黃志文，李書(shū)瑭

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300461；2. 中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290）

0 引言

在大面積填海造陸項(xiàng)目中，常用的密實(shí)處理工藝有強(qiáng)夯法、分層碾壓法及振沖密實(shí)法等，但以上工藝均存在不足之處：強(qiáng)夯法，振動(dòng)影響范圍廣、施工噪音大、設(shè)備凈空高，對(duì)施工邊界條件要求較高，不適用于工況復(fù)雜區(qū)域施工；分層碾壓法，一般分層厚度0.3 m 左右，施工效率慢，且不能與大規(guī)模一次吹填成型工藝相匹配；振沖密實(shí)法，設(shè)備凈空高，對(duì)回填料黏粒含量有嚴(yán)格的要求等。本文以香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道填海工程（以下簡(jiǎn)稱香港三跑工程）施工為例，闡述在復(fù)雜工況條件下，快速夯實(shí)工藝的成功應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

香港三跑工程位于香港現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)北側(cè)，香港口岸人工島項(xiàng)目西北側(cè)，回填區(qū)總面積約650 hm2，回填總量9200 萬(wàn)m3，主要采用砂或合規(guī)替代材料回填，少部分采用公眾填料?；靥顓^(qū)的地基處理主要采用水上排水板+陸上水泥攪拌樁、水上深層水泥攪拌、陸上深層水泥攪拌、振沖密實(shí)等方式。本工程回填施工分為砂墊層、砂墊層～-1.0 mPD（PD 為香港高程基準(zhǔn)面）、-1.0～+2.5 mPD、+2.5 mPD 以上回填4 個(gè)階段，其中+2.5 mPD 以上為陸上回填，要求相對(duì)壓實(shí)度95%及以上。

2 工藝應(yīng)用背景

香港三跑工程具備工程規(guī)模大、施工技術(shù)要求高、安全環(huán)保監(jiān)管嚴(yán)等特點(diǎn)，是國(guó)際大型填海項(xiàng)目要求最高的項(xiàng)目之一。對(duì)于施工而言，限制條件主要體現(xiàn)在對(duì)設(shè)備凈空高度、施工噪音以及工期等方面。在凈空高度限制方面，由于毗鄰的第二跑道處于運(yùn)營(yíng)當(dāng)中，工程建設(shè)過(guò)程中，為保障航空安全，對(duì)施工設(shè)備的限制高度極為嚴(yán)苛，特別是臨近二跑道附近區(qū)域限制高度在+7.1～+15 mPD。這在一定程度上決定了陸上回填密實(shí)工藝可選范圍的局限性。

原設(shè)計(jì)文件要求陸上回填密實(shí)采用分層碾壓，但0.3 m 一層的攤鋪厚度與水力吹填工藝不匹配，且分層碾壓需預(yù)留大面積的回填、碾壓及檢測(cè)等工序工作面，且工期也不能滿足要求。為此，需結(jié)合機(jī)場(chǎng)邊界條件，研究投入一種可與一次性吹填工藝相匹配的密實(shí)工藝。經(jīng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)調(diào)研、實(shí)地踏勘、典型試驗(yàn)等，逐項(xiàng)排除了強(qiáng)夯法及振沖密實(shí)法，最終選取快速夯實(shí)工藝作為陸上回填密實(shí)工藝[1-7]。

3 原理及特點(diǎn)

快速夯實(shí)原理為：液壓缸將夯錘提升至一定高度后釋放，夯錘在重力和液壓蓄能器的共同作用下加速下落，落下后打擊靜壓在地面上帶緩沖墊的夯腳，再通過(guò)夯腳夯擊地面，實(shí)現(xiàn)對(duì)地基土的密實(shí)處理。

與傳統(tǒng)的強(qiáng)夯相比，其作用力峰值小，擊打頻率高，具有作用柔和的突出特點(diǎn)，有防揚(yáng)塵、防飛濺的功能。與傳統(tǒng)的表層碾壓技術(shù)（壓路機(jī)等）相比，其貫穿能力強(qiáng)而均勻，在基礎(chǔ)處理中不易形成表層硬結(jié)，可在較大的深度范圍內(nèi)獲得較均勻的密實(shí)度。

4 工藝施工

4.1 工藝流程

結(jié)合工藝特點(diǎn)，快速夯實(shí)施工流程及順序如圖1 所示。

圖1 快速夯實(shí)流程圖Fig.1 The construction flow chart of RIC

4.2 施工參數(shù)的設(shè)定

4.2.1 設(shè)備選型

香港三跑工程陸上回填密實(shí)處理厚度平均約4.0 m，查閱相關(guān)資料并經(jīng)試驗(yàn)施工驗(yàn)證，選取的夯錘型號(hào)為HC 84（圖2），對(duì)應(yīng)夯擊能為84 kJ，其中夯錘工作重量約12 t，配套采用SH 490 型挖掘機(jī)組合施工。表層碾壓所選用壓路機(jī)自重約18 t，最大激振力不少于200 kN。

圖2 快速夯實(shí)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.2 Field photo of RIC

4.2.2 含水率的控制

香港三跑工程主要回填料為海砂、機(jī)制砂，砂料含泥量少于20%，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，砂料最佳含水率在11%～12%?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，為滿足含水率要求，施工前安排灑水車或水泵灑水作業(yè)。

4.2.3 夯點(diǎn)間距

結(jié)合快速夯實(shí)機(jī)夯擊能量及夯板尺寸規(guī)格（夯板尺寸分為1.0 m 及1.25 m 兩種），夯點(diǎn)間距D 取2.5 m，夯點(diǎn)采用梅花形布置，分3 遍夯實(shí)（圖3）。夯板尺寸的選擇根據(jù)土質(zhì)情況而定，對(duì)于含泥量低的海砂，夯板可選1.25 m 大尺寸，提高其夯擊能的擴(kuò)散效果。

圖3 夯點(diǎn)布置圖Fig.3 Layout plan of RIC points

4.2.4 夯擊次數(shù)及表層壓實(shí)處理

RIC 收錘標(biāo)準(zhǔn)（單個(gè)夯點(diǎn)的總夯擊次數(shù)的確定）取決于最后三錘夯擊沉降量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量、統(tǒng)計(jì)，夯擊次數(shù)達(dá)到50 擊后，最后三錘沉降量少于30 mm。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)施工檢測(cè)結(jié)果，擬定的夯擊次數(shù)為50 擊，可滿足地基檢測(cè)驗(yàn)收的設(shè)計(jì)要求。

快速夯實(shí)施工后，現(xiàn)場(chǎng)留存的沉降孔洞，需采用推土機(jī)進(jìn)行整平，并碾壓密實(shí)?？偰雺罕閿?shù)為8～10 遍。

4.3 壓實(shí)度檢測(cè)

常用的壓實(shí)度檢測(cè)方法為灌砂法和核子密度儀法，這兩種檢測(cè)方法一次檢測(cè)深度為0.3～0.5 m，對(duì)于深層密實(shí)處理回填土，需開(kāi)挖檢測(cè)斷面，如需檢測(cè)4 m 深度回填土，開(kāi)挖工程量非常大，且面臨后續(xù)回填后再處理的問(wèn)題。因此需結(jié)合地質(zhì)勘察方式，選用其他合適的檢測(cè)方式及判定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)深層地基土壓實(shí)施工質(zhì)量。

4.3.1 檢測(cè)方式、方法

經(jīng)過(guò)綜合分析，本項(xiàng)目首次提出采用靜力觸探（CPT）作為質(zhì)量檢測(cè)驗(yàn)收方法。根據(jù)國(guó)外相關(guān)學(xué)術(shù)論述，CPT 錐尖阻力值qc可按照經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)為相對(duì)密實(shí)度。根據(jù)Jamiolkowski（1985）經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：Dr為相對(duì)密實(shí)度，%；qc為CPT 錐尖阻力值，t/m2；σ′v0為垂直有效應(yīng)力，t/m2。

相對(duì)密實(shí)度不同于相對(duì)壓實(shí)度，根據(jù)Lee and Singh（1971）的論述，相對(duì)壓實(shí)度與相對(duì)密實(shí)度的相對(duì)關(guān)系可用式（2）表述：

式中：Dr為相對(duì)密實(shí)度，%；R 為相對(duì)壓實(shí)度，%。

綜合以上2 個(gè)公式，可得出相對(duì)壓實(shí)度與CPT 的qc之間的關(guān)系，因此，理論上用CPT 來(lái)檢測(cè)壓實(shí)效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度是合理可行的。

4.3.2 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)要求相對(duì)壓實(shí)度不少于95%，將數(shù)值代入上述公式后，可得出Dr=0.75，對(duì)應(yīng)不同深度的qc值如表1 所示。

表1 不同深度qc 要求值Table 1 Required value of qc at different depths

在實(shí)際施工中，由于表層土的CPT 值檢測(cè)偏差較大，為避免干擾檢測(cè)值的合格判定，表層600 mm 采用常規(guī)的灌砂法檢測(cè)相對(duì)壓實(shí)度。

以此為理論依據(jù)，香港三跑工程密實(shí)工藝經(jīng)設(shè)計(jì)變更后，政府部門屋宇署批準(zhǔn)快速夯實(shí)的CPT 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

表2 CPT 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)Table 2 CPT acceptance criteria

4.4 工效分析

現(xiàn)場(chǎng)施工統(tǒng)計(jì)，快速夯實(shí)夯錘施工頻率約20 錘/min，每個(gè)點(diǎn)50 擊，單點(diǎn)夯擊用時(shí)約2.5 min，考慮移機(jī)、定位等時(shí)間，單點(diǎn)完成夯實(shí)總時(shí)間5 min 左右，每小時(shí)完成夯點(diǎn)12 個(gè)。依據(jù)擬定的工藝參數(shù)，可得出工效為37.5 m2/h，按照每日有效作業(yè)時(shí)間14 h 計(jì)，每月平均工作25 d，單臺(tái)設(shè)備月均產(chǎn)能可達(dá)13125 m2（按平均處理深度4 m考慮，對(duì)應(yīng)處理工程量為52500 m3）。

5 檢測(cè)結(jié)果分析

快速夯實(shí)工藝在正式投入施工前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在施工區(qū)域外及施工現(xiàn)場(chǎng)均進(jìn)行了多輪次的試驗(yàn)施工，獲取了大量相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，助推該工藝在香港地區(qū)得以首次用于工程實(shí)體，取得了突破性進(jìn)展。

5.1 靜力觸探（CPT）及標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)（SPT）

試驗(yàn)施工階段，按照施工前、第1、2 遍夯擊后及最后碾壓密實(shí)后分別檢測(cè)，總檢測(cè)次數(shù)為4輪，每一輪檢測(cè)點(diǎn)位均設(shè)置在夯點(diǎn)形成的中心最薄弱處。

具體檢測(cè)點(diǎn)位布置如圖4 所示。

圖4 檢測(cè)點(diǎn)位布置圖Fig.4 Layout plan of testing points

對(duì)CPT 檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)圖5，每一遍夯擊后，+2.5 mPD 以上回填土的qc值均得到了有效提升，特別是第3 遍夯擊后，表層1.0～2.0 m 深度的qc值提高4～8 MPa，提升較為明顯，土壤整體強(qiáng)度得到了有效提高。

圖5 試驗(yàn)階段CPT 檢測(cè)結(jié)果Fig.5 CPT testing results in trial stage

從圖5 也可以看出，+2.5 mPD 以下qc值增長(zhǎng)逐步減少，土壤強(qiáng)度增長(zhǎng)逐步減弱，夯擊能傳遞深度有限。

現(xiàn)場(chǎng)大范圍施工后，從驗(yàn)收檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，基本與試驗(yàn)階段一致，CPT 的qc值均基本滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)圖6。

圖6 正式施工階段CPT 檢測(cè)結(jié)果Fig.6 CPT testing results in formal construction stage

SPT 作為輔助檢測(cè)手段，主要用于試驗(yàn)階段校核CPT 值是否出現(xiàn)大的偏差，進(jìn)一步判定壓實(shí)土的地質(zhì)特性。同時(shí)，根據(jù)本項(xiàng)目回填土物理力學(xué)特性，通過(guò)對(duì)SPT 和CPT 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，推算適用于本項(xiàng)目的SPT 與CPT 之間的函數(shù)關(guān)系：qc=0.6N。

5.2 灌砂法（SRT）及核子密度儀法（NDT）

試驗(yàn)階段，灌砂法及核子密度儀法用于校核CPT 及SPT 檢測(cè)結(jié)果，采用逐層開(kāi)挖，分層檢測(cè)，見(jiàn)圖7。

圖7 SRT 檢測(cè)斷面設(shè)置示意圖Fig.7 Schematic diagram of SRT testing section setting

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，SRT 及NDT 檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)快速夯實(shí)工藝的處理效果可滿足設(shè)計(jì)要求，不同深度范圍內(nèi)SRT 檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 試驗(yàn)階段SRT 檢測(cè)結(jié)果分析Fig.8 SRT testing result analysis in the trial stage

現(xiàn)場(chǎng)大范圍正式施工后，僅表層600 mm 采用SRT 進(jìn)行檢測(cè)，分兩級(jí)進(jìn)行，每級(jí)檢測(cè)厚度為300 mm。相比原設(shè)計(jì)，檢測(cè)數(shù)量大幅降低，檢測(cè)進(jìn)度可較好地滿足場(chǎng)地交付驗(yàn)收要求。

6 結(jié)語(yǔ)

快速夯實(shí)工藝國(guó)內(nèi)常用于道路補(bǔ)強(qiáng)等局部施工，在大型填海項(xiàng)目中尚未有具體應(yīng)用，該新工藝在香港屬于首次成功實(shí)施，為將來(lái)在香港和大陸推廣應(yīng)用提供很好的參考借鑒。

快速夯實(shí)工藝經(jīng)過(guò)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工的論證，選定的84 kJ 夯擊能的RIC 設(shè)備，其有效處理深度可達(dá)4 m 左右，能與一次性水力吹填工藝相互匹配，極大地保障了現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度。同時(shí)，由于其環(huán)保性能好、工效相對(duì)較高、成本節(jié)約等諸多優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于各種復(fù)雜工況條件下的地基土密實(shí)處理施工，能有效彌補(bǔ)強(qiáng)夯、振沖密實(shí)等對(duì)凈空、噪音、振動(dòng)影響及土質(zhì)要求等方面的不足，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。