加压式真空降水与强夯组合固结软土地基施工技术

胡星梅 丁邦高

(安徽水安建设集团股份有限公司,安徽 合肥 230601)

为减少软土地基对工程质量和安全的影响,应根据工程特点选择合适的地基处理方法。传统的软基处理方法单一,主要为真空预压法[1-2]、换填法[3]、强夯法[4]、水泥土搅拌法[5]等,可能造成处理效果不佳、工期长等问题。

在工程实践中,可将两种或多种方法结合,形成组合技术,确保软土地基施工安全、质量可靠。如李志坚[6]对PHC管桩+无梁板地基处理技术进行了研究,李春生[7]对水泥土搅拌桩与泡沫混凝土施工结合低能量强夯地基处理技术进行了研究,原杰斌等[8]对排水固结+超载预压方法进行了研究,徐红日等[9]对真空预压结合水泥搅拌桩法进行了研究。

本文通过安庆港中心港区长风作业区二期地基处理工程,介绍一种加压式真空降水与强夯组合固结软土地基施工技术。

1 工程概况

安庆港中心港区长风作业区二期工程场地为长江漫滩堆积侵蚀地貌,地基受力范围内主要土层从上到下依次是:①层杂填土,松散,稍湿,土质不均,场区局部分布,厚度0.50～5.50m,平均2.22m;①-1层素填土,以黏性土为主,结构较松散,土质不均匀,场区局部分布,厚度0.20～2.90m,平均1.26m;①-2层粉土夹粉砂,松散,饱和,稍密,土质不均,场区局部分布,厚度0.50～4.00m,平均2.10m;①-3层粉质黏土,松散,饱和,稍密,软—可塑,土质不均,场区局部分布,厚度1.20～3.30m,平均2.35m;②层淤泥质粉质黏土,饱和,软—流塑,高压缩性,厚度5.00～11.60m,平均8.08m;②A层淤泥质粉土夹粉砂,饱和,松散—稍密,该层场区大部分布,厚度1.00～7.30m,平均3.24m;③层粉砂夹粉土,饱和,土质不均,稍密,该层场区大部分布,厚度0.50～5.70m,平均3.30m;再往下为④层粉细砂,饱和,中密—密实,场区普遍分布。

场地分布多个小洼地、芦苇塘及沟渠,存有一定地表水。地下水主要为孔隙潜水、承压水。孔隙潜水主要赋存于场区①-1、①-2、①-3、②层中,承压水主要赋存于第②A、③、④、⑤层中,承压水含水量大且透水性好。孔隙潜水水位季节变化幅度在0.50m左右,承压水水头标高约等于长江水位标高。

安庆港中心港区长风作业区二期工程地基处理工程施工面积为99118m2,地下水排水困难,如不采取地基处理措施,将造成严重后果[10-11]。为确保工期和质量,以排水固结法与强夯法组合,形成加压式真空降水与强夯组合固结软土地基施工技术。

2 技术原理

通过传统井点真空降水方案,排出浅层不同土层中的地下水,使用点夯对土体进行初步强夯夯实。通过向土体输入压缩空气,促使地下水加快流入排水花管排出,紧接着进行高能量点夯,待土体应力消散后进行满夯,形成合格的地基,实现软基处理。

降水的过程中采用分级强夯进行土体加固处理,通过在排水管外加上保护套管,对排水管进行保护,防止强夯挤压土体对排水造成破坏,从而影响降水效果和效率。

3 工艺流程

3.1 平整场地,铺填砂料

在清理好的基顶层铺填50cm砂料,推土机配合装载机车整平、碾压,确保履带夯机平稳行走施工。

3.2 降排水管网布设

a.根据加压套管平面布置放线,确定各管线位置,并做好标志。

b.φ32浅孔井点排水立管布设。浅层井点排水立管采用PVC材质,管径32mm,底部2～3m范围内按间距100mm开孔,孔径10mm,间隔布置,开孔段采用防淤堵滤网包裹。采取长螺旋钻机成孔,成孔后及时下立管,深度为4～6m,交替布置。

c.φ160 PE深孔保护套管布设方法。套管外立管管径160mm,内立管管径32mm,长度10m,间距10m。内外管底部3～5m范围内按间距100mm开孔,孔径10mm,间隔布置,套管外露面采用防淤堵滤网包裹,采取长螺旋钻机成孔,成孔后及时安装。

d.埋设水位观测管,埋设原则每5000m2布置3根,记录原始水位及孔隙水压力。

e.排水立管施工完成后架设连接软管和集水总管及真空泵。排水管通过三通与集水总管连接,降排水管网布设见图1,套管大样见图2,降水管连接见图3。最后连接至真空泵。

图1 降排水管网布设示意图

图2 套管大样

图3 降水管连接

3.3 第一周期降水

水泵安装后,对水泵本身、密封连接件、管道和控制系统做一次全面细致的检查,合格后进行试抽水,试抽水满足要求后转入正常工作。降水期间每天对地下水位变化情况进行观测,以确定降水时间,一般连续降水6～8天。经观测管观测地下水位降至地面以下2.5m后进行第一遍强夯。

3.4 第一遍强夯

在强夯施工过程中,真空降水管继续进行真空降水。

根据方案,夯点布置为正方形,夯点间距为5m×5m(具体根据现场试验确定)。夯锤重量16t、直径2.4m。第一遍点夯夯击能量1800～2000kN·m。根据标识出的待夯点,夯机就位,夯点中心位移偏差应小于50mm,夯锤保持垂直,倾斜度不大于30°并校正夯锤落距。夯击过程中,记录每击夯沉量。强夯每点夯击满足设计要求,且满足最后两击平均夯沉量小于50mm时,完成对该夯点的夯击,平面布置见图4。

图4 真空管、真空套管、第一遍夯点平面布置 (单位:cm)

3.5 夯坑回填砂整平

第一遍强夯后,对形成的夯坑用砂回填,夯坑回填采用分层回填分层压实的方法,逐层回填至夯坑顶面并持续降水。

3.6 第二周期降水

第二周期降水开始增加增压措施,增压采用空压机施压,视真空泵出水情况逐级增加压力,最终增压恒压为0.7MPa,见图5。在第二周期降水过程中要加强对现场管网的巡视和维护,保证管网接头处的密封,如发现有漏气要及时用缠绕膜包裹密封,若有管材损坏要及时更换恢复,确保降水效果。

图5 加压式真空降水 (单位:cm)

3.7 第二遍强夯

通过水位观测管进行观测,待地下水位降至地面以下4.5m后撤出浅层井点管,进行第二遍强夯。第二遍强夯每点7击,夯点能量2200～2500kN·m,平面布置见图6。

图6 第二遍夯点平面布置 (单位:cm)

3.8 夯坑回填砂整平

强夯结束后,撤出排水系统,对套管位置处用二遍夯能补夯。最后用推土机将已强夯的区域推平后压实,并测量高程。

3.9 第三遍满夯

满夯夯击能量为800～1200kN·m,每夯夯击2次,夯机从施工范围一边开始退着施工,夯锤搭接不少于1/4,平面布置见图7。满夯结束后对夯后场地进行整平,并测量高程。

图7 第三遍满夯点平面布置

3.10 地基试验检测

采用静载试验或静力触探检测地基承载力是否符合设计要求。

3.11 既有建筑保护

施工现场如有既有建筑物时,应开挖减震沟,对建筑物进行保护,减震沟深度不小于2m,见图8。

图8 减震沟详图 (单位:m)

4 施工质量控制措施

4.1 降水施工

a.加压套管的管路系统应密封,严防漏气。

b.在施工过程中注意横管漏水,对水位严格测量达到要求后再进行强夯。

c.降水施工中,如发现井管失效,应采取措施使其恢复,如不能恢复应重新设置新的井管。

d.按设计要求分区设置水位观测井,埋设孔隙水压力监测计,施工过程中,每日早晚进行水位观测及孔隙水压力监测,并如实记录,分析指导施工。

4.2 强夯施工

a.施工前,应摸清强夯影响范围内是否有地下管线等设施,若有,应采取保护措施。

b.开夯前应检查夯锤质量和落距,确保单击夯击能量符合设计要求。

c.当出现以下描述的一种或多种情况时,应暂时收锤,加强此区域的排水,增加强夯遍数:

ⓐ最后2击平均夯沉量不大于5cm;

ⓑ达到设计要求的最大夯击次数;

ⓒ夯坑周围出现过大隆起。

d.在遇有淤泥、隆起等异常情况时,及时换填处理并进行补夯。重复以上步骤完成第一遍全部夯点的强夯。测量夯坑夯沉量和土体饱和度并记录。

e.要保证夯击间歇时间。工程中两遍夯击之间应间隔一定时间,间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散情况,通过埋设的孔隙压力监测计来确定间隔时间。一般时间间隔为6～8天,以保证土体的重新固结、有效提高其承载力。

5 效益分析

5.1 经济效益

相对传统复合地基法,采用本技术进行地基处理工程施工,在保证地基处理效果满足设计要求的前提下,投入的材料与设备少,节约了工程成本,提高了项目的直接经济效益。此外,本技术工艺成熟,可控性强,且施工工期短,项目综合管理成本低,能为后续工序施工争取宝贵的时间,间接经济效益较为显著。

5.2 社会效益

安庆港中心港区长风作业区二期工程地基处理工程采用加压式真空降水与强夯组合固结法,施工周期短,相应的项目管理成本低,为项目按期竣工验收提供了有力保障。

通过技术工艺解决软土固结排水问题,无须添加水泥类化学固化剂,节约材料成本,且对环境无污染,同时管网材料能回收,不留施工垃圾,符合国家倡导的安全文明施工、绿色施工、四节一环保等政策。

6 结论及建议

在安庆港中心港区长风作业区二期工程软土地基处理工程中,采用轻型井点和真空加压组合降水技术,提高了降水效率,通过高能量点夯、满夯进行软土地基处理,满足地基承载力要求,具有施工速度快、处理效果好、综合造价低的优势,为软基地基处理提供了有效的经验依据。