管井降水結(jié)合高真空擊密法在吹填土路基處理中的應(yīng)用

王 淼

（唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

近年來(lái)隨著沿海地區(qū)建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，現(xiàn)有的建設(shè)用地已不能滿足需求，通過(guò)填海造地已經(jīng)很好地解決了這一問(wèn)題，但是吹填土含水量大、壓縮性高、透水性差、強(qiáng)度低，地基承載力往往達(dá)不到預(yù)期要求，嚴(yán)重影響沿海地區(qū)的工程建設(shè)。目前來(lái)說(shuō)，充分利用沿海地區(qū)的填海軟土地基，對(duì)不能滿足使用要求的填海軟基進(jìn)行加固處理，使其承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 兩種路基處理方法原理及效果分析

1.1 管井降水

1.1.1 管井降水原理

管井井點(diǎn)降水法就是在施工場(chǎng)地內(nèi)，每隔一定距離設(shè)置一個(gè)井管，每個(gè)井管內(nèi)安裝一臺(tái)抽水泵或幾個(gè)井管合用一臺(tái)抽水泵，每個(gè)井管同時(shí)抽水時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)地下水位得到降低，從而土體固結(jié)，強(qiáng)度逐漸提高。優(yōu)缺點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，沉降穩(wěn)定、均勻，但沉降延續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)，很難滿足工期的要求[1-2]。

1.1.2 管井降水效果

管井降水法具有較多優(yōu)點(diǎn)：除了不需集水管而直接采用單井單泵，各降水井井口高低不受其他降水井的限制，降水井位置能靈活布置外，還具有施工簡(jiǎn)便，易于操作，能有效改善工作條件，減少施工噪聲，適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用已形成了一定規(guī)模。

1.2 高真空擊密

1.2.1 原理

高真空擊密法是由我國(guó)自行研究發(fā)明的一種快速處理軟土路基的新技術(shù)，其降排水機(jī)理是通過(guò)數(shù)遍的高真空壓差結(jié)合數(shù)遍相應(yīng)變能量的強(qiáng)夯擊密達(dá)到降低土層含水量、提高密實(shí)度和承載力、減少路基工后沉降和差異沉降量的目的，通過(guò)快速高真空排水—擊密多遍循環(huán)，兩道工序的有機(jī)結(jié)合與相互作用，形成了該法的獨(dú)特機(jī)理[3-4]。

1.2.2 效果

該方法通過(guò)數(shù)遍高真空擊密制造“壓差”排水，并結(jié)合數(shù)遍合適能量擊密，巧妙地解決了軟土超孔隙水壓力消散及強(qiáng)夯容易使軟土形成“彈簧土”等關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)人為在土層中制造的“壓差”來(lái)快速消散超孔隙水壓力，使軟土中的水快速排出，大大縮短了施工工期。由于采用高真空排水，使擊密效果大大提高，從而使被處理土體形成一定厚度的超固結(jié)“硬殼層”，減少了因荷載不均勻產(chǎn)生的不均勻沉降，而且在大面積施工過(guò)程中，可以根據(jù)不同的土層地質(zhì)條件，隨時(shí)調(diào)整真空管和臥管的間距，可操作性強(qiáng)。

2 工程實(shí)例

曹妃甸工業(yè)區(qū)起步區(qū)污水處理廠（北區(qū)）位于曹妃甸工業(yè)區(qū)唐曹高速和新城北路交叉口西北角，擬建場(chǎng)地位于曹妃甸淺海填筑區(qū)，原為渤海淺海，地形地貌較簡(jiǎn)單。試驗(yàn)區(qū)場(chǎng)地的地質(zhì)條件復(fù)雜，由于吹填過(guò)程中吹填砂對(duì)原場(chǎng)地的淤泥的推擠作用，使得場(chǎng)地內(nèi)土層分布很不均勻，且地下水位較高，給地基處理工作帶來(lái)很大的困難。

2.1 場(chǎng)地地層構(gòu)成

地層主要有第四系Q4ml人工堆積層，全新統(tǒng)淺海相沉積層 Q4m。巖性表層主要為沖填土和雜填土，上中部主要為粉土和粉砂，局部為粉質(zhì)黏土、黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、軟粉質(zhì)黏土，下部主要為粉土、粉質(zhì)黏土和粉砂，局部為淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥。根據(jù)其時(shí)代、巖性和物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的差異可將勘探深度內(nèi)的地層分為3個(gè)工程地質(zhì)層，各工程地質(zhì)層又細(xì)分了亞層，各層具體描述如下。

①1層沖填土（Q4ml）：層頂埋深0.00～0.50 m，層頂標(biāo)高3.59～3.93 m，厚度2.00～4.50 m。淺灰、黃灰色，松散，飽和；以粉砂為主，含少量貝殼碎片和腐殖物，局部與粉質(zhì)黏土互層。接近地表，分布連續(xù)。該層土為人工吹填形成，固結(jié)時(shí)間短，欠固結(jié)，工程性質(zhì)極差。

①2層沖填土（Q4ml）：層頂埋深0.00～0.4 m，層頂標(biāo)高3.7～3.92 m，厚度2.50～4.50 m。淺灰色，松散，很濕；以淤泥質(zhì)粉土為主，偶見(jiàn)云母，與粉質(zhì)黏土互層，局部夾土薄層，無(wú)光澤，搖震反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度和韌性低。接近地表，分布連續(xù)。該層土為人工吹填形成，固結(jié)時(shí)間短，欠固結(jié)，工程性質(zhì)極差。

①3層雜填土（Q4ml）：層頂埋深0.00，層頂標(biāo)高4.09～4.13 m，厚度 0.30～0.50 m。雜色，松散，潮濕；為山皮石，以碎石土為主，一般2～8 cm，局部有大塊石，一般40～60 cm，以粉砂和粉土充填，含少量黏性顆粒。位于地表，分布連續(xù)。該層土為新近人工填筑形成，固結(jié)時(shí)間短，工程性質(zhì)較好。

②1層粉砂（Q4m）：層頂埋深 2.50～8.80 m，層頂標(biāo)高-4.70～1.62 m，厚度1.20～7.40 m。淺灰、灰色，松散，飽和；不均勻，以石英、長(zhǎng)石為主，含少量貝殼碎片，局部與粉質(zhì)黏土互層，含粉質(zhì)黏土薄層。分布連續(xù)。該層呈中等壓縮性，工程性質(zhì)差。

②2層粉砂（Q4m）：層頂埋深 6.60～13.20 m，層頂標(biāo)高-9.10～-2.48 m，厚度1.50～6.70 m?；疑?，稍密，飽和；不均勻，以石英、長(zhǎng)石為主，含少量貝殼碎片，局部與粉質(zhì)黏土互層，含粉質(zhì)黏土和粉土薄層。分布連續(xù)。該層呈中等壓縮性，工程性質(zhì)較差。

②3層粉砂（Q4m）：層頂埋深 8.9～16.50 m，層頂標(biāo)高-12.61～-4.80 m，厚度1.20～6.80 m。局部未揭穿?；疑?，中密，飽和；不均勻，以石英、長(zhǎng)石為主，含少量貝殼，局部與粉土互層，含粉質(zhì)黏土和粉土薄層。分布連續(xù)。該層呈中等壓縮性，工程性質(zhì)一般。

②4層粉土（Q4m）：層頂埋深 2.40～9.30 m，層頂標(biāo)高-5.20～1.72 m，厚度1.10～6.60 m?；疑忻?，濕；不均勻，含云母及貝殼碎片，無(wú)光澤反應(yīng)，搖震反應(yīng)中等，干強(qiáng)度和韌性低。分布較連續(xù)。該層呈中等壓縮性，工程性質(zhì)一般。

②5層粉土（Q4m）：層頂埋深 8.10～16.50 m，層頂標(biāo)高-12.39～-4.26 m，厚度1.10～9.40 m。深灰，稍密，濕；不均勻，含云母及貝殼碎片，無(wú)光澤反應(yīng)，搖震反應(yīng)中等，干強(qiáng)度和韌性低。分布較連續(xù)。該層呈中等壓縮性，工程性質(zhì)一般。

②6層細(xì)砂（Q4m）：層頂埋深 3.10～11.00 m，層頂標(biāo)高-6.91～1.00 m，厚度1.20～4.40 m。淺灰～深灰，松散，飽和；不均勻，以石英、長(zhǎng)石為主，含云母。分布不連續(xù)，呈透鏡體狀。該層呈中等壓縮性，工程性質(zhì)較差。

②7層黏土（Q4m）：層頂埋深 12.50～17.10 m，層頂標(biāo)高-12.98～-8.39 m，厚度1.10～2.50 m?；液?，可塑；不均勻，有光澤反應(yīng)，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性高。分布不連續(xù)，呈透鏡體狀。該層呈高壓縮性，工程性質(zhì)一般。

②8層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4m）：層頂埋深3.40～16.50 m，層頂標(biāo)高-12.41～0.72 m，厚度1.40～7.30 m?；液冢魉?，稍有光澤反應(yīng)，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性中等。

②9層軟粉質(zhì)黏土（Q4m）：層頂埋深2.50～14.20 m，層頂標(biāo)高-10.08～1.61 m，厚度1.10～9.50 m?；液冢魉?；較均勻，稍有光澤反應(yīng)，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性中等。分布不連續(xù)，呈透鏡體狀。該層呈高壓縮性，工程性質(zhì)差。

②10層粉質(zhì)黏土（Q4m）：層頂埋深3.00～9.80 m，層頂標(biāo)高-5.70～-1.13 m，厚度1.00～6.60 m。深灰，軟塑；較均勻，稍有光澤反應(yīng)，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性中等。分布不連續(xù)，呈透鏡體狀。該層呈中等壓縮性，工程性質(zhì)一般。

土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

2.2 處理方案

根據(jù)該場(chǎng)地的地質(zhì)情況，針對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行管井降水高真空擊密法施工。主要目的是使承載力達(dá)到使用要求，基本消除高真空擊密處理深度（8 m）范圍內(nèi)的液化性，部分消除8 m深度以下砂性土的液化性，對(duì)于液化土層厚度較小，基礎(chǔ)埋深較小的區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)一步到位的處理，直接投入使用。

2.2.1 管井施工

設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，首先在場(chǎng)地邊界處打設(shè)一圈泥漿攪拌墻，隔斷場(chǎng)地外圍水，同時(shí)場(chǎng)地的密封墻外圍再挖一圈淺排水溝，主要是防止大雨在場(chǎng)地內(nèi)形成的積水。在處理場(chǎng)地按20 m的間距打設(shè)管井抽水，管井深度15 m，直徑約230 mm，正方形布置，井深全段為透水管，外裹120目濾布。

2.2.2 高真空擊密施工

（1）為了加強(qiáng)②4、②9、②10土層的排水，根據(jù)地質(zhì)情況，選用長(zhǎng)6 m的真空管，真空濾頭設(shè)在②4、②9、②10土層內(nèi)，表面出露約20 cm，全場(chǎng)滿鋪，間距3.5 m×4.5～5 m。

（2）擊密采用兩遍點(diǎn)夯，一遍滿夯。點(diǎn)夯夯點(diǎn)布置為5 m×5 m，正方形布置。第一遍夯擊能量為2 500～3 000 kN·m，擊數(shù)為6～8擊；第二遍夯擊能量為3 000～4 000 kN·m，擊數(shù)為6～8擊，具體參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)試夯后確定。滿夯能量為1 000～1 200 kN·m，每點(diǎn)擊數(shù)為1～2擊。

2.2.3 信息化施工與檢測(cè)

對(duì)地下水位、地面沉降、標(biāo)貫及靜探進(jìn)行監(jiān)測(cè)與對(duì)比，對(duì)各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)施工。

（1）選10個(gè)水位觀測(cè)點(diǎn)，在深井降水期間，監(jiān)測(cè)頻率為1次/3 d。

（2）選20個(gè)地面沉降觀測(cè)點(diǎn)，在深井降水期間，監(jiān)測(cè)頻率為1次/3 d；每遍強(qiáng)夯后，亦觀測(cè)一次。

（3）在深井降水至地表以下10 m和每遍強(qiáng)夯后，進(jìn)行一次標(biāo)貫和靜力觸探檢測(cè)。

（4）地基處理完休止期滿28 d左右后，由業(yè)主指定具有檢測(cè)資質(zhì)的第三方單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)載荷板試驗(yàn)，每10 000 m2一個(gè)點(diǎn)，標(biāo)貫試驗(yàn)每5 000～10 000 m2一個(gè)點(diǎn)。

2.2.4 處理效果分析

通過(guò)采用管井降水高真空擊密法對(duì)該區(qū)域吹填土路基進(jìn)行處理后，加固深度可達(dá)6-8 m，承載力大于120 kPa,頂面回彈模量大于30 MPa，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。

3 結(jié)語(yǔ)

管井降水以及高真空擊密兩種加固軟土地基的方法在曹妃甸地區(qū)已經(jīng)得到了較為廣泛的實(shí)踐應(yīng)用，但將兩者聯(lián)合用于處理軟土地基仍存在許多問(wèn)題有待完善。本文僅就兩種方案的結(jié)合提供探索性嘗試，希望為以后的吹填土路基處理提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

[1]龔曉南.地基處理手冊(cè)(第三版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]吳相山，周澤平，張靜,等.輕型井點(diǎn)降水計(jì)算公式的探討[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì).2008(18)：137-138．

[3]葉書(shū)麟.軟土路基處理工程實(shí)例應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[4]崔辛萍.真空降水結(jié)合低能量強(qiáng)夯在吹填土路基加固中的應(yīng)用[J].建筑施工，2005（4）：31-32.