盛利，袁方龍

（1.天津津港建設(shè)有限公司，天津 300456；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

0 引言

軟土地基加固[1-2]是港口碼頭建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其對于地基沉降的要求標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，尤其是對于一些老舊堆場碼頭改造工程，由于受場地之前加固工藝和用途的影響，場地表層經(jīng)過多次堆填、修整后產(chǎn)生不同厚度的雜填土硬殼層，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，區(qū)域土層的不均勻性和特殊性比較明顯，且地下水位較高，若地基處理[3]措施不當(dāng)，在長時(shí)間高強(qiáng)度堆壓下極易誘發(fā)地基產(chǎn)生不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)將影響碼頭和堆場的正常使用和運(yùn)營。

強(qiáng)夯法[4-5]是解決地基沉降最直接有效的方法，具有適用范圍廣、加固效果顯著、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前強(qiáng)夯法在加固表層存在大塊混凝土和聯(lián)鎖塊等硬殼層的飽和軟黏土地基的應(yīng)用較少，且插打排水板對強(qiáng)夯加固效果[6-8]的影響規(guī)律尚不清楚，進(jìn)行深入研究對于指導(dǎo)大面積復(fù)雜場地地基強(qiáng)夯加固設(shè)計(jì)和施工具有重要意義。

本文以天津港某集裝箱碼頭工程為依托，對強(qiáng)夯法和插板強(qiáng)夯法的加固效果及規(guī)律性進(jìn)行試驗(yàn)研究，并將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，以對后期的強(qiáng)夯設(shè)計(jì)和大面積施工提供有效的參考和借鑒。

1 工程地質(zhì)概況

天津港某集裝箱碼頭地塊總面積約76萬m2，歷史成陸原因復(fù)雜，自南向北作為煤炭、礦石散貨臨時(shí)堆場使用至今，道路及堆場布置自由、零散。地質(zhì)勘察報(bào)告揭露土層自上而下為：

①1雜填土：層厚為2.0～7.0 m，雜色，松散，主要由磚塊、大塊混凝土、碎石、粉煤灰渣及廢土組成，表層局部為連鎖塊；①2混凝土塊：厚度一般為0.30～0.70 m，以大塊混凝土為主，呈雜色、青灰色，鉆探時(shí)局部巖芯呈短柱狀或碎塊狀，敲擊聲脆，最大柱長20～30 cm，局部含鋼筋，疑似混凝土建筑垃圾；①3堿渣質(zhì)雜填土：層厚為1.2～2.0 m，灰白色，膏狀，部分呈渣狀，夾少量石子；②1黏土：層厚為2.0～6.0 m，灰色，呈流塑—軟塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬高壓縮性土。土質(zhì)不均，夾淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土透鏡體；②2淤泥質(zhì)黏土：層厚為1.0～5.0 m，呈灰色，流塑—軟塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬高壓縮性土；③1黏土：層厚為2.0～6.5 m，灰色，流塑—軟塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬高壓縮性土。

場區(qū)靜止水位埋深+2.8 m。

2 試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)

2.1 排水板布設(shè)

選取土層分布均勻且具有代表性的場地作為試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)區(qū)分為強(qiáng)夯區(qū)和插板強(qiáng)夯區(qū)，兩試驗(yàn)區(qū)相鄰分布，面積均為15 m×15 m，地面標(biāo)高為+5.0 m，表層存在2.0～3.0 m厚的硬殼層（雜填土、混凝土塊等），下臥土體以飽和黏土為主。

插板強(qiáng)夯區(qū)排水板打設(shè)前開挖清除表層2 m厚的硬殼層，排水板呈7行7列正方形布置，間距0.8 m，板底標(biāo)高為-5.0 m，板頭外露2.0 m，排水板打設(shè)完成后，將開挖土體回填至原地面標(biāo)高，回填過程中保持排水板板頭直立。

2.2 監(jiān)測檢測點(diǎn)布置

在強(qiáng)夯區(qū)和插板強(qiáng)夯區(qū)中心各埋設(shè)1組孔隙水壓力監(jiān)測點(diǎn)（每組4個(gè)孔壓傳感器，各傳感器埋深高程為：+1.0 m、-1.0 m、-3.0 m、-5.0 m）；夯擊前后在兩試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)位置分別進(jìn)行了原狀取土和十字板剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)平面設(shè)計(jì)圖見圖1。

圖1 試驗(yàn)區(qū)平面設(shè)計(jì)圖Fig.1 Design plan oftestarea

2.3 試夯設(shè)計(jì)

現(xiàn)場以“少擊多遍，逐步夯實(shí)”的原則夯擊，夯點(diǎn)位置均選在孔隙水壓力監(jiān)測點(diǎn)的4個(gè)角點(diǎn)處，夯點(diǎn)距孔壓監(jiān)測點(diǎn)約1.5 m，兩試驗(yàn)區(qū)采取相同的夯擊參數(shù)。

強(qiáng)夯施工具體參數(shù)詳見表1。

表1 強(qiáng)夯施工參數(shù)Table 1 Construction parameters ofdynamic compaction

3 監(jiān)測（檢測）結(jié)果分析

3.1 室內(nèi)土體密度試驗(yàn)

圖2給出了夯擊前和第3遍夯擊結(jié)束7 d后，試驗(yàn)區(qū)地基土體密度沿深度變化曲線。

圖2 土層密度分布曲線Fig.2 Distribution curve of soillayer density

由圖2可知，強(qiáng)夯加固后，插板區(qū)和無板區(qū)土體密度均得到有效增長，最上部土體密度增幅最大，分別提高了15.8%和9.2%，密度增幅沿深度遞減，說明地基有效加固深度范圍內(nèi)，夯擊能沿土體深度傳遞呈衰減趨勢，傳遞至標(biāo)高-3.5 m處，土體密度幾乎無增長；夯擊后，插板區(qū)土體密度明顯高于無板區(qū)，說明在排水條件下進(jìn)行強(qiáng)夯，土層更易被夯密，地基的穩(wěn)定性更易提高。

3.2 孔隙水壓力檢測

圖3給出了夯擊過程中及夯擊結(jié)束后，插板區(qū)和無板區(qū)地基土體內(nèi)孔隙水壓力變化曲線，由圖可知，夯擊過程中，孔隙水壓力呈陡增趨勢，且孔壓增幅最大值出現(xiàn)在土層最上部，孔壓增幅沿土層深度遞減；隨著夯擊遍數(shù)的增加，孔壓峰值逐漸減??；每遍夯擊結(jié)束后，插板區(qū)孔壓峰值明顯低于無板區(qū)，且插板區(qū)孔隙水壓力消散比例平均值達(dá)到每遍夯擊后峰值的75%的時(shí)間為3 d左右，相比于無板區(qū)孔隙水壓力消散時(shí)間（7 d）明顯縮短，說明插設(shè)排水板能夠合理改善下臥黏土層的排水條件，有效加快軟土地基的固結(jié)速度。

圖3 試驗(yàn)區(qū)孔隙水壓力變化曲線Fig.3 Variation curve ofpore water pressure in test area

3.3 十字板剪切試驗(yàn)

由圖4可以看出，夯擊結(jié)束后，試驗(yàn)區(qū)土體的抗剪強(qiáng)度均得到提高，抗剪強(qiáng)度最大增幅出現(xiàn)在最上部土層（標(biāo)高+2.0 m），且強(qiáng)度增幅沿土層深度呈遞減趨勢；插板區(qū)土體的抗剪強(qiáng)度增長更明顯，最大值為36.1 kPa，較無板區(qū)土體抗剪強(qiáng)度提高了26.8%，說明插板強(qiáng)夯法更能提高地基土體的力學(xué)特性，加固效果更明顯。

圖4 十字板剪切強(qiáng)度分布曲線Fig.4 Distribution curve ofvane shear strength

3.4 有效加固深度

由圖2～圖4可知，在強(qiáng)夯法和插板強(qiáng)夯法作用下，軟土地基的物理力學(xué)特性均得到有效提高，且增長幅值沿土層深度呈遞減趨勢，在標(biāo)高-3.5 m（深度8.5 m）左右，地基土體幾乎不受強(qiáng)夯作用影響，故可認(rèn)為該試驗(yàn)場地強(qiáng)夯的有效加固深度為8.5 m，根據(jù)強(qiáng)夯加固深度公式[9]可反算出經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α值：

式中：α為強(qiáng)夯加固深度經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；H為強(qiáng)夯有效加固深度，m；Wh為夯擊能，kN·m。

代入有效加固深度，得出α值為0.601，此值可用于計(jì)算相似場地強(qiáng)夯有效加固深度。

4 結(jié)語

通過對比分析強(qiáng)夯法和插板強(qiáng)夯法加固港口堆場復(fù)雜場地地基的效果，得出：

1）強(qiáng)夯法和插板強(qiáng)夯法均能有效提高軟土地基的密度，且土體密度增幅沿土層深度減?。辉谙嗤膹?qiáng)夯施工參數(shù)下，插板區(qū)和無板區(qū)地基土體密度的最大增長比例分別為15.8%和9.2%，可得出插板強(qiáng)夯法更容易提高地基土體密度。

2）在強(qiáng)夯施工結(jié)束后，無板區(qū)土體內(nèi)產(chǎn)生的超孔隙水壓力較大，插板區(qū)土體的孔隙水壓力消散比例平均值達(dá)到每遍夯擊后峰值的75%的時(shí)間為3 d左右，較無板區(qū)孔隙水壓力消散時(shí)間（7 d）明顯縮短，說明插設(shè)排水板能夠合理改善下臥黏土層的排水條件，有效加快軟土地基的固結(jié)速度。

3）強(qiáng)夯法能有效提高土體的抗剪強(qiáng)度，且強(qiáng)度增幅沿土體深度遞減，插板區(qū)土體抗剪強(qiáng)度最大值為36.1 kPa，較無板區(qū)土體的抗剪強(qiáng)度提高了26.8%，說明插板強(qiáng)夯法更能提高地基土體的力學(xué)特性，在地基設(shè)計(jì)時(shí)可考慮將插板作為設(shè)計(jì)措施。

4）插板區(qū)和無板區(qū)在2 000 kN·m夯擊能作用下的有效加固深度為8.5 m，根據(jù)強(qiáng)夯有效加固深度公式，計(jì)算出強(qiáng)夯加固深度經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0.601，對于計(jì)算相似場地強(qiáng)夯有效加固深度具有參考意義。