排水板加降水強夯法在黃驊港地基處理中的應用

邢樹軍，黃明光

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引言

黃驊港地區地質多為吹填淤泥或淤泥質軟土，長期以來，大面積地基處理方式主要為排水固結法，包括真空預壓法、堆載預壓法、真空聯合堆載預壓法等，通過打設豎向塑料排水板和鋪設橫向排水系統，地基在附加真空或堆載等外荷載的作用下，將軟土內自由水轉化為超孔隙水并逐漸消散，從而提高土體地基承載力。

傳統的排水固結法存在較多的問題，如真空預壓法存在漏氣、處理周期長的缺點，而堆載預壓法需要較多的填土，在環保和交通管控下，填土的運輸日趨困難。因此，對于吹填時間較長、吹填淤泥或淤泥質土僅為夾層的場地，嘗試采用其它的地基處理方案可以解決存在的各種問題。

排水板加降水強夯法地基處理在河北省京唐港、曹妃甸港等臨近港口有較多的應用。其設計原理為采用降水點形成的負壓力與強夯產生的正壓力協同作用，將軟土中的自由水變為超孔隙水并通過管道排出，從而提高地基承載力。最終形成厚度約6～8 m的硬層，達到場地使用要求。多用于均載不超過80 kPa的道路、堆場、輔助場地等區域。具有施工速度快、無需大量材料和能源消耗等特點。

1 工程概述

排水板加降水強夯法是一種組合地基處理方法，首先打設塑料排水板，之后采用井點管降水并結合強夯的方法處理粉土、淤泥質粉質粘土的地質，最終使表層6～8 m的土層達到地基承載力80 kPa以上，含水量降低20 %左右的效果。

塑料排水板采用C型板，打設深度為處理土層的底端，起到減小淤泥質土層的固結半徑作用，并提供密集豎向排水通道，利于超孔隙水迅速消散，并通過排水板芯將水排出。

降水系統采用單雙排、深淺降水管間隔布置，并在場地周位設置封管，利用水循環真空泵抽真空提供降水負壓，使整個降水管系統形成負壓，通過降水管下部的濾膜將超孔隙水抽出。

強夯采用普通強夯施工，按照特定的時間及夯點進行多遍強夯。強夯對土體產生正向壓力，增加土體內的超孔隙水壓力，與降水產生的負壓一起作用，加速超孔隙水的排出。

2 地質概況

本工程使用場地為新建變電站和周邊場地、道路，占地范圍為東西向80 m，南北向90 m。場地中間為擬建的變電站單體，周圍為場地和道路。

場地位于黃驊港神華港區進港南側路以南，電廠以北。場地由吹填港池疏浚土形成，因場地吹填時間較長，場地表層基本干燥，高程與道路區基本相當。

2.1 地質情況

勘察結果表明，場地現狀頂高程平均約5.7 m，區域內巖土層分布較有規律，在勘察深度范圍內自上而下各土層特征描述如下：

1）人工填土層

①1沖填土（粉土），該層主要分布于勘察區的表層，分布連續，層厚約1.4～2.6 m不等，平均標貫擊數N=3.0擊。

①2沖填土（粉砂），該層分布連續，層厚約1.0～1.4 m不等，平均標貫擊數N=6.3擊。

①3沖填土（淤泥質土），高塑性，該層分布連續，層厚約3.2～4.1 m不等。

上述第一大層層底高程為0.15～0.32 m。

2）海相沉積層

②1粉土，該層分布連續，層厚約1.8～3.3 m不等，平均標貫擊數N=10.0擊。

②2淤泥質粘土，高塑性，該層分布較連續，層厚約0.7～2.1 m不等。

②3粉土，該層分布連續，層厚約1.3～7.1 m不等，平均標貫擊數N=12.2擊。

②4粘土，高塑性，該層分布連續，層厚約3.4～6.8 m不等，平均標貫擊數N=5.4擊。

上述第二大層層底高程為-12.65～-13.23 m。

3）海陸交互相沉積層

③1粉砂，平均標貫擊數N=41.5擊。

③2粉土，局部鉆孔中揭示。

③3粉質粘土，平均標貫擊數N=8.5擊。

③4粉土，局部鉆孔中揭示。

③5粉細砂，局部鉆孔中揭示。

4）湖沼相沉積層

④粉質粘土。

2.2 地質分析

本工程第一大層為軟土層，尤其以①3沖填土（淤泥質土）為承載力最低的土層，其十字板強度僅為10.88 kPa，折合地基承載力特征值約為35 kPa，遠低于設計要求的80 kPa。第二大層以下的地基承載力除②2層為70 kPa外，其余均達到100 kPa以上，因此需要地基處理的土層為第一大層，底高程約為0.0 m，厚度約7.0 m。場地穩定水位高程約為5.40 m。

3 設計方案

設計方案應依據上部荷載條件和根據工程地質情況，進行地基沉降計算、地基承載力預估等。

3.1 設計荷載及設計要求

1）設計荷載

本工程為變電站小區的大面積處理，主要服務于場地和道路的地基，同時為變電站建筑單體提供基本的地基承載力，為樁基打設提供基礎條件，設計場地大面積荷載為60 kPa。

2）沉降要求

根據港區道路和場地要求，使用期間殘余沉降不超過300 mm，不均勻沉降不超過千分之一，即10 mm/10 m。

3.2 設計方案

1）地基處理邊界選擇

本工程場地位于進港南側路和電廠之間，占地紅線北側距離進港南側路邊線20 m，南側距離電廠管廊邊線50 m。

考慮到本區域以外的空地規劃為鐵路及相關設施，尚未進行地基處理。本次處理應盡量考慮后期的地基處理對變電所建筑的影響，因此，本次地基處理邊界選擇原則定為：①避免后續項目地基處理對本工程建筑物產生振動等影響；②處理邊界與南側管廊保持合適的距離，避免對管廊產生影響。

根據已有經驗，一般2 000 kN夯擊能的強夯施工配合開挖隔振溝對周邊的振動影響在20 m左右，考慮到后期建設的地基處理方案尚未明確，且后期建設用地產權單位與本工程相同，因此東西兩側地基處理邊線分別外擴40 m，南側地基處理邊線外擴20 m，距離管廊30 m，并開挖隔振溝，配合管廊上設置位移和沉降監測點。北側地基處理邊線外擴10 m，距離已建道路邊線15 m。

2）塑料排水板深度和布置

本工程打設塑料排水板的原因是表層粉砂下存在厚度3.2～4.1 m淤泥質土，間距3.5 m的降水管無法達到滲透半徑，因此需要加密本土層的滲透半徑。根據計算，塑料排水板間距采用0.8 m，深度打至-4.0 m（穿透淤泥質土底粉土層），使排水板上下端頭均處于排水層中，利于土體雙向固結。塑料排水板采用國標C型板。

排水溝設置：為滿足土體孔隙水順利排出，場地周圍設置一圈排水溝，同時排水溝也起到隔振溝作用，以減小強夯對道路和管廊的影響。排水溝采取明挖，深度1.5～2.5 m（溝底坡度1 %）。

圖1 塑料排水板和排水溝斷面布置

3）真空降水管和真空泵布置

排水板打設完成后即布置降水管，施工區域外圍設雙排管封管，封管離施工區域邊線2 m，真空管長4 m及6 m，點距1.75 m，間隔布置。處理區內單排和雙排真空降水管間隔布置，單排管，排距7 m，真空管長4 m，點距3.5 m；雙排真空降水管，排距7 m，真空管長4 m及6 m，點距1.75 m，間隔布置。最終降水管形成間距3.5 m，單雙排管間隔布置的狀態。排水管豎管采用DE32的PVC管或鍍鋅鋼管，橫管采用DE65規格。

因場區北側為道路，為方便施工設備進出，真空降水管采用南北向布置。

圖2 降水管及排水溝平面布置（場地西北角）

降水采用水循環真空泵，按照每700～800 m2布置一臺泵，施工過程中始終保持分區外圍排水暢通。

3）強夯及滿夯布置

場地抽真空達到要求并且降水水位低于施工面以下2.5 m后，撤掉單排管，即可進行強夯及滿夯施工，主要施工順序為：

①小能量滿夯兩遍，夯擊能600～800 kN·m，每遍每點夯擊3擊，滿夯過程中要求雙排管正常降水；

②滿夯間隔10～14天以上開始點夯施工，點夯2遍，夯擊能量1 200～1 500 kN·m；第一遍點夯期間雙排管正常降水，點夯完畢之后方可撤掉雙排管進行第二遍點夯施工；

③點夯間隔10～14天，待孔隙水壓力消散后全場地再用600 kN·m能量滿夯2遍，每點累計夯擊4擊；

④場地按高程挖填整平，再用200 kN以上振動壓路機碾壓6～8遍，達到無明顯壓痕。

4 監測和檢測

4.1 檢測和檢測項目

為保證施工效果，設計布置了施工過程中的監測和施工后的檢測，包括：

1）沉降監測：施工期間隨時測量每擊夯沉量及每遍地面平均夯沉量，做好記錄。

2）孔隙水壓力監測：施工期間應進行孔隙水壓力監測，孔隙水消散超過70 %后方可進行下一遍強夯。

3）地下水位監測：設地下水位儀，設置深度6 m，監測降水深度，指導強夯施工。

4）臨近管廊基礎位移觀測點：在臨近管廊基礎位置設3個位移觀測點，監測施工期間對管廊基礎的影響，位移報警值：2 mm。

5）地基承載力檢測：施工完成后21天采用標貫兼十字板試驗進行深層地基承載力檢測，采用靜載試驗檢測表層承載力。

6）物理力學指標檢測：取2個原狀孔進行物理力學指標檢測。

4.2 檢測和檢測結果

1）沉降監測結果：施工期間打設塑料排水板產生沉降量平均200 mm，強夯及滿夯平均產生沉降400 mm，總沉降量600 mm，占壓縮土層總厚度約10 %，考慮到上層粉土和粉砂層壓縮系數較小，主要沉降產生在①3沖填土（淤泥質土）土層，產生在此層的沉降量約為層厚的15 %，與排水固結法對淤泥質土沉降量相當。

2）孔隙水壓力監測結果：孔隙水壓力監測表明，強夯對深度4～6 m之間產生的超孔隙水壓力較大，6 m以下產生的超孔隙水壓力不明顯，與土層基本對應。孔隙水壓力消散時間約為3～5天。

3）地下水位監測結果：地下水位在真空降水約15天左右，可達到降水深度2.5 m。

4）臨近管廊基礎位移觀測點結果：在臨近管廊基礎位置設3個位移觀測點，監測結果顯示，強夯施工過程中，管廊設置的水平位移監測點位移值分別為1.3 mm，0.9 mm和-0.1 mm，均未達到2 mm的限值，可以驗證在隔振溝和強夯邊界預留30 m凈距的措施下，可以滿足管廊變形要求。

5）地基承載力檢測結果：

十字板檢測表明，淤泥質土層十字板數值由處理之前10 kPa增長到30 kPa以上，換算地基承載力特征值達到80 kPa。上層粉砂和粉土標貫擊數從3～5擊增長到5～9擊，地基處理效果明顯。

靜載試驗結果表明，載荷板面積2.0 m2，在極限加荷載160 kPa的條件下，沉降量約為27 mm，地基承載力可滿足80 kPa。

圖6 典型靜載荷試驗曲線

6）物理力學指標檢測：取2個原狀孔進行物理力學指標檢測，顯示①3沖填土（淤泥質土）含水量從平均50 %降低到平均41 %，直剪試驗摩擦角從1.5 kPa增長到10.2 kPa。

5 結語

本工程采用排水板加降水強夯法在黃驊港地區屬于首次應用，相比真空預壓或堆載預壓法，本設計方案具有總施工速度塊、造價低、施工現場整潔等特點。

經檢測，本次地基處理效果基本達到預期，本區的軟土層即淤泥質土層經處理后變為粘土層，地基承載力和物理力學指標均有較大提高。

綜上所述，對于黃驊港地區吹填時間較長，且土層為非連續厚層軟土的地質情況，可以選擇采用排水板加降水強夯的地基處理工藝，本次設計對于本地區類似的工程，可作為參考使用。