陳康太

(浙江山川有色勘察設計有限公司，浙江 紹興 312000)

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“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的適宜性分析

陳康太

(浙江山川有色勘察設計有限公司，浙江 紹興 312000)

摘要：“高真空擊密法”是一種加固處理軟基的新技術，在此，結合具體工程實例“高真空擊密法處理杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)東二區(qū)經(jīng)四路吹填土軟基的處理效果檢測分析”，應用地基豎向靜載荷試驗、雙橋靜力觸探試驗、鉆探取樣室內土工常規(guī)物理力學指標試驗、鉆探標準貫入液化判別試驗等檢測方法，對該工程吹填土軟基加固處理前及加固處理后的地基土進行了檢測分析，從而分析判別“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的處理效果及其適宜性。

關鍵詞：高真空擊密法；吹填土；軟基；加固處理；檢測；適宜性

1高真空擊密法簡述

1.1高真空擊密法基本原理

“高真空擊密法”是一種快速加固處理軟基的新技術，是在普通強夯法基礎上的改進工法，是通過數(shù)遍高真空壓差排水，并結合數(shù)遍合適的變能量擊密，使強夯擊密效果大大提高，使被處理土體的含水量降低，形成一定厚度的密實度高、承載力高、變形模量高的超固結“硬殼層”，從而來滿足地基承載力和變形的要求，減少地基施工后沉降和差異沉降[1]。該工法主要適用于除淤泥質土層以外的各種含水量高、壓縮性高、承載力低的軟弱地基土。

1.2高真空擊密法的特點

1)在強夯前，對高含水量的軟土先進行高真空排水以減小土的飽和度，可有效增加夯擊效率，同時減小產(chǎn)生的超孔隙水壓力。這屬于主動排水。

2)排水后土體孔隙的自我壓密有限而且緩慢，土層變形并不明顯，要在回水以前用強夯的方法加以擊密。

3)對于粉土或滲透系數(shù)較小的軟土，在適當夯能的作用下，土中出現(xiàn)的微裂縫可增加土的滲透性能，產(chǎn)生的超孔隙水壓力能提高孔隙水滲流的水頭梯度，從而進一步增加排水效果。為此，提出了第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時進行的獨特排水工序[1]。

4)由于第二次高真空作用，使第一遍強夯產(chǎn)生的孔隙水壓力快速消散，使兩遍強夯間隙時間大大縮短，與普通強夯法相比，大大縮短了工期。

5)真空排水導致地下水位下降，對深層地基具有降水預壓的作用。

6)該工法巧妙地解決了軟土超孔隙水壓力消散及強夯容易使軟土形成“彈簧土”等關鍵問題，通過人為在土層中制造的“壓差”(擊密產(chǎn)生的超孔隙水壓力為“正壓”，高真空產(chǎn)生的為“負壓”)來快速消散孔隙水壓力，使軟土中的水快速排出，大大地提高了擊密效果而達到處理目的[2]。

7)高真空擊密法的施工過程是信息化的。通過施工前了解的地質條件，不同的區(qū)域實施不同的施工參數(shù)，并在施工過程中，對地面沉降、地下水位、超孔隙水壓力和單點夯沉量等進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果進行調整施工參數(shù)并嚴格控制排水，直至達到處理要求。

2工程實例

2.1工程概況

上虞杭州灣工業(yè)園區(qū)投資發(fā)展有限公司擬新建杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)東二區(qū)經(jīng)四路延伸段，該延伸段路基主要為新近吹填而成，其吹填土路基屬超飽和的欠固結土，其工程性質差、承載力低、壓縮性高、嚴重液化，人機都較難進場，不能滿足道路地基的要求，因此建設單位擬對該延伸段的吹填土軟土路基采用“高真空擊密法”進行加固處理。因為杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)和周邊地區(qū)無“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的施工經(jīng)驗，為檢驗“高真空擊密法”是適宜于該區(qū)域地質條件的地基處理方法，以及為該區(qū)域大面積采用“高真空擊密法”加固處理吹填土軟土路基提供一定的經(jīng)驗，建設單位于2010年6月委托“上海港灣軟地基處理工程有限公司”對大小約300 m×26 m=7 800 m2的吹填土場地內的軟土路基進行“高真空擊密法”加固處理試驗，并委托筆者公司對其處理效果進行檢測分析。

2.1.1工程地質概況

場地位于上虞市的蓋北鎮(zhèn)世紀丘，為杭州灣海涂地貌，地形較平坦。場地現(xiàn)狀標高約3.9 m，沖填土層厚5～7 m。根據(jù)地質資料，場地在20.0 m深度范圍內按成因類型及物理力學性質可分為3個工程地質大層，其工程地質特征描述如下。

1)沖填土：黃灰、灰色，松散—稍密狀，飽和，松散—稍密狀，高壓縮性，主要由粉土組成，夾少量粉砂，搖震反應迅速，韌性低，干強度低，約1年內圍海吹填而成，屬欠固結土。整個場地分布，層厚一般5～7 m。

2)黏質粉土：黃灰、灰色，飽和，稍密—中密狀，中壓縮性，主要以粉粒為主，黏粒次之，含少量云母，搖震反應迅速，韌性低，干強度低。整個場地分布，層底深度一般在13 m左右，地基土承載力特征值約120 kPa。

3)砂質粉土：黃灰、灰色，飽和，稍密—中密狀，中壓縮性，主要以粉粒為主、黏粒次之，含少量云母，搖震反應迅速，韌性低，干強度低。整個場地分布，層底深度約20 m，地基土承載力特征值約160 kPa。

2.1.2水文地質概況

根據(jù)地質資料，場地內土層含水量豐富，呈飽和狀態(tài)，地下水主要為孔隙潛水，埋藏較淺，水位埋深一般在0.20～0.60 m(高程約3.5～3.7 m)，主要賦存于淺部的1)、2)、3)號層中，水位略高于河水水面，地下水以蒸發(fā)和向河流排泄為主，受季節(jié)性氣候影響較大，水位變化幅度一般為1.50 m左右。各土層為弱透水性，滲透系數(shù)k主要在4.0E-04～4.0E-05cm/s之間。

2.2地基加固處理的要求

本場地軟土路基加固處理主要是密實表層的沖填土層，加固處理后要達到如下要求：

1)軟基加固處理后地基土承載力特征值達到140kPa；

2)軟基加固處理的影響深度達到6.0～8.0m；

3)軟基加固處理后要消除場地吹填土層的液化性；

4)軟基加固處理后要消除場地較大的差異沉降；

5)軟基加固處理后的交工標高約3.9～4.0m(現(xiàn)狀場地標高3.9m，考慮到施工沉降，施工前先預拋高吹填0.8m厚的粉土層，即吹填至黃海標高4.7m)。

2.3具體施工工藝流程

場地內的軟土路基為含水量高、初始強度低、嚴重液化、欠固結的吹填土層，在采用“高真空擊密法”加固處理時，其擊密能量總體呈“先輕后重，少擊多遍”的特點。其主要施工工藝流程如下：

1)定位放線，確定高真空擊密法的試驗區(qū)域。確定處理后的交工標高，根據(jù)經(jīng)驗施工會沉降約0.7～0.8m，在加固處理前先預拋高吹填了0.8m厚的粉土層。因場地為剛吹填完不久，須采取淺層預處理措施直至可以承受人與機械進場施工。具體淺層預處理主要是采取插淺真空管排水配合低能量強夯點夯，夯擊能量500～800kN·m。

2)場地淺層具有一定的承載力后，預埋各種監(jiān)測設備，進行施工前的各項監(jiān)測。

3)進行高真空排水，真空排水管分層設置深管和淺管，進行第一遍高真空排水，期間進行各種監(jiān)測項目觀測，實施信息化管理，判斷能否進行第一遍高真空擊密。

4)場地含水量豐富，整個強夯點夯過程中能保留下來的真空排水管繼續(xù)進行排水，即強夯、排水同時進行。對場地實施了持續(xù)排水約7d后，開始進行第一遍強夯跳夯點夯，能量1 000～1 500kN·m，3～4 擊。

5)第一遍跳夯點夯后，待孔隙水壓力消散75%～85%后，施工單位對各種監(jiān)測項目進行自檢，根據(jù)自檢情況調整第二遍“高真空擊密”的施工參數(shù)，并進行第二遍跳夯點夯，能量1 800～2 000kN·m，4～5擊。

6)第二遍跳夯點夯后，待孔隙水壓力消散75%～85%后，對各種監(jiān)測項目進行自檢，并根據(jù)自檢情況調整第三遍“高真空擊密”的施工參數(shù)，并進行第三遍點夯，夯點打在第一遍夯點上，對第一遍夯能進行加強，能量2 000～2 300kN·m，4～6擊。

7)第三遍點夯后，待孔隙水壓力消散75%～85%后，對各種監(jiān)測項目進行自檢，并根據(jù)自檢情況調整滿夯的施工參數(shù)，并進行滿夯，能量為700～900kN·m，1～2擊。

8)滿夯施工結束后，對處理效果先行自檢，待滿足地基處理要求后，交付業(yè)主委托第三方進行檢測驗收。

2.4軟基處理效果檢測

經(jīng)建設單位委托：筆者公司根據(jù)相關規(guī)范對高真空擊密處理前的地基土(場地淺層預處理后)進行了豎向靜載荷試驗、雙橋靜力觸探試驗、鉆探取樣室內土工常規(guī)物理力學指標試驗及鉆探標準貫入液化判別試驗；在高真空擊密處理后約28d時，也對處理后的地基土進行了豎向靜載荷試驗、雙橋靜力觸探試驗、鉆探取樣室內土工常規(guī)物理力學指標試驗及鉆探標準貫入液化判別試驗[3-4]。通過對以上各檢測項目的對比，分析判別“高真空擊密法”加固處理吹填土軟土路基的處理效果及其適宜性。

2.4.1軟基處理前后土層的豎向靜載荷試驗對比

在軟土路基處理前及軟土路基處理后的區(qū)域，分別進行3個試驗點的地基豎向靜載荷試驗。具體點位由建設單位指定，均采用邊長為1.0m的鋼板。軟基處理前及處理后各個試驗點的靜載荷試驗數(shù)據(jù)對比見表1，軟基處理前及處理后3#點的靜載荷試驗壓力和沉降的P-s曲線對比見圖1。

圖1　軟基處理前及處理后3#點的靜載荷試驗p-s曲線對比圖

表1　軟基處理前及處理后土層的靜載荷試驗數(shù)據(jù)對比表

根據(jù)表1靜載荷試驗數(shù)據(jù)對比表、根據(jù)圖1靜載荷試驗p-s曲線對比圖，可以看出“高真空擊密法”加固處理軟基的效果明顯，軟基加固處理后的地基土承載力極限值在280kPa以上，當荷載加至280kPa時對應的沉降量在規(guī)范允許范圍內，達到軟基加固處理后地基土承載力特征值在140kPa以上的設計要求。

2.4.2軟基處理前后土層的雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)對比

在軟土路基處理前及處理后的區(qū)域分別施工3個雙橋靜力觸探孔，對軟基處理前及處理后深度在8.0m以上土層的雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計對比見表2，軟基處理前與處理后3#點處的雙橋靜力觸探曲線對比見圖2。

表2　軟基處理前及處理后的雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)平均值對比表

圖2　軟基處理前與處理后3#點的雙橋靜力觸探曲線對比圖

根據(jù)表2雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)平均值對比表及根據(jù)圖2雙橋靜力觸探曲線對比圖，可以看出相比軟基處理前，軟基處理后的qc與fs值增加數(shù)倍以上，表明軟基處理效果明顯，特別是1#沖填土層更為明顯，其加固處理深度可以達到6.0～8.0m以上。

根據(jù)相關經(jīng)驗公式與雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)，亦可以計算出地基土承載力。根據(jù)曲線對比圖可以看出，經(jīng)處理后：0.0～7.0m之間qc<1.0MPa部位的沖填土層的承載力提高約4～6倍以上，1.0MPa

根據(jù)雙橋靜力觸探成果分析，“高真空擊密法”對軟基加固處理后在6.0～8.0m以上形成了超固結的“硬殼層”，且使土層擠密均勻，消除了原有較大的差異沉降；其加固處理后的地基土承載力特征值達到了設計要求的140kPa以上；其加固處理影響深度達到了設計要求的6.0～8.0m。

2.4.3軟基處理前后土層的室內土工常規(guī)物理力學指標對比

在軟土路基處理前(淺層預處理后能擺放輕型鉆機的地方施工)及軟土路基處理后分別施工了3個輕型鉆探取樣+標貫孔，對8.0m以上土層每1m間距取1只原狀土樣進行了常規(guī)物理力學指標試驗。8.0m以上土層的室內土工常規(guī)物理力學指標統(tǒng)計平均值對比見表3。

表3　軟基處理前與處理后土層的室內土工常規(guī)物理力學指標平均值對比表

通過表3室內土工常規(guī)物理力學指標平均值對比表，可以看出，在軟基加固處理后，8.0m以上土層的含水量、重度、孔隙比、壓縮模量、固結快剪的粘聚力及內摩擦角等常規(guī)物理力學指標，相比軟基加固處理前都有了較好的提升，加固處理的效果明顯。

2.4.4軟基處理前后土層的標準貫入液化性對比

在軟土路基處理前及處理后分別施工了3個輕型鉆探取樣+標貫孔，每個鉆孔8.0m以上除取樣外，還按1m間距做了7次標貫，處理前8.0m以上土層的標貫擊數(shù)1～3擊，液化等級主要在輕微至中等液化。標準貫入數(shù)據(jù)及液化性對比詳見表4。

表4　軟基處理前及處理后土層的標準貫入液化性對比

通過表4標準貫入液化性對比表，可以看出，8.0m以上土層由軟基加固處理前的輕微至中等液化的欠固結土轉變?yōu)檐浕庸烫幚砗蟮牟灰夯某探Y土，標貫擊次有較大的提高，相應的地基土承載力有較大的提高。

3結語

通過對吹填土軟土路基加固處理前及加固處理后的地基土應用豎向靜載荷試驗、雙橋靜力觸探試驗、鉆探取樣室內土工常規(guī)物理力學指標試驗及標準貫入液化判別試驗等試驗方法進行檢測及對比分析，可以得出以下結論。

1)“高真空擊密法”加固處理吹填土軟基的影響深度達到了設計要求的6.0～8.0m，軟基處理后表層形成了6.0～8.0m厚的超固結的“硬殼層”，且使土層較均勻、較密實，消除了原有較大的差異沉降；

2)吹填土軟基加固處理后，8.0m以上土層物理力學指標及地基土承載力明顯得到提高，0.0～8.0m的地基土承載力特征值可以達到設計要求的140kPa以上；

3)吹填土軟基加固處理后，沖填土層由輕微至中等液化的欠固結土轉變?yōu)椴灰夯某探Y土；

4)吹填土軟基加固處理后，經(jīng)測量地面標高約3.9～4.0m，滿足建設單位交工標高的要求；

5)從吹填土軟基加固處理后地基土的檢測結果來看，其地基處理效果已經(jīng)達到甚至超過設計單位的要求，在施工過程中及施工結束后的沉降觀測等數(shù)據(jù)均符合設計要求，說明“高真空擊密法”在該區(qū)域同等地質條件下(主要指吹填形成的海涂區(qū)或粉土區(qū))進行大面積的加固處理軟基，是適宜可行的，是該區(qū)域較有效、較快速、較環(huán)保的軟基處理方法。

參 考 文 獻

[1]上海港灣軟地基處理工程有限公司，上海港灣軟地基設計研究院.杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)拓展區(qū)經(jīng)四路試驗區(qū)高真空擊密法試驗研究報告[R].上海：上海港灣軟地基處理工程有限公司，2010.

[2]龔紅旗.高真空擊密法填海灘涂地基處理試驗研究[J].巖土工程界，2009，12(7)：33-35.

[3]中國建筑科學研究院.JGJ79—2012建筑地基處理技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]河海大學.GB/T51064—2015吹填土地基處理技術規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

收稿日期：2015-12-15

作者簡介：陳康太(1983—)，男，甘肅靜寧人，工程師，從事巖土工程勘察工作。

中圖分類號：TU472

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)03-0031-06

Analysis on the Appropriateness of the Soft Foundation of Soft SoilStrengthening Treated by the Method of High Vacuum Compaction

CHEN Kangtai