吹填粉砂大面积地基平台强夯联合真空井点降水应用技术研究

陈俊涛，李玉坤，褚洪明

(中交四公局第十工程有限公司 北京市 101101)

0 引言

吹填粉砂土地基承载力较低、含水量高，难以直接用作建筑基础，需进行地基加固，地基加固处理常见的方法有：复合地基、堆载预压、换填垫层、加筋等[1-2]，上述加固方法处理常规软土地基具有较好的效果，但大面积吹填粉砂地基土含水量高、排水通道不畅，加固处理过程孔隙水极易在平台内部深层土积聚，形成饱和土。强夯法施工便捷、周期短、加固深度大，可用于处理粉砂土地基，通过强夯不仅可以使地基土体的强度和稳定性得到提高，还能够加大抵制土体液化的能力，但需重点解决降排水条件的改善和施工工艺的更新问题。

强夯加固高含水量吹弹粉砂地基需解决的关键问题是：强夯作用引起的超静孔隙水压力，短时间内超孔压若无法消散，将引发所谓的“橡皮土”。因此，强夯施工中选择合理排水措施尤为重要，真空井点降水是一种基坑工程中常用的降水措施[3]，当前已有工程技术人员将真空井点降水与强夯联合用于处理饱和粘土地基，并取得了理想效果[4-6]。然而，强夯技术和井点降水法联合技术的应用研究还很少。根据有关资料的记录和报道，这种方法应用于上海地区比较广一些，但是对于黄河流域地区的相关研究还比较缺乏，这就使得相关方面的研究具有一定的必要性。

结合黄河滩区居民迁建村台安置工程项目，针对大面积吹填粉砂地基平台土体含水量高、加固深度大、排水通道不畅等问题，重点研究强夯联合真空井点降水施工技术的应用，成果可为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

黄河滩区居民迁建村台安置工程，总建筑面积约98.2万平方米，是山东省脱贫迁建工作的基础。该项目村台均为吹沙淤填而成，吹填土以粉砂、粉土为主，盖顶土约0.5m，主要成分为砂土和少量粘性土，吹填深度5～6m，局部达9.5m。该吹填土静置期较短约6个月，尚未完成自重固结，根据初勘资料显示，该吹填地基土承载力较低，土体工程性质差，未处理无法作为基础持力层，需进行加固处理，为此施工现场选用强夯法进行加固处理。工程现场原地基土如表1所示。

2 强夯联合真空井点降水施工方案

2.1 强夯方案

根据现场实际情况及总体工期控制计划，地基平台总体采取依次施工的方式，两遍点夯、一遍满夯穿插进行。从有利于吹填土滞水的排除角度考虑，每个区域采取从中间向两侧依次强夯施工的方式。

设计要求，强夯后地基达到的性能参数如下：

(1)夯后地基承载力特征值≥120kPa。

(2)强夯处理有效影响深度须达到原地基土的持力层。

(3)点夯最后2击，其夯沉量平均值≤50mm。

(4)夯坑周围不应发生较大隆起。

强夯施工中两遍点夯、一遍满夯，其具体要求：点夯采用2000kN·m夯击能，梅花形布置，夯点间距6m×6m，第二遍点夯在第一遍点夯空挡位置，间隔仍6m×6m，两遍点夯夯点击数均为8击，夯点最后2击的夯沉量平均值≤50mm，考虑孔隙水消散，两遍点夯之间的时间间隔为7d；满夯夯机能为1000kN·m，夯点位置按1/4锤印搭接，夯点击数平均为2击。见图1。

图1 满夯夯点示意图(单位：mm)

2.2 井点降水方案

为确保强夯施工过程中地基孔隙水及时排水，加固地基土固结，地基平台设置轻型井点降水，降水工具如表2所示。

井点与井点之间的距离为4～6m，列与列之间的距离为15～20m，真空井点降水布设示意图如图2所示。工程现场采用振冲碎石桩设备作为井架，机械设备进场前需进行场地的平整，以确保井架在场地内顺利平移。

图2 真空井点降水布设示意图

2.2.1井点管埋设

(1)将水枪精准接入井点的位置，喷射水压0.4～0.8MPa，射水与套管冲切粉砂土10～15min，井点管在地基土中下沉约10m，冲击成孔孔径控制在300～350mm，成孔后管壁与井点管之间应保留间隙，该空隙填充砂石，冲孔深度须超出滤管设计深度500mm以上，以防止冲击套管提升拔出时部分土塌落，并使滤管底部存有足够的砂石。

(2)冲击管上下垂直移动以确保降水井壁垂直。

(3)井孔成型后拔出冲击管将井点管插入孔内，井点管上端口塞住防止杂物进入，井点管孔壁之间的空隙填入砂石滤层。

(4)冲洗井管，将胶管(Φ15～30mm)插入井点管底部，注水清洗直到清水流出，须逐根井点管清洗。

2.2.2管路安装

井点管外侧须铺设集水管，采用胶垫螺栓联接主干管，胶管联接水箱水泵与主干管，铅丝绑好防止管路不严漏气以确保管路真空度。主管路以5‰的流水坡度朝向泵房，做好冬季降水防冻保温。

2.2.3检查管路

正式抽水前须试抽，以确保抽水设备运转正常；水泵进水管安装真空表，水泵出水管安装压力表；基坑设置观测井点以观测是否达到设计要求降水深度，并依据观测数据绘制降水曲线。试抽时应确保管网真空度达到550mmHg(73.33kPa)，满足该条件方可正式抽水。

2.2.4抽水

井点管网安装完毕后试抽抽水设备运转正常，抽水管路无漏气现象后可以进行正常抽水。

2.2.5注意事项

(1)井点降水须经常进行检查，遵循先大后小、先浑后清的出水规律，出现异常应及时排查。

(2)现场须设专人监测井点的真空度，抽水过程中若出现真空度不足的情况应及时排除。

(3)抽水开始后注意检查是否存在井点管淤塞情况，若堵塞的“死井”数量超过总量的10%，会严重影响井点降水效果，可采用高压水枪对堵塞的管道进行冲洗处理。

(4)井点须距坑边2～2.5m，以免影响坑边土坡稳定性，抽出的水通过明沟排出。

(5)如地基存在较厚的粘土层，考虑粘土透水性能差，可在井点范围之外钻孔形成2～3排砂桩，贯通地层确保透水性。

3 加固效果试验数据分析

强夯联合真空井点降水加固处理吹填粉砂地基施工完成后，通过静载、静力触探、标准贯入等手段对加固效果进行评价。

3.1 静载试验

该试验采用刚性承压板，板尺寸为1.4m×1.4m、正方形，通过油压千斤顶对承载板进行施压，通过位移传感器测量施压过程中的地基沉降量，采用压重平台反力装置，加载物总重为加载量的1.2倍，8级加载，单级加载分别在第10min、20min、30min、45min、60min测量承压板下沉量，其后每半小时测一次，连续两小时内沉降速率≤0.1mm/h，即可进行下一级加载。静载装置组成如图3所示。

图3 静载装置示意图

静载试验出现下列情况之一即可终止：

(1)达到压力-沉降曲线比例界限。

(2)沉降曲线出现陡降。

(3)某级荷载下24h以内沉降速率始终未达到稳定标准。

(4)承压板累积沉降量>直径6%。

通过试验，可得到p-s压力沉降曲线、s-lgt沉降时间对数曲线，数据分析如图4、图5所示，试验检测结果可知，强夯后地基承载力检测结果为243kPa。

图4 静载试验压力-沉降曲线(p-s曲线)

图5 静载试验沉降-时间对数曲线(s-lgt曲线)

3.2 静力触探

项目现场进行静力触探检测，通过检测双桥探头锥尖阻力、侧壁摩阻力及摩阻比等参数，对强夯后地基土加固影响深度和均匀性进行分析。其参数计算可参照下列公式：

qc=Kq·(εq-ε0)

fs=Kf·(εf-ε0)

式中：qc为双桥探头的锥尖阻力(kPa)；fs为双桥探头的侧摩阻力(kPa)；α为摩阻比(%)；Kq为双桥探头锥尖阻力率定系数(kPa/με)；Kf为双桥探头侧摩阻力率定系数(kPa/με )；εq为双桥探头锥尖阻力应变量(με)；εq为双桥探头侧摩阻力应变量(με)；ε0为触探头的初始读数或零读数应变量(με)。

检测得到部分数据如表3所示。

3.3 标贯

项目工程现场开展标准贯入检测试验，该试验用以评价强夯处理后地基承载力与判别吹填粉砂土的液化程度。检测试验数据如表4、表5所示，其中表5为初步判定估算地基承载力特征值。

通过以上数据监测结果，分析得到：强夯后吹填粉砂地基土的承载力特征值fak、压缩模量Es1-2检测结果均出现降低的情况，强夯试验完成后一天即开始进行检测，检测土层为粉土、粉砂土及粉质黏土，没有等待孔隙水压消散间歇期，导致局部土层fak、Es1-2指标降低。地基土满夯后承载力可达到243kPa。

4 结语

针对高含水量、大面积吹填粉砂地基平台短期内难以完成固结沉降的问题，现场采用强夯联合真空井点降水技术对地基进行处理，并在强夯结束后开展静载、原位检测试验，得到以下结论：

(1)通过强度检测结果说明，各土层整体承载力均有了较大幅度的提升，按照原施工方案进行后可以满足试验预期要求。

(2)强夯加固完成后须等待一个间歇期，土体固结排水一段时间后再进行现场检测试验。

(3)该类型地基土采用强夯施工时，及时有效的排水是关键，通过真空井点降水可有效防止地基出现局部液化或者橡皮土，加速土体固结沉降。