范光平 沈武杰 梁永梅

(1.江蘇靖江新華港務(wù)有限公司，江蘇常州 213000;2.江蘇江陰市華澄建筑安裝工程有限公司，江蘇江陰 214400;3.鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)航道管理處工程科，江蘇鎮(zhèn)江 212000)

輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固法[1]是一種綜合了堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、電滲降水和強(qiáng)夯工藝的軟基加固方法。該法通過(guò)塑料排水板插入需加固深度，形成排水通道，上部端頭置入距表層2m～3m的粘土層，然后插入井點(diǎn)管并與塑料排水板成一體式輕井塑排井點(diǎn)，由于井點(diǎn)管與塑料排水板的緊密結(jié)合，使井點(diǎn)達(dá)到延伸處理10m范圍土體的目的。

1 施工工藝與加固效果

該工藝可以實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)效果:

1)替代堆載預(yù)壓的實(shí)現(xiàn)。置入土體一定深度的塑料排水板形成的排水通道，通過(guò)緊密連接的輕井塑排一體式井點(diǎn)抽真空，使地下水位降低到一定程度，進(jìn)行強(qiáng)夯，強(qiáng)夯的過(guò)程就是一種對(duì)土體的加載作用，1000kN·m瞬時(shí)沖擊力對(duì)土體的荷載使土體產(chǎn)生強(qiáng)大的超靜孔隙水壓力，通過(guò)塑料排水板的排水通道經(jīng)輕型井點(diǎn)管向土體外排出，加快了孔壓的消散，土體得到固結(jié)，也就是說(shuō)本工藝將堆載預(yù)壓過(guò)程中的靜壓改變成動(dòng)壓，加快了土體的固結(jié)處理[2]。2)替代真空預(yù)壓的實(shí)現(xiàn)[3]。經(jīng)過(guò)多輪強(qiáng)夯，表層4m～5m的土體在夯擊能的作用下得到加固密實(shí)，相當(dāng)于在塑料排水板上覆蓋了多層密封，由于井點(diǎn)管仍與塑料排水板緊密相連，因此抽真空條件沒(méi)被破壞，相反由于多輪夯擊，塑料排水板在淤泥質(zhì)土中易產(chǎn)生的涂抹作用在沖擊作用下被消除，進(jìn)一步加強(qiáng)了抽真空的效果，對(duì)4m～5m以下的淤泥質(zhì)土體由于正壓和負(fù)壓的疊加，其值等于真空度和4m～5m的土體堆載之和，完成了真空—堆載的聯(lián)合預(yù)壓。3)一體式井點(diǎn)結(jié)合強(qiáng)夯縱深處理的實(shí)現(xiàn)[4]。常規(guī)井點(diǎn)降水由于受井點(diǎn)管的限制，一般處理深度僅為井點(diǎn)管長(zhǎng)度+1m，由于一體式井點(diǎn)通過(guò)塑料排水板向縱深延伸，塑料排水板作為排水通道，且上部又連接輕型井點(diǎn)管，從而使地下水在負(fù)壓作用下被井點(diǎn)管排出土體。因此，通過(guò)連接真空泵完成快速抽氣的作用，加快了土體的孔壓消散;土體中置入的塑料排水板既是排水通道，同時(shí)又為強(qiáng)夯夯擊能向下延伸創(chuàng)造了條件，即土體的土阻力得到減少，夯擊能通過(guò)排水板向下發(fā)揮作用，達(dá)到了塑料排水板的插入深度配以一定能量的夯擊能滿足深層處理的目的。具體施工工藝流程見(jiàn)圖1。

2 適用范圍

本技術(shù)用于處理軟弱地基加固，適用于我國(guó)沿海、渤海地區(qū)新吹填含砂但有淤泥夾層、淤泥質(zhì)粉土以及含泥量較高的淤泥質(zhì)粉砂土。適合大面積堆場(chǎng)及道路的施工，在大面積施工時(shí)，成本低，工期快。經(jīng)該工法處理后，能達(dá)到理想的承載力要求(10t/m2～15t/m2以上)。由于設(shè)計(jì)塑料排水板結(jié)合輕型井點(diǎn)，利用強(qiáng)夯夯擊能作為荷載，因此由塑料排水板的入土深度建立排水通道，同時(shí)作為強(qiáng)夯夯擊傳遞能量的通道，為深層加固創(chuàng)造了條件。

3 案例分析

靖江新港作業(yè)區(qū)公用碼頭段，采用輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法加固軟基。本工程場(chǎng)地表層為沖填土，層厚為2.0m～3.0m，以下為素填土、淤泥(塘泥)及粉質(zhì)粘土夾粉砂，均屬欠固結(jié)土，因此在考慮沉降需重點(diǎn)計(jì)算該部分的沉降，特別是新吹填層本身的滲透性較好，但沉降量大，自身作為荷載對(duì)下部的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層沉降有一定的作用，在沉降計(jì)算中可將吹填層作為荷載。另外，深層的土質(zhì)因?yàn)闈B透性較好，上部荷載產(chǎn)生的沉降基本完成。因此沉降計(jì)算時(shí)可以只考慮新吹填砂及雜填土荷載對(duì)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層的壓縮量。

3.1 主要問(wèn)題

結(jié)合本項(xiàng)目的使用要求，土層特性以及沉降計(jì)算分析，本次地基處理主要需要解決的問(wèn)題如下:

1)土層的表層為新吹填砂，其下為較厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，工程性質(zhì)很差，承載能力較低，上部使用荷載作用下將會(huì)產(chǎn)生較大的沉降和差異沉降。2)道路區(qū)域不經(jīng)處理承載力、回彈模量太小，工后沉降和差異沉降都較大，容易使精密設(shè)備裝運(yùn)進(jìn)場(chǎng)過(guò)程中受到顛簸損壞，較難承受重型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。3)表層土具有液化趨勢(shì)，若不消除液化，重型設(shè)備行走時(shí)，易使土層液化，一旦發(fā)生液化，將完全喪失強(qiáng)度和承載力，導(dǎo)致地面發(fā)生沉降和不均勻沉降。4)場(chǎng)地內(nèi)土層的含水量很高，且外圍水補(bǔ)給量很大，地下水位受潮汐影響較大，地基處理過(guò)程中不僅需要降低土層的含水量，還必須要考慮對(duì)外圍水的隔斷。故綜合以上工程特點(diǎn)，本工程道路以及周?chē)膰邊^(qū)域重點(diǎn)需要消除表層吹填土層的液化性，解決表層土和其下的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層的承載力問(wèn)題，先期完成大部分的沉降，解決工后沉降和差異沉降帶來(lái)的一系列工程問(wèn)題。

3.2 加固效果

加固效果從地下水位、孔壓消散曲線和室內(nèi)土工試驗(yàn)三方面進(jìn)行分析。通過(guò)加固過(guò)程中孔壓的變化得到加固時(shí)程;通過(guò)加固前后土體參數(shù)對(duì)比，顯示加固效果。

1)孔隙水壓力變化。

地基土中孔隙水壓力的變化與地基土所受到的應(yīng)力變化和排水條件等密切相關(guān)。試驗(yàn)區(qū)孔壓測(cè)點(diǎn)的孔壓計(jì)埋設(shè)深度分別為2.5m，5m，7.5m，10m，12.5m，15m。埋設(shè)孔壓的目的主要是觀測(cè)強(qiáng)夯后軟土地基中超孔隙水壓力的消散情況，同時(shí)結(jié)合孔壓數(shù)值的變化，直觀的分析夯擊能對(duì)土體加固效果的影響深度。監(jiān)測(cè)頻率為施工期每天一次，荷載穩(wěn)定期為2d一次。

從各孔壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及曲線變化分析，在抽水施工期內(nèi)，孔壓逐漸下降。隨著深度的增加，孔壓變化速率逐漸變緩。當(dāng)雨水較多時(shí)，將導(dǎo)致孔隙水壓力的上升。強(qiáng)夯過(guò)程中，2.5m深度處孔壓基本未受影響，5m，7.5m，10m處孔壓增長(zhǎng)較快，超過(guò)10m深度孔壓變化不大。由于井點(diǎn)降水作用，處于水位線以上的土層孔壓基本不受影響，強(qiáng)夯加固的有效深度約為10.0m?？讐旱南⑺俾孰S深度的增加而逐漸變緩，在2.5m深度處孔壓在打強(qiáng)之后的幾小時(shí)內(nèi)基本消散完畢，5m深孔壓在4d～5d左右消散可達(dá)到90%，7.5m及10m深度處孔壓則需要6 d～8 d才能消散90%左右。部分測(cè)點(diǎn)2.5m處孔壓出現(xiàn)了負(fù)值，其原因可能為抽水所致，抽水的同時(shí)在土體內(nèi)形成了真空。

2)地下水位變化。

為了配合孔隙水壓力的觀測(cè)，在試驗(yàn)區(qū)中心點(diǎn)和周邊埋設(shè)地下水位管，觀測(cè)地基中不同時(shí)期地下水位的變化情況，以供對(duì)孔隙水壓力和加固效果進(jìn)行分析。地下水位井采用φ70mm水位管，一端用φ5mm～φ6mm鉆頭打數(shù)排小孔長(zhǎng)度約50cm。監(jiān)測(cè)頻率為施工期每天一次，荷載穩(wěn)定期為2d一次。

在試驗(yàn)區(qū)場(chǎng)地共設(shè)有2個(gè)水位監(jiān)測(cè)管，其中水位管1位于場(chǎng)地B區(qū)(先強(qiáng)夯后排水)，水位管2位于場(chǎng)地A區(qū)(先排水后強(qiáng)夯)。在試驗(yàn)期間每天進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，中間因暴雨等原因有少許間隔。監(jiān)測(cè)得到的水位數(shù)據(jù)如圖2所示。

從水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，試驗(yàn)區(qū)場(chǎng)地由于進(jìn)行井點(diǎn)降水，水位降低約3.0m～4.5m，降水效果明顯。同時(shí)，水位一直處于變化波動(dòng)狀態(tài)，原因可能在于:

a.由于離江邊較近，受到江水漲潮影響較大。

b.由于天氣原因，大量降雨導(dǎo)致地下水位上升所致。

在每次強(qiáng)夯施工前，均對(duì)地下水位進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)水位降至一定深度(約4.0m)以下方可進(jìn)行施工，否則強(qiáng)行施工會(huì)造成夯坑出水，土體破壞等嚴(yán)重后果。

c.室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。在加固前后現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)研究，測(cè)定土體的強(qiáng)度、變形等物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，為軟基加固效果評(píng)價(jià)分析提供依據(jù)。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括基本物理參數(shù)如密度、孔隙比等和基本力學(xué)參數(shù)如壓縮系數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)等。試驗(yàn)原理方法詳見(jiàn)GB/T50123-1999土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。地基處理前后取土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)得到的土體物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)列入表1，表2。

表1 處理前各土層物理力學(xué)性質(zhì)

表2 處理后各土層物理力學(xué)性質(zhì)

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)“軟弱地基輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法”處理后，土體密實(shí)度、壓縮模量及φ值等均有所提高。表層2.0m～3.0m由于是沖填砂層，且在處理后要進(jìn)行推平處理，擾動(dòng)較大，其強(qiáng)度和變形等參數(shù)變化不大。處理后4.0m～6.0m深度范圍內(nèi)土層按平均值計(jì)算的孔隙比減小了5.4%，壓縮模量提高了78.0%，反映土體強(qiáng)度指標(biāo)的C，φ值則分別增長(zhǎng)了34.0%和3.5%，各項(xiàng)指標(biāo)在該深度范圍內(nèi)的增長(zhǎng)率最大，說(shuō)明夯擊能的有效功也最大，處理效果最好。15m深度處的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)變化不大，進(jìn)一步驗(yàn)證了“輕井塑排加固法”可以有效加固地基強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

文章簡(jiǎn)要介紹了該加固方法的施工工藝、適用工況。并通過(guò)靖江新港作業(yè)區(qū)公用碼頭段案例，分析了該加固方法的加固效果，通過(guò)孔壓消散和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，得到以下結(jié)論:

1)設(shè)計(jì)塑料排水板結(jié)合輕型井點(diǎn)，利用強(qiáng)夯夯擊能作為荷載，塑料排水板的入土深度建立排水通道，為深層加固創(chuàng)造了條件。經(jīng)該工法處理后，能達(dá)到理想的承載力要求。

2)通過(guò)孔壓消散時(shí)程曲線以及水位變化曲線可得出，該法可以用于相似的軟土地基加固工程中，并為響應(yīng)工程提供了參考依據(jù)。

3)加固前后土體孔隙比減小了5.4%，壓縮模量提高了78.0%，反映土體強(qiáng)度指標(biāo)的 C，φ值則分別增長(zhǎng)了34.0%和3.5%，各項(xiàng)指標(biāo)在該深度范圍內(nèi)的增長(zhǎng)率最大，說(shuō)明夯擊能的有效功也最大，處理效果最好。

[1]葉 吉，葉凝雯.軟弱地基輕型井點(diǎn)管結(jié)合塑料排水板復(fù)合加固方法[P].ZL200910251451，2009.

[2]高有斌，沈 揚(yáng)，徐士龍，等.高真空擊密法加固后飽和吹填砂性土室內(nèi)試驗(yàn)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，37(1):86-90.

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