東營港某煉化廠區強夯地基處理研究

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

隨著我國經濟的快速發展，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面臨新的挑戰，對于地基處理的概念、技術、固結沉降分析等都提出了新的要求，地基處理技術逐漸從單一技術向多種技術組合綜合使用的形式轉變，并由此引申出多種新的技術手段[1]。東營港經濟開發區存在大面積吹填土，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，多種方式聯合作用使土體排水固結，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]、堆載預壓法等。強夯法具有成本低、工期短、技術簡單的優勢，采用沉管砂樁、輕型井點降水與強夯法聯合的新工藝來加固地基，能有效發揮三者的優點，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參數及經驗。

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工程，建(構)筑物主要包括堆場、罐區、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，廠區吹填面積約10萬m2。根據勘察資料，自上而下地層主要有吹填土、粉土、淤泥質粉質黏土、粉土、粉質黏土等，各土層的性質如表1所示。吹填土主要為灰黃色粉土，含水率高，結構松散，搖振反應迅速，厚度2.0 m～3.0 m不等。吹填土下2.0 m下臥灰黃色淤泥質粉質黏土軟弱層，呈軟塑～流塑狀態，厚度2.0 m～3.0 m。按照工程設計要求，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粉質黏土層。

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，甚至會引起原有土體結構破壞，形成“橡皮土”[5]，因而必須聯合其他地基處理措施才能有效加固地基。根據場地所在地區的地質現狀，采用沉管砂樁、輕型井點降水與強夯法聯合的新工藝來加固地基。

表1 軟弱土層物理力學指標

根據地基處理深度要求，砂樁應穿透淤泥質粉質黏土層，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。

根據夯擊能的不同，在施工場地選取三塊試驗區進行試夯，其余試驗條件相同，各試驗區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的增加呈現一定的減小趨勢，第一、二遍沉降量差別較小而明顯高于第三遍的沉降量，表明在經過前一遍夯擊后，地基土已有一定程度的固結，強夯的側向擠壓作用，在一定范圍內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夯擊能的大小可有效影響沉降量，當土體趨于固結后，夯擊能的影響不再顯著。

2.2 力學指標分析

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

表3 主要土層的物理力學性質指標

吹填土下的粉土層壓縮模量大幅提高，說明經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；淤泥質粉質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構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較慢，短期內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

將三個試驗區分為3組，每個試驗區在強夯點、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。

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

根據試驗結果可知，夯點處的加固效果略好于夯點間，但差別不大；第1試驗區的加固效果較差，說明1 000 kN·m的夯擊能不能滿足設計要求，應適當增加夯擊次數或提高夯擊能；第2,3試驗區的加固效果較好，2區加固效果略好于3區，從這個角度來說，強夯能越大加固效果未必越好，因此選擇適當的夯擊能對加固地基非常重要，本場地適宜采用2 000 kN·m的夯擊能。淺層平板載荷試驗數據與夯坑沉降量數據分析結果基本一致。

表4 淺層平板載荷試驗承載力特征值

3 結語

東營港某煉化廠區擬建區域為軟土層，存在淤泥質粉質黏土層，軟土沉降變形成為影響廠區后期運營的關鍵因素。基于現場地質條件，采用沉管砂樁、輕型井點降水聯合強夯法對軟土層進行加固處理，經過夯坑沉降量分析、地層力學指標對比、現場荷載板試驗可以看出，通過上述聯合法處理加固后，地基土的力學指標有了較大程度改善，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，同時也起到置換作用，與土體形成復合地基，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，選擇適當的夯擊能對地基加固效果影響很大，本場地適宜采用2 000 kN·m的夯擊能。