黃祥嶺

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

1 前言

近年來(lái)隨著中國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐加快，吹填土已被廣泛應(yīng)用于沿海區(qū)域拓展，如何針對(duì)吹填土的地質(zhì)特性合理運(yùn)用真空動(dòng)力固結(jié)處理技術(shù)進(jìn)行地基加固已成為該領(lǐng)域的重要課題。與其他施工工藝相比，真空動(dòng)力固結(jié)具有施工成本低、工藝簡(jiǎn)練、便于監(jiān)控、安全環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

本文結(jié)合在曹妃甸西站真空動(dòng)力固結(jié)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，著重探討該工法在吹填土地基處理中的應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行分析總結(jié)，以期達(dá)到真空動(dòng)力固結(jié)的合理化運(yùn)用及吹填土加固的質(zhì)量要求。

2 加固原理

真空動(dòng)力固結(jié)法是將高真空強(qiáng)降水固結(jié)與動(dòng)力固結(jié)（強(qiáng)夯結(jié)合碾壓）有機(jī)結(jié)合，由真空排水系統(tǒng)和動(dòng)力加壓系統(tǒng)的耦合作用實(shí)現(xiàn)快速消散孔隙水壓力和增加土顆粒間的有效應(yīng)力，從而達(dá)到快速固結(jié)土體的目的。

在真空降水前，需在預(yù)處理區(qū)域范圍內(nèi)安裝真空排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由真空降水泵機(jī)組及真空降水管組成，依靠真空泵的抽氣運(yùn)作使系統(tǒng)內(nèi)始終保持真空負(fù)壓狀態(tài)，土體內(nèi)的水在表面壓力差及土體自重的作用下由高壓向低壓流動(dòng)，通過(guò)降水管表面的濾網(wǎng)及細(xì)孔進(jìn)入排水系統(tǒng)而強(qiáng)制排除。該過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行可以使地下水位降低至設(shè)計(jì)降水面標(biāo)高，使土體含水量接近最優(yōu)狀態(tài)，同時(shí)具備一定的預(yù)壓作用。

在動(dòng)力固結(jié)過(guò)程中，在已降水區(qū)域由打夯機(jī)吊起夯錘對(duì)土體施以沖擊擊密，該過(guò)程中夯錘的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為夯擊能（動(dòng)能），使地基土在含水量處于最優(yōu)狀態(tài)的前提下增加孔隙水壓力，土體的密實(shí)度和承載力得到提高，強(qiáng)夯過(guò)程中形成的超靜孔隙水壓力會(huì)在下一輪降水過(guò)程中順利消除，并伴隨著土體體積的壓縮以及土顆粒間有效應(yīng)力的增加，兩種系統(tǒng)交替進(jìn)行，形成“三降三夯”的施工工法，順利完成后可以提高地基表層土體強(qiáng)度，防止砂土液化，減少地基差異沉降，并使地表形成一層較為均勻的硬殼。

3 工程概況

曹妃甸鐵路擴(kuò)能改造工程CKNS-2 標(biāo)段西站區(qū)域位于新近吹填土地區(qū)，吹填土大部分為深海粉細(xì)砂，個(gè)別地段存在淤泥包，吹填土厚度一般為4～6 m，個(gè)別地段為8～10 m，其中露出水面部分的表層2 m 較堅(jiān)硬，其下及水下呈流塑狀。該地區(qū)部分地段的飽和松散粉砂、細(xì)砂及粉土為地震液化層，液化厚度不大，多呈透鏡體狀分布。

曹妃甸西站根據(jù)軟基處理形式的不同劃分為多個(gè)區(qū)域，其中折返段區(qū)域24、環(huán)線區(qū)域14～區(qū)域17 均采用真空動(dòng)力固結(jié)進(jìn)行地基加固處理，處理面積總計(jì)43.43 萬(wàn)m2。加固完成后要求有效地基加固深度達(dá)到6～8 m，復(fù)合地基承載力特征值不小于150 kPa，地基工后沉降不超過(guò)20 cm，沉降速率不大于5 cm/年，并滿足7 度地震區(qū)（0.15 g）的抗震液化要求。

4 施工工藝流程

處理地基之前沿線路方向按200～300 m 的間距劃分加固區(qū)，結(jié)合地質(zhì)資料對(duì)加固區(qū)吹填土厚度進(jìn)行深度驗(yàn)證以確定加固深度范圍，然后根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)估沉落量對(duì)加固區(qū)地基進(jìn)行土方整平，每塊區(qū)域設(shè)置8 處水位觀測(cè)孔，真空動(dòng)力固結(jié)采用由真空降水（如圖1 所示）和點(diǎn)夯（如圖2 所示）結(jié)合而成的“三降三夯”的施工工藝，主要工藝流程如下。

圖1 真空降水布置示意圖

圖2 點(diǎn)夯布置示意圖

4.1 布置封管

在加固區(qū)域外圍設(shè)置封管，封管離施工區(qū)域邊線2～4 m，管長(zhǎng)均為6 m，點(diǎn)距1.75 m。

4.2 安裝降水系統(tǒng)

在吹填土中將插管機(jī)插入降水管，單排真空降水管排距3.5 m，真空管長(zhǎng)3 m，點(diǎn)距1.75 m；雙排真空降水管排距3.5 m，真空管為3 m 短管和6 m 長(zhǎng)管，點(diǎn)距1.75 m。單、雙排降水管交錯(cuò)布置，所有3 m 管連接為一個(gè)降水系統(tǒng)，所有6 m 管連接為一個(gè)降水系統(tǒng)，兩個(gè)真空系統(tǒng)間無(wú)連接。井點(diǎn)孔口用黏土或淤泥質(zhì)土封塞，以保證滿足真空度要求，降水系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行抽水抽氣試驗(yàn)并全面檢查管路接頭質(zhì)量、抽水機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況和井點(diǎn)出水情況。

4.3 第一次真空降水

真空度為-0.03～-0.06 MPa，降水水位低于施工面以下不小于3 m 后，撤掉所有3 m 的降水管進(jìn)行第一遍點(diǎn)夯。

4.4 第一遍點(diǎn)夯

擊數(shù)合計(jì)不小于10 擊，夯擊能量為3 000 kN·m，點(diǎn)夯采用隔行跳打施工，最后兩擊夯沉量之和小于20 cm。

4.5 第二次真空降水

真空度為-0.03～-0.06 MPa，降水水位低于施工面以下不小于4 m 后，撤掉雙排管中剩余的6 m 管進(jìn)行第二遍點(diǎn)夯。

4.6 第二遍點(diǎn)夯

擊數(shù)合計(jì)不小于10 擊，夯擊能量為3 000 kN·m，點(diǎn)夯采用隔行跳打施工，最后兩擊夯沉量之和小于15 cm。

4.7 第三次真空降水

在原有的點(diǎn)位上復(fù)插6 m 長(zhǎng)管形成降水系統(tǒng)，進(jìn)行第三次真空降水，真空度為-0.03～-0.06 MPa，降水水位低于施工面以下不小于4 m 后，再次撤掉復(fù)插的6 m 管進(jìn)行第三遍點(diǎn)夯。

4.8 第三遍點(diǎn)夯

擊數(shù)合計(jì)不小于10 擊，夯擊能量為3 000 kN·m，點(diǎn)夯采用隔行跳打施工，最后兩擊夯沉量之和小于10 m。

4.9 滿夯

間隔一周以上，分別用800 kN·m和600 kN·m滿夯兩遍，錘印搭接1/4 錘底面積，夯擊能由大到小，每遍每點(diǎn)夯擊2 擊。

5 質(zhì)量監(jiān)控要點(diǎn)

5.1 降水系統(tǒng)真空度的保證

真空降水作業(yè)的持續(xù)運(yùn)行嚴(yán)格依賴于管路的真空負(fù)壓狀態(tài)，在降水過(guò)程中需制定各項(xiàng)措施確保系統(tǒng)真空度始終滿足設(shè)計(jì)要求，以保證“三降三夯”工序的正常銜接。

選擇硬PVC 管作為降水系統(tǒng)的管路材料，因其強(qiáng)度可承受點(diǎn)夯過(guò)程中土的側(cè)壓力不致破損，且其同時(shí)具備耐腐蝕、水密性好、流體阻力小的優(yōu)點(diǎn)。PVC 管表面均勻鉆制直徑2 mm 的細(xì)孔，土下部分的管體表面包裹一層透水紗布以防止管內(nèi)混入稀泥引起堵塞，既能滿足系統(tǒng)真空度的要求，又可保證所有降水管持久運(yùn)作和可循環(huán)利用。

在插管工作完成之后需采用黏土封堵孔口，確保地下降水系統(tǒng)不與外界大氣相連，始終保持真空負(fù)壓狀態(tài)，地面降水系統(tǒng)各部件均需安裝嚴(yán)密，防止跑氣。

真空泵機(jī)組的功率配備需滿足系統(tǒng)真空度的要求，其調(diào)節(jié)范圍需超出設(shè)計(jì)要求的-0.03～-0.06 MPa，降水過(guò)程中需通過(guò)各觀測(cè)孔量測(cè)水位標(biāo)高，并根據(jù)降水效果的對(duì)比分析及時(shí)調(diào)節(jié)局部管路真空度使整個(gè)降水區(qū)域的水位處于同步狀態(tài)。

如降水過(guò)程中發(fā)現(xiàn)真空表顯示真空度超出允許范圍或趨近于0，需通過(guò)排除法逐一排查各管路降水管密閉質(zhì)量，及時(shí)替換破損管材，防止因局部管路受損影響整個(gè)系統(tǒng)的真空度。

5.2 點(diǎn)夯過(guò)程的技術(shù)控制

點(diǎn)夯過(guò)程中由于降水區(qū)域需進(jìn)行夯擊的部位已拔除降水管，設(shè)計(jì)深度范圍以下的地下水及周邊的環(huán)繞水會(huì)因加固部位壓力分布減小而向此處匯集，且夯擊過(guò)程中形成的超靜孔隙水壓力如不盡快消除的話會(huì)影響土骨架的變形，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀，因此提高強(qiáng)夯效率，縮短夯擊周期是確保真空動(dòng)力固結(jié)加固質(zhì)量的重要前提。

合理安排施工計(jì)劃，避免雨天夯擊。曹妃甸地處海域邊界，夏天雨量多，每逢雨天地下滲流加劇，土體含水量回升，孔隙比增大，影響強(qiáng)夯質(zhì)量，同時(shí)地表土受潮松軟導(dǎo)致夯沉量增大，間接引起最后兩擊沉落量之和達(dá)標(biāo)的總擊數(shù)增多，整體施工周期延長(zhǎng)且加固效果差，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)延長(zhǎng)真空降水作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，保證點(diǎn)夯作業(yè)在無(wú)雨水天氣情況下施工。

強(qiáng)夯施工之前應(yīng)檢查夯錘吊點(diǎn)是否居中，若有偏心現(xiàn)象應(yīng)加焊鋼板調(diào)平，以避免夯坑傾斜造成土體加固不密實(shí)。夯擊作業(yè)要求錘重10～20 t，夯錘直徑2～2.3 m，在同夯擊能量的前提之下，盡量使用大重力、大直徑的夯錘，因夯錘重力越大，需求提升高度越小，安全系數(shù)更高。錘徑大的夯錘，點(diǎn)夯時(shí)錘印搭接面積大，有利于擴(kuò)大點(diǎn)夯覆蓋面。

為保證點(diǎn)夯期間土體加固全面均勻，在夯擊施工之前人工拉線排點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)夯點(diǎn)間距布設(shè)灑灰線或插入竹簽以便操作手根據(jù)點(diǎn)位推進(jìn)作業(yè)，點(diǎn)夯采用隔行跳打施工，夯擊過(guò)程中需測(cè)量每擊夯沉量及每遍地面平均夯沉量并做好記錄，夯擊次數(shù)及夯沉量符合要求后及時(shí)移動(dòng)夯機(jī)連續(xù)打夯，保持規(guī)范連貫作業(yè)。

相鄰兩遍夯擊之間的間隔應(yīng)不少于4 d，要求超孔隙水壓力消散85%～90%，水位滿足要求。

5.3 推平碾壓的利用

實(shí)踐情況表明，完成每遍強(qiáng)夯施工后地表均會(huì)出現(xiàn)明顯的夯坑及坑間松土，由于完成夯擊作業(yè)后地表1 m 內(nèi)的土無(wú)良好的上覆壓力及側(cè)向約束力，導(dǎo)致該部分土層密實(shí)度相對(duì)較差，需先用推土機(jī)將土方整平，由壓路機(jī)穩(wěn)壓一兩遍之后，再振動(dòng)碾壓兩三遍以增強(qiáng)表層加固效果。

6 常見問(wèn)題的處理

6.1 降水緩慢

測(cè)量各水位觀測(cè)孔的水位標(biāo)高是否已達(dá)到設(shè)計(jì)降水位置，如已達(dá)到，迅速停泵并拔管夯擊；如未達(dá)到，在確保真空度顯示合格的前提下，肉眼觀察各井點(diǎn)孔口豎管與臥管間的半透明波紋管內(nèi)水流速率，及時(shí)查看水流緩慢的豎管是否有破裂或堵塞現(xiàn)象；如真空度已低于標(biāo)準(zhǔn)，則需調(diào)節(jié)泵前三通接口及各豎管的接口位置，通過(guò)排除法確定跑氣位置；降水期間也可視場(chǎng)地情況碾壓表層，以提高降水速率。

6.2 土體隆起

強(qiáng)夯過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某夯坑周圍土體隆起較大時(shí)，應(yīng)停止對(duì)該點(diǎn)的夯擊并換點(diǎn)進(jìn)行，待孔隙水壓力消散后再繼續(xù)施工。

6.3 機(jī)械沉陷

強(qiáng)夯施工中夯機(jī)在施工區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)沉陷或傾斜，應(yīng)立即停止夯擊，如范圍較小可局部采用穩(wěn)定性良好的級(jí)配碎石進(jìn)行換填，如范圍較大則采用挖掘機(jī)對(duì)表層1～2 m 的土體進(jìn)行開挖翻曬，整體晾干后推平碾壓，然后重復(fù)上一步降水步驟重新降水。

7 地基加固檢測(cè)要求

真空動(dòng)力固結(jié)施工完成后間隔14 d 以上進(jìn)行效果檢測(cè)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如下。

7.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

采用標(biāo)貫試驗(yàn)檢測(cè)地基，測(cè)點(diǎn)密度為每4 000 m2一個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)深度為8 m，要求標(biāo)貫擊數(shù)不得小于10 擊，或靜力觸探比貫入阻力Ps不小于5 MPa。

7.2 平板載荷試驗(yàn)

每5 000 m2至少做一次平板載荷試驗(yàn)，且每個(gè)加固區(qū)要針對(duì)標(biāo)貫檢測(cè)薄弱點(diǎn)做不少于三次地基載荷試驗(yàn)，載荷板面積不小于1.5 m2，要求0～2 m 地基承載力特征值不小于150 kPa，2～6 m 地基承載力特征值不小于120 kPa，否則應(yīng)采取其他補(bǔ)救措施。

7.3 液化判別

對(duì)處理后的地基進(jìn)行液化判別，要求消除地表以下液化土層。

8 結(jié)語(yǔ)

真空動(dòng)力固結(jié)借由高真空強(qiáng)降水和強(qiáng)夯沖擊的交替作用，降低了飽和砂土的含水量，實(shí)現(xiàn)了土體孔隙水壓力的消散和土顆粒間有效應(yīng)力的增加，在提高土體強(qiáng)度的同時(shí)可以防止因局部砂土震動(dòng)液化而引起的地表不均勻沉降，該工法加固效果好、工藝簡(jiǎn)練、安全環(huán)保，已被廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)吹填土地段的地基加固處理。