插板降水強夯置換法在處理砂混粘性土地基中的應用

范瑩瑩，朱洪濤，陳思周，趙 錦

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

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插板降水強夯置換法在處理砂混粘性土地基中的應用

范瑩瑩，朱洪濤，陳思周，趙 錦

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

摘要：對于介于軟粘土和砂性土之間的砂混粘性土或粘性土混砂地基，因土體顆粒細、滲透性差，孔壓消散慢，土體是否可以直接承受強夯施工，保證置換體形成足夠強度是方案成敗且達到較高加固標準的關鍵。設計通過進行試驗區現場試驗，得出打設塑料排水板＋降水強夯置換處理工藝可以取得比較好的加固效果，達到工程使用要求。

1 工程概況

某礦石堆場工程陸域總面積約50萬m2，堆場按專業化礦石堆場設計，礦石最大堆高14 m，按平均容重25 kN/m3考慮，堆場中心最大均載約350 kPa。

1.1 地質情況

現有場地由港池疏浚土吹填形成，地面高程一般在3.44～6.92 m之間，上部吹填土層厚度一般在9.0 m左右，主要包括沖填土（粉砂）、沖填土（粉土）、沖填土（砂混粘性土）及沖填土（粘性土混砂）。吹填土層以下各單元土體主要為：①1粉砂、①3粉砂、②2粉砂、②3粉質粘土等。

擬建場地沖填土成分較為復雜，整個沖填土層以砂混粘性土以及粘性土混砂為主，其粉粒及以下的粒徑含量很高，部分區域沖填土之下存在的①1粉砂層也處于松散且中度以上液化狀態，以上土層均為需要地基處理的軟弱土層。本文主要探討砂混粘性土和粘性土混砂區域的地基處理方案。

根據地質勘察報告，典型區域地質條件自上而下為：

①粉土：灰色、灰褐色，稍密狀，局部中密狀，土質不均勻，含粘粒及碎貝殼。層厚約0.7 m，平均標貫擊數N=3.8擊。

②粘性土混砂層：軟塑狀，土質不均勻，以粘性土為主，混大量砂粒，層厚約4.0 m不等，平均標貫擊數N<1.0擊。

③砂混粘性土：松散狀，土質不均勻，以砂為主，混大量粘粒，局部夾淤泥質土薄層。層厚約2.3 m，平均標貫擊數N=1.3擊。

④粘性土混砂層：軟塑狀，土質不均勻，以粘性土為主，混大量砂粒，層厚約4.0 m不等，平均標貫擊數N<1.0擊。

⑤粉砂：灰色、灰褐色，中密～密實狀，局部稍密狀，土質不均勻，含粘粒及碎貝殼，局部夾粘性土薄層。平均標貫擊數N=31.5擊。

1.2 地基加固處理的設計標準

本工程場地為吹填軟土地基，考慮一次性按最大荷載標準進行場地地基處理代價極大，本次設計按周邊既有專業化礦石堆場工程標準進行處理，即：保證軌道基礎的穩定、承載力及變形要求，堆場區則以地基穩定為主要控制標準，堆場使用前期（約一年）要求適當分級限載，利用礦石堆載進一步提高地基強度，逐漸達到滿載使用要求。考慮最終設計荷載作用下的變形及穩定要求，本工程堆場區場地初期地基承載力特征值達到200～250 kPa，經過礦石堆載進一步提高地基強度，逐漸達到350 kPa。軌道基礎及輔建區場地使用期殘留沉降300 mm、堆場使用期殘留沉降控制在500 mm。

2 試驗過程及地基加固處理方案的確定

2.1 地基處理方案的提出

針對砂混粘性土及粘性土混砂地基，土體含水量較大，強度低、壓縮性高、滲透性弱，其性質介于軟粘土和砂性土之間。堆載預壓雖為此種含水量較高的土質的較穩妥的處理方案，但是缺點很多：當地缺乏堆載料，堆載強度無法保證；要達到較高的承載力要求后續還需疊加其它地基處理方案；需要分級加載預壓時間長，不能滿足工期要求等等。而強夯置換是利用強夯施工工藝在建筑場地上形成一定深度的夯坑，并在夯坑內回填高強度、低壓縮性的置換材料，利用夯能打人軟土層中，在地基中形成結構密實、有較高承載力的置換體；再通過滿夯樁間土，使之充分排水固結，從而形成復合地基，改善軟土地基的物理力學性能，提高地基承載力，它適用于高飽和度粉土與軟塑～流塑的黏性土、濕陷性黃土等軟土地基的處理，具有設備簡單、施工速度快、加固效果好等優點[1~4]。如果可以順利實施，則可以滿足設計要求。

因本工程土體顆粒細、滲透性差，孔壓消散慢，且加固標準高，土體是否可以直接承受強夯施工，保證置換體形成足夠強度是方案成敗的關鍵。為確定如何進行強夯置換及強夯置換在本工程地基情況的適用性及施工參數，在砂混粘性土及粘性土混砂區域選取試驗區進行強夯置換試驗研究。

2.2 試驗過程

2.2.1 A、B試驗區

本工程前期設置了2個試驗區：A區及B區，面積均為30 m×30 m。

A試驗區采用強夯置換法進行施工，為更好消散孔壓，A區設計置換點夯3遍，第一遍夯擊能2 000 kN·m，第二、三遍夯擊能3 000 kN·m，最后600 kN·m滿夯2遍。

B試驗區采用真空降水強夯置換法進行施工，其由真空降水與強夯兩道工序組成，采用人工降低水位，可使地表形成硬層，以支撐設備重量，確保機械設備通行和施工，同時又可加大地下水位與地表面的距離，防止夯擊時夯坑內積水，以及降低上部土體含水量，改善能量傳遞效果，以提高強夯處理效果。B區設計置換點夯2遍，第一遍夯擊能2 500 kN·m，第二遍夯擊能3 000 kN·m，最后600 kN·m滿夯2遍。

圖1 A區強夯置換點布置/m

圖2 B區強夯置換點布置/m

兩個試驗區具體施工時，處理過程較為困難，處理效果不甚理想：

1）直接強夯置換區因場地表面土層較為松軟，且地下水位較高，雖在施工表層回填了一定厚度的施工墊層，強夯置換施工時仍出現周邊隆起嚴重，甚至于沒錘。

2）降水強夯置換區夯沉量過大，無法達到收錘標準，每次夯擊1～2擊錘就因夯坑深度大而需要填料，而每次新填料后因其松散導致后續夯沉量較大，始終無法通過夯擊達到收錘標準。采取將新填料初步密實措施再繼續夯擊，仍出現一擊夯沉量很大的現象。

3）夯坑周邊地面隆起嚴重，原土擠密程度差，整個場地地面彈軟。

4）場地地基嚴重不均勻，不同區域夯沉量差異較大。

通過試驗區現場觀察及施工中監測數據，發現試驗區處理效果不佳的最根本的問題是排水不暢，深層地基土含水量過高而無法有效排出，導致夯擊出現“橡皮土”現象，達不到擠密或置換的效果。從理論上講，真空降水強夯置換方法是處理砂混粘性土或粘性土混砂地基合理有效的方法，但是由于不同區域土質的差異，如何在試驗階段驗證降水措施有效性以及最合理的夯擊能控制，是試驗區能否成功的關鍵性因素。

2.2.2 C1、C2試驗區

在臨近類似地質條件的區域采用相對保守的擊密參數，增加小能量排水夯，并對比增加塑料排水板排水方案，重新開展強夯置換試驗區施工，在進一步改善排水條件的前提下，再試驗疊加強夯置換復合地基處理方法，以求最終達到專業化礦石堆場的處理標準。

新布置兩個試驗區為真空降水強夯置換區（C1）和打設塑料排水板真空降水強夯置換區（C2），置換點布置型式同B試驗區，C2區在布設真空管之前打設塑料排水板，增加豎向排水通道，提高排水及加固的效率，排水板間距1.0 m，正方形布置，打設至底標高-5.0 m。為有效降水，在打設塑料排水板及真空降水后，在強夯置換之前先采用振動壓路機碾壓多遍和小能量滿夯協助排水，小能量滿夯夯擊能兩遍，第一遍600 kN·m，第二遍1 000 kN·m，要求在滿夯結束1周以上再進行強夯置換點夯施工。

夯擊前采用真空降水，可降低地下水位、減小被處理土體的含水量和飽和度等，使上層吹填土的重度由浮重度變成濕重度，在表層形成一預壓荷載作用在下層土上，控制降水后地基土體的含水率，振動碾壓及小能量滿夯使地基對土體進行激振，地下水位以上土體可產生較大的壓縮變形，地下水位以下土體可減小土體中的超孔隙水壓力，使地基土體的孔隙比減小，同時根據現場情況開挖排水溝做為排水通道，同時阻斷施工區以外水源補給。由于強夯置換點夯施工前增加了上述兩道工序，使得土體含水量進一步減小，C1區部分區域真空降水強夯置換施工效果較好，但由于現場土質嚴重不均勻，大部分區域夯點仍然出現隆起現象，并且最后兩擊夯沉量仍達不到設計要求。

C2區打設塑料排水板并配合真空降水施工后，強夯置換施工較為順利，夯點周圍未出現隆起現象，夯擊能量的利用率較高，效果較好。

3 地基處理效果檢驗

3.1 樁間土標貫試驗

插板降水強夯置換后對場地置換樁點之間地基土進行標貫檢測，具體試驗數據見表1，由試驗數據可以看出，由于強夯的密實作用及置換體的擠密作用，樁間土的密實度得到有效的提高，深度1～8 m之間的粉砂均達到中密～密實程度，效果良好。

表1 樁間土標貫試驗數據

3.2 置換墩重型動力觸探試驗

在強夯置換體上進行了重型動力觸探試驗，檢測深度約10 m，實測錘擊數與深度關系曲線見圖5，由試驗結果可知，置換提密實度均達到中密狀態，均勻性良好。

圖5 密實度與深度關系曲線

3.3 載荷試驗

為了檢驗插板降水強夯置換后的地基承載力，采用面積不小于4平方米的載荷板進行載荷試驗，具體結果見表1。由載荷試驗相關數據可以看出，試驗區的最大試驗載荷為設計承載力的2倍時，最大變形在22.46~37.95 mm之間，殘余變形在12.57 ~22.30 mm之間，實驗過程中均未出現地基急劇破壞現象，加固后的地基承載力特征值均滿足不小于250 kPa的要求。

由以上數據可以看出，插板降水強夯置換在砂混粘性土及粘性土混砂地基中是可以達到設計要求的。根據此檢測結果，大面積施工時按試驗區C2區確定工藝順利施工，檢測合格。

表2 載荷板試驗數據

4 結 論

1）對于處理介于軟粘土和砂性土之間的砂混泥或泥混砂地基，插板降水強夯置換處理工藝可以取得比較好的加固效果；

2）地基土含水量、滲透性以及地下水位是影響強夯置換加固效果的重要因素，降水、排水措施有效性以及最合理的夯擊能控制是真空降水強夯置換施工成功的關鍵因素；

3）打設塑料排水板、真空抽水并配合振動碾壓及小能量滿夯等施工工序協助排水，是保證后續強夯置換的施工及處理效果的有效措施；

4）插板降水強夯置換法處理砂混粘性土或粘性土混砂地基，點夯及滿夯等施工工序之間需要7～10天以上的間歇期。

參考文獻：

[1] JGJ79-2012建筑地基處理技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社, 2012.

[2] 曾國熙，盧肇鈞，蔣國澄，等. 地基處理手冊：2版[M].北京:中國建筑工業出版社，2000.

[3] 陳思周. 強夯法在軟粘土地基加固處理工程中的應用[J]. 港工技術，2013, 3:59-62.

[4] 阮昆，田志武，王會成. 強夯置換法處理軟土地基的應用研究[J].交通科技，2012.

Application of Precipitation Dynamic Consolidation Replacemen with Plastic Drainage Plate in the Treatment of Sand Mixed Cohesive Soil Foundation

Fan Yingying, Zhu Hongtao, Chen Sizhou, Zhao Jin
（CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China）

Abstract:In between the soft clay and sand soil between sand mixed clay or clay mixed sand foundation, due to soil grains fine, poor permeability, and pore pressure dissipation slow soil can directly under dynamic compaction construction, ensure the replacement body form a sufficient strength is the key of success or failure of the scheme. Through the field test of the test area, it is concluded that the plastic drainage plate and precipitation dynamic consolidation replacement treatment process can achieve a better effect, and achieve the requirements of engineering application.

Key words:sand mixed cohesive soil; foundation; plastic drainage plate; precipitation dynamic consolidation replacement

作者簡介：范瑩瑩（1984-）,女，工程師，主要從事港口地基處理及堆場道路設計工作。

收稿日期：2015-03-04

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160122

文獻標識碼：分類號：TU472.3+1A

文章編號：1004-9592（2016）01-0094-04

關鍵字：砂混粘性土；地基；塑料排水板；降水強夯置換