高真空擊密在粉砂粉土吹填地基處理中的應(yīng)用

王凱

摘 要：采用高真空擊密方案對(duì)吹填的粉砂粉土進(jìn)行軟土加固的地基處理，通過(guò)載荷板試驗(yàn)等檢測(cè)手段對(duì)比處理前和處理后的地基承載力，證明高真空擊密方法在粉砂粉土地基上有良好的應(yīng)用前景和效果。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯 疏浚吹填 降水 高真空擊密 粉砂粉土

1.引言

高真空擊密作為地基處理的一種有效方法已經(jīng)在眾多工程中進(jìn)行了實(shí)踐并取得可觀的經(jīng)濟(jì)和工程效益。高真空擊密從本質(zhì)上來(lái)講，應(yīng)該算是降水強(qiáng)夯的一種特殊形式，其原理是基于強(qiáng)夯法工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)飽和軟土進(jìn)行地基處理的一種新型排水固結(jié)法。即針對(duì)所要處理的軟土地基，通過(guò)進(jìn)行多次高真空擊密，在軟土地基中制造一定的“壓差”進(jìn)行排水，并通過(guò)施加多次相適宜的變能量擊密，降低土體水含量的飽和度，從而實(shí)現(xiàn)土體密度提升、承載力加大、地基差異沉降消除的目的。

據(jù)近年來(lái)的理論研究與工程實(shí)踐可知，高真空擊密法在以下軟土土質(zhì)的地基施工工程中具有適用性。其一，在以粉土類為主要土質(zhì)，且粉土顆粒多為粉砂與細(xì)砂，低于百分之三十含泥量或含有 0.5～1.0 米厚的夾層的軟土地基中可應(yīng)用“高真空擊密法”地基處理法進(jìn)行實(shí)踐操作。其二，當(dāng)軟土土質(zhì)的含泥量超過(guò)百分之三十且不高于百分之五十，需是適當(dāng)?shù)奶砑訐裘軘?shù)進(jìn)行實(shí)踐操作。其三，在含有一定淤泥或淤泥質(zhì)粘土的土質(zhì)中，需根據(jù)其夾層深度采取一定的方法進(jìn)行處理后，在應(yīng)用“高真空擊密法”地基處理法進(jìn)行實(shí)踐操作。其四，當(dāng)含泥量高于百分之五十時(shí)，需進(jìn)行分層預(yù)壓進(jìn)行具體操作，而其施工工期相對(duì)較長(zhǎng)（95 天左右）。

2.工程概況

某工程吹填材料主要為粉砂混粉土，成分以石英長(zhǎng)石為主，含云母及少量貝殼碎屑，混粉土，其主要物理指標(biāo)性質(zhì)見(jiàn)下表。

擬進(jìn)行地基預(yù)處理區(qū)的地層由上到下依次為：

吹填土層：粉砂夾粉土，主要物理指標(biāo)見(jiàn)表1。

原狀土層：①粉質(zhì)黏土：黃褐色，軟塑～可塑，局部夾軟塑狀薄層，土質(zhì)不均勻，含銹斑，切面光滑，韌性及干強(qiáng)度較高，搖振反應(yīng)緩慢。修正標(biāo)貫擊數(shù)平均值N=6.6擊，壓縮系數(shù)a1～2=0.380MPa-1，為中壓縮性土。該層廣泛分布于吹填前原場(chǎng)地的表層，厚度0.90～3.60m，層底埋深0.90～3.60m，層底標(biāo)高-2.95～0.78m。

②粉土：灰色，濕，稍密，局部相變成粉質(zhì)黏土，土質(zhì)不均勻，含粉砂顆粒，切面粗糙，韌性及干強(qiáng)度低，搖振反應(yīng)迅速。修正標(biāo)貫擊數(shù)平均值N=6.5擊，壓縮系數(shù)a1～2=0.380MPa-1，為中壓縮性土。該層局部分布厚度2.10～3.10m，層底埋深4.10～6.70m，層底標(biāo)高-5.37～-2.58m。

③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，流塑，土質(zhì)不均勻，夾淤泥質(zhì)粉土薄層，含少量粉砂顆粒，韌性及干強(qiáng)度較高。修正標(biāo)貫擊數(shù)平均值N=2.3擊，壓縮系數(shù)a1～2=0.516MPa-1，為高壓縮性土。該層分布連續(xù)，厚度1.40～15.10m，層底埋深4.10～17.50m，層底標(biāo)高-16.34～-2.15m。

④淤泥質(zhì)粉土：灰色，流塑，土質(zhì)不均勻，夾淤泥質(zhì)粉土薄層，含少量粉砂顆粒，韌性及干強(qiáng)度較高。修正標(biāo)貫擊數(shù)平均值N=2.8擊，壓縮系數(shù)a1～2=0.520MPa-1，為高壓縮性土。該層局部分布，厚度1.40～8.00m，層底埋深3.50～14.90m，層底標(biāo)高-13.22～-2.03m。

3.地基處理效果指標(biāo)

吹填、預(yù)處理完畢后，廠區(qū)地面標(biāo)高為5.40m。

對(duì)于砂區(qū)，吹填、預(yù)處理完成后，吹填土層承載力特征值fak不小于120kPa；對(duì)于泥料沉積區(qū)，吹填土層承載力特征值fak不小于80kPa。

吹填、預(yù)處理完成后，平均固結(jié)度不宜低于90%。

對(duì)于砂區(qū)，吹填土層經(jīng)預(yù)處理后壓縮模量不小于8MPa；對(duì)于泥料沉積區(qū)，吹填土層經(jīng)預(yù)處理后壓縮模量不小于4MPa。

4.地基處理方法

4.1 塑料排水板

吹填砂至吹填標(biāo)高+6m（MSL）開始插設(shè)塑料排水板，塑料排水板采用B型，間距1.3m×1.3m，長(zhǎng)度暫定為15m。

4.2 降水處理工藝：

本工程表層有5～6m厚的吹填粉土或粉細(xì)砂，吹填后含水量很大，地基處理的主要目的之一就是降低吹填層的含水量，提高密實(shí)度和承載力，故排水效果好壞是本工程成敗的關(guān)鍵，必須要設(shè)置有效的降水措施、排水措施，甚至隔水措施。

（1）降水系統(tǒng)。吹填結(jié)束后在場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置井點(diǎn)管、水平臥管，形成縱橫向的排水通道，即為本工程最主要的降水系統(tǒng)，通過(guò)降水系統(tǒng)降低水位和含水量。

（2）排水系統(tǒng)。為促進(jìn)場(chǎng)地內(nèi)的水迅速排出，在場(chǎng)地內(nèi)開挖縱橫向的排水溝，在處理場(chǎng)地四周開挖深的排水溝，一方面有助于場(chǎng)地內(nèi)水的排出，另外一方面還可以將處理場(chǎng)地與外圍吹填場(chǎng)地之間隔離，防止外圍吹填的水流到處理場(chǎng)地內(nèi)。

結(jié)合吹填后場(chǎng)地的土質(zhì)情況，插設(shè)3～4m井點(diǎn)管和6m井點(diǎn)管，在場(chǎng)地表層鋪設(shè)水平排水管，并采用連接軟管將水平管和井點(diǎn)管連接，開動(dòng)真空泵抽水。

（3）隔水措施。因?yàn)楸卷?xiàng)目的吹填和地基處理是交叉進(jìn)行的，如B區(qū)在降水強(qiáng)夯時(shí)，其他的區(qū)正在吹填，從而會(huì)導(dǎo)致處理場(chǎng)地內(nèi)的水位雖然有所下降，但周邊場(chǎng)地的水會(huì)進(jìn)行不斷補(bǔ)給，導(dǎo)致處理區(qū)降水效果不佳。

在地基處理邊界處僅有排水溝還不能起到完全阻止周圍水倒灌的情況發(fā)生，故還需要在吹填圍堰處設(shè)置隔水薄膜，在地基處理邊線處增加設(shè)置井點(diǎn)管作為封水隔水措施。

4.3 強(qiáng)夯參數(shù)

井點(diǎn)降水約4 ～ 6天后可以開始進(jìn)行第一遍強(qiáng)夯，暫定共2遍點(diǎn)夯、1遍滿夯。第一遍強(qiáng)夯能量暫定1800kN·m，3～6擊，第二遍強(qiáng)夯能量暫定為2500kN·m，4～6擊。最后進(jìn)行一遍滿夯，滿夯能量800kN·m，1～2擊，各夯點(diǎn)間要求搭接1/4，嚴(yán)禁少打漏擊的現(xiàn)象。

4.4 碾壓參數(shù)

滿夯結(jié)束后，在場(chǎng)地表層進(jìn)行碾壓處理，碾壓重疊寬度不小于1/2單輪寬度，縱橫交錯(cuò)碾壓，碾壓遍數(shù)暫定3-4遍，實(shí)際施工以能夠滿足要求為原則進(jìn)行調(diào)整。

5.施工監(jiān)測(cè)及試驗(yàn)類型

施工完成后的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：靜力觸探試驗(yàn)、地表沉降觀測(cè)。

靜力觸探試驗(yàn)：測(cè)試深度8m，強(qiáng)夯之前、第一遍點(diǎn)夯之后、第二遍點(diǎn)夯之后、滿夯之后在同一位置各測(cè)試一次。

地表沉降觀測(cè)：分別在吹填完成后、強(qiáng)夯之前、第一遍點(diǎn)夯之后、第二遍點(diǎn)夯之后、滿夯之后測(cè)量試驗(yàn)區(qū)標(biāo)高。

靜力觸探試驗(yàn)：

（1）處理前后對(duì)比。為了檢驗(yàn)試驗(yàn)區(qū)加固后吹填土層的強(qiáng)度增長(zhǎng)，在試驗(yàn)區(qū)區(qū)域布置了靜力觸探試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)靜力觸探曲線對(duì)比見(jiàn)圖2。

根據(jù)1#、2#點(diǎn)滿夯后的Ps值分別為4.899MPa和4.0312MPa可發(fā)現(xiàn)，處理后的2個(gè)點(diǎn)的靜力觸探結(jié)果較為均勻，滿夯后靜力觸探平均值為4.4651MPa，較試夯前平均增長(zhǎng)114%；處理后的平均Ps值較處理前提高約1.14倍，因此處理效果顯著。從靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表可以看出，吹填土層深度范圍內(nèi)，土體強(qiáng)度都有比較明顯的增長(zhǎng)，故有效加固深度至少到吹填土層底。

根據(jù)靜力觸探的結(jié)果壓縮模量Es計(jì)算值根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）表3-4-10查得，地基承載力特征值fak按《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）表3-4-6計(jì)算，分別有Es=13.72MPa， fak=146.7kpa

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出：處理后吹填土層的壓縮模量大于8MPa，承載力特征值大于120kPa，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

靜載荷試驗(yàn)：

S 1 #地基承載力特征值為120kPa；

S 2 #地基承載力特征值為120kPa；

S 3 #地基承載力特征值為120kPa。

據(jù)各測(cè)點(diǎn)土地基承載力特征值統(tǒng)計(jì)，因其極差不超過(guò)平均值的±30%，取其平均值120kPa為本場(chǎng)地土地基承載力特征值，滿足設(shè)計(jì)要求。

6.問(wèn)題和展望

高真空擊密適用于粉砂場(chǎng)地地基處理，密實(shí)效果明顯，可改善土層壓縮性，消除場(chǎng)地不均勻沉降，提高表層承載力。

高真空擊密作為地基處理的一種方法其施工工藝較為成熟，施工成果在很多工程上都有驗(yàn)證。高真空擊密工藝中降水效果和降水效率直接影響強(qiáng)夯的效果，也對(duì)施工成本有重要影響。因此在處理不同土質(zhì)地基時(shí)，因注意收集被處理土質(zhì)的各項(xiàng)物理化學(xué)參數(shù)，針對(duì)不同土質(zhì)建立降水管布置密度的數(shù)據(jù)庫(kù)，力求能針對(duì)不同的顆粒級(jí)配，不同的土層厚度等建立更加經(jīng)濟(jì)和高效的降水管布置方式。

針對(duì)吹填土進(jìn)行地基處理時(shí)，因吹填施工的工藝閑置，吹填土質(zhì)（顆粒級(jí)配等參數(shù)）隨距離吹填管口的距離有一定的規(guī)律性變化，對(duì)此應(yīng)該進(jìn)行分區(qū)處理，分區(qū)進(jìn)行試夯試驗(yàn)取得試夯參數(shù)，分區(qū)調(diào)整夯擊參數(shù)，以期加快地基處理效率，降低施工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]段雅琦.高真空擊密法地基處理方法的運(yùn)用探析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017， （32）：59.