氣動組合式沖擊排水固結地基處理施工技術分析

傅宏林 （安徽建工集團股份有限公司總承包分公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

軟土地基作為一種特殊欠固結土，在我國濱海地區和內陸湖泊區域廣泛分布。因其具有高含水率、高壓縮性、低滲透性等物理特征[1]，且表現出易變形、易剪縮、易流變等工程力學特性[2-3]，使得軟土地基承載力與穩定性往往無法滿足工程建設要求。若不采取地基處理措施，在長期附加荷載及流變特性作用下易發生時效變形與工程破壞[4-5]，進而影響建筑物正常使用。因此，軟土地基如何加固處理成為工程界亟待解決的重點問題。目前，軟土地基加固常使用復合地基法、置換法、擠密法、排水固結法等方法[6-7]。然而，復合地基法施工質量要求嚴格且造價高；置換法不適用于處理深厚軟弱土層；擠密法（如強夯法、振沖法）需以軟土微觀結構不被破壞為基礎，否則排水通道會因軟土過分擾動發生破壞導致大量自由水無法排除，最終形成“橡皮土”[8]。排水固結法主要分為靜力、動力排水固結，可有效處理軟土地基沉降與穩固難題。然而，靜力排水固結法（如堆載預壓、真空預壓法）需以犧牲大量預壓時間為代價，且地層強度增長緩慢、固結效果不佳[9]。動力排水固結法是在強夯法基礎上通過增設豎向排水、改進強夯工藝形成的，且已廣泛應用于軟土地基加固工程中[10-11]。

通過結合軟土地基各加固處理工藝特點，本文提出一種適用于處理軟土地基的動力聯合排水固結法——氣動組合沖擊排水固結地基處理法。為了驗證工藝處理效果，以某公用碼頭EPC 總承包工程為例，從工藝原理、工藝流程、操作要點、質量控制等方面介紹該工藝，以期為后續類似工程提供技術支持。

2 施工工藝原理

氣動組合沖擊排水固結地基處理施工技術是被動與主動排水及變能量強夯工藝的結合，整個地基處理過程需進行三周期排水和三遍強夯，第一和第二周期排水后各進行一遍變能量點夯，第三周期排水后進行一遍滿夯。將組合管的內管抽成真空狀態，組合管周邊土層內會形成高負壓環境，進而促使土層孔隙水快速向組合管匯聚。而后進行間歇性跳排，通過氣管向組合管內壓入高壓氣體，組合管內蓄存的水受壓后通過內管排出。同時，壓入組合管內的高壓氣體還能擴散到周圍土體中，起到打通滲水通道、擠壓土體孔隙水并促使其向鄰排組合管內積聚的作用。高負壓環境下土體被動排水，高壓氣體下土體主動排水，被動與主動相結合，孔隙水壓力消散迅速，排水效率大大提高，為變能量強夯、避免發生“橡皮土”現象創造了條件。強夯施工能置換夯實地基并形成致密硬殼層，同時，地基表面及其內部在沖擊能量作用下會形成較多的貫通裂隙，可進一步促進土體孔隙水的主動排出[12]。因此，排水與強夯互相結合促進，可達到高效處理地基的目的。

3 施工工藝流程與操作要點

3.1 工藝流程

氣動組合沖擊排水固結地基處理施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

基于地質勘察報告開展強夯影響范圍地下管線等設施探查保護。同時，核對并修改施工圖紙與施工現場存在的幾何尺寸、位置、標高等誤差，編制地基處理專項施工方案，確定合理的施工程序、順序與工藝流程，確保施工順利和現場布置合理。

3.2.2 清淤回填與井點測量定位

施工區域先排水再清除植物根莖、腐殖土、淤泥等，而后分層回填粘性土至地基處理設計標高（施工操作面），分層厚不宜大于30cm。整平碾壓后在地基頂面整體鋪設不小于50cm 厚、級配良好且最大粒徑不超過10cm 的毛石墊層，再進行氣動組合沖擊排水固結地基處理。為確保氣動組合管下管定位準確，利用GPS 裝置根據氣動組合管平面布置圖進行井點測量定位。

3.2.3 鉆孔下管與回填管周慮砂

氣動組合管主要包括外管、內管、氣管及水平管，如圖2 所示。外管由長8m、管徑11cm 的PE 管制作而成，矩形分布，間距4m×5m。沿管底4m 范圍內采用梅花型方式、間距10cm×10cm 設置管壁透水孔，孔徑為1cm。管壁采用無紡布或100 目尼龍濾網包裹，以避免排水過程中細小土顆粒堆積導致外管淤堵、排水性能降低等。內管由長7.5m、管徑3.2cm 的PVC 管制作而成，置于組合管外管內，頂部用橡膠塞固定，氣管由長7m、管徑1.2cm 的PU 管制作而成，內管與氣管均進行管底開口處理。水平管由管徑5cm 的PVC 管制作而成，根據組合管排距線性通長布置。

圖2 氣動組合管結構大樣圖

氣動組合管下管采用打拔機配套219 型鉆桿成孔，鉆桿中空，長9m、外徑21.9cm、壁厚2cm。鉆孔前將組合管置于鉆桿內部并關閉鉆桿端部蓋板，然后利用打拔機將內含組合管的鉆桿垂直打入土體內，控制垂直誤差在1%以內。達到設計深度后，提升鉆桿并將組合管留在孔內，成孔后立即在井管與孔壁間填充砂石作為濾料，鉆孔頂部靠近地面部分用粘土回填并搗實，防止漏氣。

3.2.4 安裝氣動組合管網系統

氣動組合管下管完成后安裝抽水控制系統，該系統由復式真空排水機組泵體、密封連接件、管道和控制系統組成。具體安裝步驟為水平管一端通過三通接頭、鋼絲軟管連接各管，另一端則分區匯至集水總管，集水總管一端再匯入往復式真空排水機組，往復式真空排水機組再連接一條排水軟管將抽出的水排入鄰近排水渠，最后再用纏繞膜逐一包裹各個接頭，形成密封的管網系統。管網連接完成后，檢查抽水控制系統并進行試抽水，待達到正常出水量且水質由渾濁變清澈后方可進入第一排水周期。

3.2.5 降水與強夯

整個地基處理過程需進行三周期降水和三遍點夯，前兩周期后分別進行一次變能量點夯，第三周期降水后進行一次滿夯。三個周期降水采用真空降水逐步增壓的方式，根據地層差異靈活調整布管間距、深度及夯擊能量等施工參數，進而有效控制組合管降水范圍與工后差異沉降。第一周期降水5～7d，地下水位降至地面以下2.5m 后進行第一遍變能量點夯，能量為1800～2000kN·m。第二周期降水6～8d，地下水位降至地面以下4.5m 且第一遍點夯后超孔隙水壓力消散80%以上方可開始第二遍變能量點夯，能量為2000～2300kN·m。第一遍強夯夯點與第二遍采用長5m、寬5m的正方形分布，如圖3（a）所示，每夯點4～6 擊，當最后兩擊平均沉降量小于10cm 時可停錘。第三周期要求第二遍點夯后超孔隙水壓力消散70%以上方可進行第三遍滿夯。

圖3 夯擊平面布置圖

三個周期降水過程中，若地下水位降幅偏低需提前采取間接性氣動增壓的措施，增壓不低于0.4MPa。第三周期降水結束后，根據強夯施工進度分區域漸進式降壓，即將強夯施工的數排區域一次性降壓到常壓，跳排拔除氣動組合管后進行滿夯施工，強夯施工暫未影響到的區域要持續保持間接性施壓。場地經過點夯初平后，進行滿夯1/4 錘搭接，如圖3（b）所示，每夯點1～2 擊，能量800～1200kN·m。強夯過程中，當夯坑周圍土體隆起值過大或深度超過1.5m 時應暫時收錘并加強排水與點夯遍數，以避免形成“橡皮土”等破壞現象。

4 質量控制

氣動組合式沖擊排水固結地基處理施工應符合《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）、《建筑地基基礎工程施工規范》（GB 51004-2015）等規范要求[13-15]，允許偏差及檢驗方法如表1 所示。施工前嚴格按照設計點位進行測量放線，并以夯點為中心，利用10cm 長木樁與白灰畫圈定位，保證夯錘就位、夯擊位置準確。實時監測并記錄復核施工過程每點的夯錘落距、夯擊能量、夯擊擊數及周圍環境沉降量等參數，確保符合設計要求。施工過程中吊車應保持平穩垂直，一旦出現夯擊位置不清或偏錘等問題，應重新對點、分析偏錘原因并及時調正，坑底填平后方可繼續施工。

表1 氣動組合式沖擊排水固結地基處理施工允許偏差及檢驗方法[13-15]

5 結論

本工程基于氣動式組合沖擊排水固結地基施工工藝，采用“真空降水、逐步增壓，主動、被動排水與變能量強夯相結合”的軟土地基處理關鍵技術，形成致密硬殼層的同時可進一步促進土體孔隙水排出，極大地提升了排水效率，有效避免了“橡皮土”及地基土體隆起等破壞現象。能夠有效提高軟土地基強度，控制施工后差異沉降，對處理大面積軟土地基加固效果明顯，經濟與社會效益顯著，可為類似軟土地基處理工程提供參考與技術支持。