鄭衛(wèi)鋒，吳尚林，張偉，馮自霞

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市，100055;2.華潤(rùn)電力湖北有限公司，湖北省 赤壁市，437300)

0 引言

強(qiáng)夯法是20世紀(jì)60年代法國(guó)Menard技術(shù)公司首創(chuàng)的一種地基加固方法，利用巨錘高落對(duì)地基施加強(qiáng)大的沖擊能，強(qiáng)制壓實(shí)地基［1-4］。強(qiáng)夯置換法是在強(qiáng)夯法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是通過(guò)在夯坑中填料形成硬殼層，坑內(nèi)填料經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯，逐步擴(kuò)大夯點(diǎn)直徑后與周圍土體形成復(fù)合地基，從而提高地基承載力［5-9］。針對(duì)某電廠特殊的回填土(主要為飽和軟粘土)地質(zhì)條件，分別進(jìn)行了強(qiáng)夯與強(qiáng)夯置換法的設(shè)計(jì)、施工，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)得到各自的適用條件，對(duì)類似工程具有一定的參考意義。

1 工程地質(zhì)概況

華潤(rùn)電力湖北蒲圻電廠二期工程計(jì)劃建設(shè)2×1000 MW超超臨界機(jī)組，配套建設(shè)2座冷卻塔。其中冷卻塔區(qū)域?qū)儆诨靥顓^(qū)域，冷卻塔的淋水面積超過(guò)10000 m2，要求地基承載不小于220 kPa，變形模量不小于12 MPa。

1.1 工程地質(zhì)條件

工程原始場(chǎng)地屬低丘地貌單元，冷卻塔區(qū)域主要為填方區(qū)，途經(jīng)改造后的干渠，主要由2條沖溝及2座低丘組成，沖溝發(fā)育，底部基巖上覆地層在分布上具有不均勻性、不連續(xù)性的特點(diǎn)。

冷卻塔區(qū)域的地層特征及其分布規(guī)律自上而下分述如下:

(1)素填土。褐黃、青灰色等，雜色，一般呈松散～稍密狀態(tài)，混有部分粘性土，粘性土含量10% ～20%。層厚隨原始地形的變化而變，約2 m左右，其濕密度19.8 kN/m3，承載力特征值為100 kPa。具有高壓縮性、不均勻性等特點(diǎn)，不能作為重要建(構(gòu))筑物天然地基持力層和下臥層。

(2)粉質(zhì)粘土。灰色，灰黃色，灰褐色，上部見(jiàn)植物根須及腐植物，夾少許砂粒，結(jié)構(gòu)不均;很濕，呈軟塑狀態(tài)(局部呈流塑狀態(tài))，具有高壓縮性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，厚度為6 m左右，處于地形相對(duì)較低的沖溝上部。其濕密度為18.0 kN/m3，孔隙比為0.91，壓縮系數(shù)為 0.48 Mp－1，承載力特征值為 120 kPa。當(dāng)選用此層作為天然地基持力層和下臥層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)處理。

1.2 水文條件

冷卻塔區(qū)域地下水有上層滯水、第四系孔隙水和基巖裂隙水。上層滯水主要存在于原始地面標(biāo)高較低的溝谷地帶粘性土以上，貯存于新近堆積的填土層孔隙之內(nèi)，沒(méi)有穩(wěn)定的水位，受地表水及降雨的影響極大;孔隙水廣泛分布于松散地層的孔隙之中，廠址區(qū)含碎石的粉質(zhì)粘土層內(nèi)的水為此類型水。地下水受地表水、降雨及季節(jié)性的影響較大，排泄方式主要是滲出地表流向更低洼地帶。

2 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)與試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)與處理方案

結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)冷卻塔區(qū)域選擇采用強(qiáng)夯技術(shù)加固地基。強(qiáng)夯施工工藝采用多遍夯擊，夯擊次序?yàn)橹骱弧魏弧搴弧獫M夯，能級(jí)依次減小，每遍夯完后用同類土料回填夯坑并整平。每2遍夯擊之間，應(yīng)有一定的時(shí)間間隔，單擊夯擊能級(jí)包括:主夯4000 kN·m、次夯 4000 kN·m、插夯與滿夯2000 kN·m。強(qiáng)夯夯點(diǎn)布置按正方形布置，第1、2遍采用跳夯，夯點(diǎn)間距第2遍夯擊點(diǎn)間距為10 m;第2遍夯擊點(diǎn)位于第1遍夯擊點(diǎn)間;第3遍先夯第1、2遍主次夯坑，然后再夯其4個(gè)夯點(diǎn)之間的中點(diǎn);第4遍采用滿夯，分2次夯，第1次各夯點(diǎn)緊挨相切，呈正三角形布置，第2次夯點(diǎn)為第1次三角形夯點(diǎn)的中心。

若逢雨季施工時(shí)，應(yīng)采取必要的地面排水措施和塑料薄膜覆蓋夯區(qū)，同時(shí)控制好夯坑回填料及含水量，及時(shí)回填夯坑。

2.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

強(qiáng)夯施工后進(jìn)行了原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，主要包括平板載荷試驗(yàn)、超重型動(dòng)力觸探和密實(shí)度試驗(yàn)，以確定加固處理效果。針對(duì)近10000 m2的冷卻塔強(qiáng)夯區(qū)域，試驗(yàn)檢測(cè)共進(jìn)行了3組平板載荷試驗(yàn)、6組超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、3組密實(shí)度試驗(yàn)。

平板載荷試驗(yàn)采用1 m×1 m的方形承壓板，最大加載壓力為440 kN，加荷等級(jí)分8級(jí)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定［10-11］，取s/d(s為載荷試驗(yàn)承壓板的沉降量，d為承壓板的寬度)等于0.015所對(duì)應(yīng)的壓力作為復(fù)合地基承載力特征值，且按相對(duì)變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的1/2，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。強(qiáng)夯后地基承載力特征值分別為203、182、220 kPa，復(fù)合地基承載力平均值為 202 kPa，不滿足設(shè)計(jì)要求。

超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)［12－13］采用 120 kg 重錘，經(jīng)桿長(zhǎng)修正后得到每米貫入指標(biāo)平均值，共進(jìn)行了6組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，每米錘擊數(shù)基本一致，均在3擊左右，可見(jiàn)強(qiáng)夯技術(shù)對(duì)地基的加固效果不顯著。

圖1 平板載荷試驗(yàn)的荷載位移曲線Fig.1 Curves of load versus displacement for plate loading test

表1 超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Results of super-heavy dynamic penetration test

密實(shí)度試驗(yàn)過(guò)程中，首先選擇代表性土體進(jìn)行了室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，得到回填土的現(xiàn)場(chǎng)最大干密度為2.16 g/cm3;通過(guò)坑探、灌水法與含水率得到強(qiáng)夯土體的現(xiàn)場(chǎng)干密度，最終得到強(qiáng)夯后土體的密實(shí)度，共進(jìn)行3組密實(shí)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。密實(shí)度平均值在86%左右，不滿足壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)強(qiáng)夯技術(shù)加固效果不顯著。

綜合判定強(qiáng)夯后的冷卻塔區(qū)域承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)檢測(cè)不合格。

表2 密實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of density test

3 強(qiáng)夯置換設(shè)計(jì)與試驗(yàn)檢測(cè)

3.1 取土及含水率試驗(yàn)

針對(duì)強(qiáng)夯施工后冷卻塔試驗(yàn)檢測(cè)不合格區(qū)域，進(jìn)行了取土與含水率試驗(yàn)。含水率試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其中1組2 m見(jiàn)水、2組2 m見(jiàn)水、3組8 m見(jiàn)水、4組8 m見(jiàn)水、5組6 m見(jiàn)巖、6組8 m見(jiàn)水。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)距離地表2 m處含水率偏大(為17.4%)，且部分孔位存在明顯的上層滯水，原因在于受到強(qiáng)夯施工過(guò)程中暴雨影響，且未按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行必要的地面排水措施和塑料薄膜覆蓋夯區(qū);(2)離地表7～8 m處存在淤泥質(zhì)土，且含水率也明顯偏高，原因在于此深度為老干渠河底部位，在最初回填時(shí)老干渠底部的淤泥質(zhì)土未及時(shí)清理干凈，且受到回填期間雨季的影響。

表3 含水率試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of moisture content test

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，土體表層范圍內(nèi)存在的上層滯水使得土體含水率明顯高于最佳含水率，使得表層土體難以夯實(shí)，其平板載荷試驗(yàn)結(jié)果難以滿足設(shè)計(jì)要求;同時(shí)土體深部范圍內(nèi)存在的飽和淤泥質(zhì)土，使得底部土體在強(qiáng)夯作用下成為“橡皮土”，此深度范圍內(nèi)的超重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)也明顯偏小。

3.2 強(qiáng)夯置換處理方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體施工條件與施工工期的要求，最終選擇采用強(qiáng)夯置換方法對(duì)不合格區(qū)域重新進(jìn)行加固處理。首先，開(kāi)挖基坑形成墩坑，坑深6 m，坑間距5 m，開(kāi)挖寬度不小于夯錘直徑，坑內(nèi)積水隨時(shí)抽干抽凈，在自然狀態(tài)下暴曬2天。然后，在坑內(nèi)填入硬質(zhì)散體粒料，主要為經(jīng)爆破后的巖體碎石骨料，只在主夯點(diǎn)填料，滿夯點(diǎn)、拍夯點(diǎn)不填料。最后，重新按照強(qiáng)夯設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

3.3 強(qiáng)夯置換試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

強(qiáng)夯置換結(jié)束后同樣進(jìn)行了3組平板載荷試驗(yàn)、6組超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、3組密實(shí)度試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)位與強(qiáng)夯試驗(yàn)點(diǎn)位基本一致。平板載荷試驗(yàn)的荷載位移曲線如圖2所示，超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)的每米貫入指數(shù)均值如表4所示，密實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

根據(jù)圖2可得，復(fù)合地基承載力平均值大于220 kPa。根據(jù)表4可得，超重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)均大于3擊，尤其是1～3 m深度范圍內(nèi)顯著大于其他深度范圍內(nèi)的錘擊數(shù)，反映出強(qiáng)夯置換加固效果主要體現(xiàn)在1～3 m深度范圍內(nèi)的土體。根據(jù)表5可知，密實(shí)度均顯著提高。綜合判定強(qiáng)夯置換后復(fù)合地基的承載力能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 強(qiáng)夯置換后的平板載荷試驗(yàn)曲線Fig.2 Curves of load versus displacement for plate loading test after dynamic replacement

表4 強(qiáng)夯置換后超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of super-heavy dynamic penetration test after dynamic replacement

表5 強(qiáng)夯置換后的密實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Results of density test after dynamic replacement

4 結(jié)論

(1)針對(duì)飽和軟粘土地基，應(yīng)首先選擇強(qiáng)夯置換進(jìn)行加固處理，且應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件采取必要的排水措施與恰當(dāng)?shù)闹脫Q填料。

(2)強(qiáng)夯法施工前應(yīng)進(jìn)行試夯，確定工藝的可行性;施工過(guò)程中要密切注意雨季的地面排水措施，施工后要及時(shí)回填夯坑。

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