某集装箱码头强夯和振冲加固地基检测结果分析

◎罗国伦 中交二航局第一工程有限公司

1.工程概况

该集装箱码头项目地基处理区域是用航道疏浚材料吹填而成，吹填面积达到60多万m，最大回填深度达到8m。吹填材料主要是细砂，有少量淤泥和粉土，部分区域存在较厚的淤泥粘土层。为达到设计要求，项目选用强夯处理细砂区域，振冲处理含较厚粉细砂区域。地基处理后，应满足下列要求：

（1）地基处理后深度0.6-8m CPT平均Qc值不小于10Mpa；

（2）动力触探击数得到提高，检测为密实；

（3）地基承载力大于等于150Kpa，测试荷载不小于300Kpa。

（4）表面0-1m深度的压实度不小于95%。

2.强夯

强夯是反复将夯锤提高到某一高度，然后自由下落。夯锤与地面接触时，产生强大的冲击和振动力，压缩地基材料，排出土颗粒间水份和空气，从而夯实地基，提高地基承载力。

2.1 强夯区地质材料

施工前钻孔取样和静力触探分析强夯区地质情况。通过钻孔勘察发现强夯区0-8m处理深度土质均匀，分布着以细海砂为主，有很少量粉土和淤泥的回填砂。结合室内检测结果，强夯区性能：中值粒径D0.5-1.1mm，小于0.063mm的颗粒含量3-8%，内摩擦角32-35°，变形模量Es 9.0-15Mpa，相对密实度60-80%，0-8m贯入阻力7.2Mpa。

2.2 施工设备

1）夯锤。锤重20t，直径为2.5m的圆柱体，水平静压力40Kpa。在夯锤中心附近设置上下贯通的排气孔，直径约30cm。

2）强夯机。强夯机为中化岩土CGE-400AF式履带式强夯机，自带脱钩装置，自动记录沉降。

3）推土机。回填施工使用的推土机型号为ty220型，用于夯后地面铲平。

2.3 技术要求

2.3.1 点夯击数与沉降量

采用夯击能3500KN.m，选定了3个点进行了沉降量测量。夯击次数与沉降量关系见图1。

图1 夯击次数与夯沉量关系图

通过观测分析，夯击能3500KN.强夯细砂8次后沉降量很少，强夯次数8次满足施工需求。

2.3.2 孔隙水压力监测结果

强夯区埋设了孔隙水压力观测孔，分别为K1，K2.俩组孔隙水位置距夯点距离分别为5m、8m。所测的检测数据表明，在3500KN.m夯击能夯击下，孔压增长幅度随夯点间距增加而减小。图2所示为距离夯点8米K1孔压观测点分别在4m、6m、8m深度处孔压增量和夯击次数曲线图。

由图2可知，在持续地夯击地面时，不同深度的孔隙水压逐渐增大。但在一定击数后，孔压变化减少并趋于稳定，稳定时对应的夯击数为最佳夯击数。通过不同深度孔隙水压测头压力分析，7-8击后孔压增量很小，因此可以判定强夯区在3500KN.m的夯击能下，夯击最佳次数为8次。在提锤时，观测到孔隙水压消散很快，结合多个项目经验，该项目点夯等待7天后再满夯。

图2 K1孔压增量与击数关系

结合沉降量和孔隙压监测分析，第一遍点夯夯击能3500kN.m，夯击间距为6m，落锤高度17.5m，点夯次数为8次，其中最后俩次沉降小于50mm。点夯过程监测孔隙压变化，消散间隔7天后进行满夯。满夯夯击能1500KN.m,夯击次数为2次，落锤高度为7.5m。满夯相邻的两个点重叠约1/4。

2.4 施工工艺

测放强夯位置→地面测量→施放3500 kN.m点夯位置→布置孔隙压监控设施→3500kN.m点夯→夯沉量和孔隙压监控→夯坑填料整平→间歇消散→地面测量→1500kN.m满夯→地面整平和测量→检测验收

3.振冲法

振冲是利用加压水和振冲器使其周围的砂土快速地饱和液化。液化后的土粒在重力、上部土层覆盖压力以及填料的挤压力作用下重新排列，地基变得更加密实。振冲挤密后的地基，地基承载力、变形模量和抗振能力得到提升。

3.1 地质条件和材料性能

施工前钻孔取样和静力触探分析强夯区地质情况。通过钻孔勘察和室内检测发现振冲区的土层分布：

0-3m和6-7m深度：回填细海砂为主，主要材料性能与强夯区材料相似。

3-6m深度：砂质粉土，局部区域有少量淤泥，土质较为均匀。材料成松散状态、饱和状态。变形模量Es 7.0-10Mpa，相对密实度40-60%。

7-8m深度：淤泥质粘土，材料成饱和流塑状态，有粉砂薄层。

3.2 施工设备

1）振冲器和控制台。振冲器是振冲施工中的主要设备，主要由振动体、潜水电动机、减震器、射水管总成、上接套、密封垫、高压胶管及导向管总成等组成。结合项目设计和施工要求选用ZCQ132型振冲器。

2）起重机。起重机选用中化岩土CGE-400AF式履带式强夯机用于提取振冲器。

3）水泵。水泵出口水压400-800kPa，流量20-30方/小时。

4）装载机。用于装运填料。

3.3 施工技术参数

1）振冲孔平面布置为正方形，间距为2.5m，振冲密实深度为8m。

2）水压保持在0.5MPa左右。

3）电源保持在380V，密实电流设置为60-80A，稳定电流值不小于密实电流值。

4）造孔速度，需要控制在1-2m/Min。

5）留振时间控制在15s左右。

6）回填材料选用吹填砂粒径0-5mm。

3.4 施工工序

1）设备就位。检查空载时振冲器水压、电压、电流值是否正常。

2）以1-2m/min的速度在土层中造孔。

3）达到设计深度，适当减少水压，清洗孔。

4）将回填砂堆放在振冲器孔口周围，同时加水振动使填料靠自重沿孔壁沉至孔底并挤密。

5）当电流升到密实电流时，将振冲器上提30-50cm，重复步骤（4）直至孔口。

4.地基检测分析

4.1 静力荷载试验

强夯区和振冲区各做一个荷载板试验，验证地基处理后承载力是否满足要求，试验最大荷载为300Kpa。试验按照设计要求进行。在测试区域放置75cm的测试板之前，将测试区域平整。液压千斤顶放置在测试板的中心。三个校准过的千分表安装在梁上，在安排好百分表后，进行短时间的快速预加载，产生0.5mm的沉降，然后释放。当表针停止转动时，表盘的读数重置为零。荷载以十个均匀增量（30Kpa）施加。每次负载增加和减少的保持时间为20分钟，最大测试压力保持1小时。每次荷载增加或减少后，立即记录沉降。每隔20分钟记录一次。最终得到的的应力和沉降关系如图3所示。

分析图3发现，沉降与荷载关系曲线表现出了直线的趋势，没有明显的陡降段和拐点。处于300kpa的试验荷载区域中，没有出现比例界限和屈服极限，表明强夯和振冲加固处理地基以后，承载力大于150kpa，符合设计要求。在相同荷载下，振冲处理区域的沉降小于强夯处理区的沉降，振冲区的回弹变形比强夯区变形略大。试验结束后强夯区残余变形为1.10mm，振冲区残余变形为0.68mm。

图3 强夯区、振冲区荷载和沉降变形关系图

4.2 动力触探检测

动力触探可用于评估地基承载力和密实度。动力触探使用钻孔设备进行，动力触探锤重63.5kg。振冲区和强夯区都进行了动力触探检测，施工前后检测孔位置在1m以内，具体检测结果见表1。

表1 地基加固前后SPT检测比较

分析表1数据发现，经过处理后的地基承载力和密实度都得到提高，消除了地基液化。强夯区加固效果随深度增加而减少，振冲区由于上层土覆盖应力较少，上层加固效果较弱。

4.3 静力触探检测

开展静力触探试验对地基土承载力和处理效果等进行科学的估算。地基处理前后在相同位置进行了静力触探检测。对试验结果分析发现：经过加固处理后的地基地基承载力得到显著提高。强夯区0-8m深度贯入阻力qc由7.2 Mpa提高到13.2 Mpa，提高83%；填料振冲区0-8 m 深度贯入阻力q c由5.1Mpa提高到16.4Mpa，提高220%；用填料振冲处理砂质粉土和淤泥质粘土地基后的性能高于强夯处理细砂的地基。

4.4 压实度检测

在地基加固后，强夯区和振冲区在不同深度进行密度检测，并取有代表性的样品进行室内击实试验。不同深度下强夯区和振冲区压实度见表2。

由表2数据分析，经过加固后的地基密实性得到很大提高。强夯加固后的地基，密实效果随深度增加减少；振冲加强后的地基表面密实效果不高，需要压路机进一步碾压密实。

表2 强夯区、振冲区加固后压实度统计结果

5.比较两种方法的适用性

（1)适用土类：强夯法适用于大部分土类地基。振冲法适用于砂基的振密，也适用于有粘性土的复合地基振冲置换。

（2）加固深度和效果：强夯法加固深度有限，夯击能3500KN.m时，处理地基深度在8米左右，加固效果随处理深度增加而减弱。振冲法加固深度不受能量衰减限制，但是表面0-1米范围内，由于土层薄，覆盖压力较少，表面处理效果较弱，振冲后表面需要碾压。

（3）施工效率：强夯法要考虑超静孔隙水压的消散，间隔时间7天，通过合理规划一台强夯设备施工效率900m/天。振冲区可以连续作业一台设备施工效率为200m/天。

（4）施工环境：强夯法处理地基需要考虑降排水，需要重视地下水位。夯锤在降落与地面接触时会产生强大的冲击波，导致夯点附近震动。地面的震动会对周围建筑物造成危害，同时产生一定的噪声公害。振冲法对地下水位要求低，产生的震动小，但是它排出的泥浆需要处理好，不然污染周围环境。

（5）施工成本：强夯施工成本低，回填料振冲成本较高约是强夯法的两倍。

6.结语

根据以上检测结果的论述，强夯和振冲法处理砂类深基取得较好的效果，满足设计要求。结合地质条件和施工环境、成本等要素，项目地基加固处理以强夯施工为主。地基含有较厚粉土、淤泥质粘土或施工周围有结构建筑物的区域用振冲施工。本文的试验检测结果，可供相似项目参考。