5.1 静力触探（CPT）及标准贯入检测（SPT）

试验施工阶段，按照施工前、第1、2 遍夯击后及最后碾压密实后分别检测，总检测次数为4轮，每一轮检测点位均设置在夯点形成的中心最薄弱处。

具体检测点位布置如图4 所示。

图4 检测点位布置图Fig.4 Layout plan of testing points

对CPT 检测结果进行分析，见图5，每一遍夯击后，+2.5 mPD 以上回填土的qc值均得到了有效提升，特别是第3 遍夯击后，表层1.0～2.0 m 深度的qc值提高4～8 MPa，提升较为明显，土壤整体强度得到了有效提高。

图5 试验阶段CPT 检测结果Fig.5 CPT testing results in trial stage

从图5 也可以看出，+2.5 mPD 以下qc值增长逐步减少，土壤强度增长逐步减弱，夯击能传递深度有限。

现场大范围施工后，从验收检测结果来看，基本与试验阶段一致，CPT 的qc值均基本满足验收标准要求，见图6。

图6 正式施工阶段CPT 检测结果Fig.6 CPT testing results in formal construction stage

SPT 作为辅助检测手段，主要用于试验阶段校核CPT 值是否出现大的偏差，进一步判定压实土的地质特性。同时，根据本项目回填土物理力学特性，通过对SPT 和CPT 数据的统计分析，推算适用于本项目的SPT 与CPT 之间的函数关系：qc=0.6N。

5.2 灌砂法（SRT）及核子密度仪法（NDT）

试验阶段，灌砂法及核子密度仪法用于校核CPT 及SPT 检测结果，采用逐层开挖，分层检测，见图7。

图7 SRT 检测断面设置示意图Fig.7 Schematic diagram of SRT testing section setting

经过现场检测，SRT 及NDT 检测结果进一步证实快速夯实工艺的处理效果可满足设计要求，不同深度范围内SRT 检测结果见图8。

图8 试验阶段SRT 检测结果分析Fig.8 SRT testing result analysis in the trial stage

现场大范围正式施工后，仅表层600 mm 采用SRT 进行检测，分两级进行，每级检测厚度为300 mm。相比原设计，检测数量大幅降低，检测进度可较好地满足场地交付验收要求。

6 结语

快速夯实工艺国内常用于道路补强等局部施工，在大型填海项目中尚未有具体应用，该新工艺在香港属于首次成功实施，为将来在香港和大陆推广应用提供很好的参考借鉴。

快速夯实工艺经过试验及现场施工的论证，选定的84 kJ 夯击能的RIC 设备，其有效处理深度可达4 m 左右，能与一次性水力吹填工艺相互匹配，极大地保障了现场施工进度。同时，由于其环保性能好、工效相对较高、成本节约等诸多优势，可应用于各种复杂工况条件下的地基土密实处理施工，能有效弥补强夯、振冲密实等对净空、噪音、振动影响及土质要求等方面的不足，具有较大的推广应用价值。