東營港某煉化廠區(qū)強夯地基處理研究

王桂林 陳亞杰 趙衍杰 李 朔 巴立秋

(東營市勘察測繪院，山東 東營 257091)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，沿海城市圍墾造田速度不斷加快，淺灘軟土、吹填土等地基處理加固技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)，對于地基處理的概念、技術(shù)、固結(jié)沉降分析等都提出了新的要求，地基處理技術(shù)逐漸從單一技術(shù)向多種技術(shù)組合綜合使用的形式轉(zhuǎn)變，并由此引申出多種新的技術(shù)手段[1]。東營港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)存在大面積吹填土，其天然含水率高、孔隙比大，壓縮性高、抗剪強度低，單一地基處理方法難以對其有效加固，通常采用夯實、擠壓等處理方法使土體產(chǎn)生壓力差，通過砂井、塑料排水帶等媒介建立通暢的排水通道，多種方式聯(lián)合作用使土體排水固結(jié)，目前吹填土常用的處理方法主要有強夯法[2]、高真空擊密法[3]、堆載預(yù)壓法等。強夯法具有成本低、工期短、技術(shù)簡單的優(yōu)勢，采用沉管砂樁、輕型井點降水與強夯法聯(lián)合的新工藝來加固地基，能有效發(fā)揮三者的優(yōu)點，在土體中形成良好的排水通道，有效解決孔隙水壓消散的問題[4]，現(xiàn)通過工程實例進一步佐證該工法的實效性，為今后類似的處理方案提供相關(guān)參數(shù)及經(jīng)驗。

1 工程概況及處理方案

1.1 工程概況

擬建工程為東營港某煉化廠區(qū)工程，建(構(gòu))筑物主要包括堆場、罐區(qū)、倉庫、集裝箱存放場和輔助用房等。項目場地為海邊圍墾灘地，地勢低洼，地表層為近5年堆填而成的吹填土，廠區(qū)吹填面積約10萬m2。根據(jù)勘察資料，自上而下地層主要有吹填土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土等，各土層的性質(zhì)如表1所示。吹填土主要為灰黃色粉土，含水率高，結(jié)構(gòu)松散，搖振反應(yīng)迅速，厚度2.0 m～3.0 m不等。吹填土下2.0 m下臥灰黃色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土軟弱層，呈軟塑～流塑狀態(tài)，厚度2.0 m～3.0 m。按照工程設(shè)計要求，需對地基進行加固處理，提高其承載力，減少工后沉降，要求處理后地基承載力特征值大于130 kPa，處理深度需深于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。

1.2 處理方案

單純的強夯法加固飽和軟土地基雖能在表層起到一定作用，但因超孔隙水不能有效排出，強夯所施加的能量幾乎全部被孔隙水吸收而不能起到加固作用，甚至?xí)鹪型馏w結(jié)構(gòu)破壞，形成“橡皮土”[5]，因而必須聯(lián)合其他地基處理措施才能有效加固地基。根據(jù)場地所在地區(qū)的地質(zhì)現(xiàn)狀，采用沉管砂樁、輕型井點降水與強夯法聯(lián)合的新工藝來加固地基。

表1 軟弱土層物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)地基處理深度要求，砂樁應(yīng)穿透淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，進入下臥層不少于0.5 m，砂樁樁長為8.5 m，樁徑400 mm。每個施工區(qū)沿東西方向進行輕型井點降水，井點豎向間距1.0 m，井點管直徑2.5 cm，總長4.5 m，端頭濾管1.0 m，排水管橫向成排布置，間距5.0 m。強夯前三遍為點夯最后一遍輕錘滿夯，其中第一、二遍夯點采用四邊形布置，間距 5.0 m，第三遍夯點采用與第一、二遍夯點錯落布置的方式，強夯布點圖見圖1，最后一遍為全場滿夯。

根據(jù)夯擊能的不同，在施工場地選取三塊試驗區(qū)進行試夯，其余試驗條件相同，各試驗區(qū)的單點夯擊能量如表2所示。

表2 單點夯擊能量

2 處理效果分析

2.1 夯坑沉降量分析

在不同夯擊能下每遍強夯后，對3個試驗區(qū)夯坑累計沉降量變化進行比較(見圖2)，可以看出，夯坑沉降量隨著夯擊遍數(shù)的增加呈現(xiàn)一定的減小趨勢，第一、二遍沉降量差別較小而明顯高于第三遍的沉降量，表明在經(jīng)過前一遍夯擊后，地基土已有一定程度的固結(jié)，強夯的側(cè)向擠壓作用，在一定范圍內(nèi)會對周圍土體有較大的影響；夯坑沉降量隨著夯擊能的增加呈現(xiàn)增大的趨勢，2 000 kN·m，3 000 kN·m夯擊能的夯坑沉降量大致相同而明顯大于1 000 kN·m的沉降量，表明在一定能級范圍內(nèi)夯擊能的大小可有效影響沉降量，當(dāng)土體趨于固結(jié)后，夯擊能的影響不再顯著。

2.2 力學(xué)指標(biāo)分析

對降水后夯擊前及夯擊后兩種原狀土樣進行了室內(nèi)土工試驗，對比主要土層的物理力學(xué)指標(biāo)(見表3)，從表3中可以看出，強夯后地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有了較大程度改善。

表3 主要土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

吹填土下的粉土層壓縮模量大幅提高，說明經(jīng)前期輕型井點降水及強夯，在4 m處左右形成了硬殼層，有效降低了該粉土層的壓縮性；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層含水率大幅下降，說明沉管砂樁作為排水通道使深層軟土中的自由水得以有效排出。同時，該層土的粘聚力下降幅度較大，說明黏性土的顆粒結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞，而孔隙水消散速度較慢使得黏性土的觸變性恢復(fù)較慢，短期內(nèi)不能顯著提高土體強度，也進一步說明黏性土地基在夯后需要一定時間的自然固結(jié)沉降才能有效加固。

2.3 淺層平板載荷試驗分析

將三個試驗區(qū)分為3組，每個試驗區(qū)在強夯點、夯點間各進行1個淺層平板載荷試驗，實驗采用圓形荷載板，面積1.5 m2，直徑1.382 m，施加最大荷載286 kPa。

根據(jù)荷載試驗p—s曲線(見圖3)，6個試驗點均未出現(xiàn)拐點，取沉降值s=0.01b(b為荷載板直徑取13.82 mm)所對應(yīng)的荷載，以此計算得到承載力結(jié)果見表4。

根據(jù)試驗結(jié)果可知，夯點處的加固效果略好于夯點間，但差別不大；第1試驗區(qū)的加固效果較差，說明1 000 kN·m的夯擊能不能滿足設(shè)計要求，應(yīng)適當(dāng)增加夯擊次數(shù)或提高夯擊能；第2,3試驗區(qū)的加固效果較好，2區(qū)加固效果略好于3區(qū)，從這個角度來說，強夯能越大加固效果未必越好，因此選擇適當(dāng)?shù)暮粨裟軐庸痰鼗浅Ｖ匾?，本場地適宜采用2 000 kN·m的夯擊能。淺層平板載荷試驗數(shù)據(jù)與夯坑沉降量數(shù)據(jù)分析結(jié)果基本一致。

表4 淺層平板載荷試驗承載力特征值

3 結(jié)語

東營港某煉化廠區(qū)擬建區(qū)域為軟土層，存在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，軟土沉降變形成為影響廠區(qū)后期運營的關(guān)鍵因素?；诂F(xiàn)場地質(zhì)條件，采用沉管砂樁、輕型井點降水聯(lián)合強夯法對軟土層進行加固處理，經(jīng)過夯坑沉降量分析、地層力學(xué)指標(biāo)對比、現(xiàn)場荷載板試驗可以看出，通過上述聯(lián)合法處理加固后，地基土的力學(xué)指標(biāo)有了較大程度改善，地基承載力得到顯著提高。

在本工程實踐中，不同的地基處理方法其作用各不相同，輕型井點降水解決了施工機械入場難、超孔隙水壓力消散慢的問題，對土層含水量的降低、固結(jié)速率的提高起到了重要作用；砂樁作為排水、排氣通道，使超孔隙水壓力能及時排出，加速土體排水固結(jié)，同時也起到置換作用，與土體形成復(fù)合地基，樁土共同受力能有效減小地基后期沉降量；強夯時夯擊能越大加固效果未必越好，選擇適當(dāng)?shù)暮粨裟軐Φ鼗庸绦Ч绊懞艽?，本場地適宜采用2 000 kN·m的夯擊能。