梁思明，鄭俊

（中交廣州航道局有限公司，廣州210220）

1 引言

振沖密實(shí)法是德國人在1937 年發(fā)明的一種地基加固方法[1]，最初應(yīng)用于含泥量較少的中粗砂地基，無須加填料，因此，也稱無填料振沖密實(shí)法，是一種快速有效的地基加固處理方法。隨著振沖密實(shí)法在各類工程中的應(yīng)用推廣和技術(shù)改進(jìn)，逐步演變出可以用于加固粉細(xì)砂地基的加填料振沖密實(shí)法以及加固黏性土的振沖置換法，適用范圍越來越廣[2]。

進(jìn)入21 世紀(jì)后，城市化的發(fā)展進(jìn)程加速，人類開始向海洋要地要空間，全球涌現(xiàn)大量大規(guī)模的填海造地工程，吹填砂土的厚度越來越厚，且對地基加固要求越來越嚴(yán)格。由于振沖密實(shí)法具有工藝簡單、處理深度大、效果顯著、造價(jià)低等多種優(yōu)點(diǎn)，成為厚度較大、地基承載力要求高的吹填砂土地基常見的加固處理方法，尤其是含泥量較少的中粗砂地基，無填料振沖密實(shí)法是比較經(jīng)濟(jì)合理的選擇。本文結(jié)合無填料振沖密實(shí)法在科威特LNGI 項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)際，介紹無填料振沖密實(shí)法在吹填砂地基加固工程中的加固效果檢測方法、施工設(shè)備、施工參數(shù)和施工過程質(zhì)量控制要點(diǎn)。

2 工程概況

科威特LNGI 項(xiàng)目位于科威特城南約90km 的Al Zour區(qū)域，項(xiàng)目的總投資規(guī)模大約30 億美元。項(xiàng)目的吹填面積520 000m2，吹填工程量11 350 000m3，吹填標(biāo)高+5.5m，吹填平均厚度約20m，最大厚度達(dá)到26m，吹填土質(zhì)含泥量不超過15%，地基處理后水面以上要求95%壓實(shí)度，水面以下90%壓實(shí)度，且應(yīng)滿足最小荷載200kPa（3m×3m 基礎(chǔ)）和10年工后沉降不大于25mm。

項(xiàng)目吹填采用大中型絞吸船、耙吸船進(jìn)行施工，砂源主要是中粗砂，局部為含泥量較多的粉細(xì)砂，施工過程中通過吹填工藝控制，吹填砂含泥量基本控制在15%以內(nèi)，取砂區(qū)鉆孔取樣顆粒篩分曲線如圖1 所示。實(shí)際因吹填尾水聚集沉淀仍存在局部區(qū)域吹填砂摻夾有厚度小于30cm 的軟弱透鏡體。考慮本項(xiàng)目吹填砂含泥量控制效果好、吹填砂厚度大、壓實(shí)度要求高、工期緊張等特點(diǎn)，地基處理采用無填料振沖密實(shí)法。

圖1 取砂區(qū)鉆孔取樣篩分曲線圖

3 地基加固效果檢驗(yàn)方法

壓實(shí)度是指的土被壓實(shí)后的干密度與最大干密度之比?？梢酝ㄟ^傳統(tǒng)的灌砂法等檢測，但灌砂法等試驗(yàn)方法僅適用淺層地基并且需要分層逐層檢測，對于水位線以下被水淹沒部分檢測較為困難?？仆豅NGI 項(xiàng)目填土厚度大、面積廣、工程量多、工期緊張，采用一次性吹填至標(biāo)高然后進(jìn)行振沖密實(shí)的工藝進(jìn)行砂土加固施工，加固后的壓實(shí)度無法采用灌砂法等方法進(jìn)行逐層檢測，必須尋求可行的替代方法[3]。常用的有SPT-壓實(shí)度驗(yàn)收曲線法、CPT-壓實(shí)度驗(yàn)收曲線法2 種，即通過經(jīng)驗(yàn)方法換算SPT 的標(biāo)貫擊數(shù)或CPT 的錐端貫入阻力值與壓實(shí)度的關(guān)系，建立標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收曲線作為加固驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。由于SPT 試驗(yàn)費(fèi)時(shí)長、成本高且大規(guī)模鉆孔會破壞加固區(qū)的加固效果，因此，科威特LNGI 項(xiàng)目采用更為經(jīng)濟(jì)合理的CPT-壓實(shí)度驗(yàn)收曲線的方法檢測壓實(shí)度情況，同步采用荷載實(shí)驗(yàn)檢測承載力指標(biāo)。

先現(xiàn)場取樣、室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算相對密實(shí)度和壓實(shí)度的關(guān)系，式（1）～式（3）為相對密實(shí)度和孔隙比的計(jì)算公式[2]。

式中，e 為空隙比；emax為最大孔隙比；emin為最小孔隙比；Gs為土體比重；ρω為水的密度；ρdmax為最大干密度；ρdmin為最小干密度。

通過進(jìn)行多組壓實(shí)試驗(yàn)并用灌砂法檢測壓實(shí)度，同時(shí)配合擊實(shí)試驗(yàn)得到Gs、最大干密度ρdmax和最小干密度ρdmin等參數(shù)，再結(jié)合式（1）～式（3）可以核算得知，要達(dá)到項(xiàng)目砂土加固后水位線上壓實(shí)度不小于95%和水位線下壓實(shí)度不小于90%的目標(biāo)，需要水位線上相對密實(shí)度達(dá)不小于80%和水位線下相對密實(shí)度不小于60%。

然后采用Baldi等人提出的關(guān)系公式[3]構(gòu)建相對密實(shí)度和CPT 錐端貫入阻力的關(guān)系，構(gòu)建出基于CPT 曲線的壓實(shí)度驗(yàn)收關(guān)系曲線（見表1 和圖2）。

表1 試驗(yàn)結(jié)果匯總表

式中，Dr為相對密實(shí)度；qc為錐端阻力；σνo為垂直有效應(yīng)力；C0、C1、C2為常數(shù)，超固結(jié)狀態(tài)下取C0=157、C1=0.55、C2=2.41。垂直有效應(yīng)力計(jì)算采用式（5）結(jié)合取樣室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算。

式中，γ 為砂土重度；γsat為砂土飽和重度；γro為水重度；H1為CPT 貫入砂土水位線以上的厚度；H2為CPT 貫入砂土水位線以下的厚度。

4 振沖密實(shí)施工

4.1 施工設(shè)備

現(xiàn)場振沖設(shè)備選擇180kW 的S-700 型振沖器（見圖3），規(guī)格參數(shù)如圖4 所示。附帶施工設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、履帶吊、水泵、電纜以及自動電器化控制系統(tǒng)等。檢驗(yàn)采用荷蘭Gouda 履帶式CPT 檢測車（見圖5）檢測CPT，并進(jìn)行ZLT 荷載試驗(yàn)復(fù)核加固效果（見圖6）。

圖3 S-700 型振沖器

圖4 S-700 型振沖器的規(guī)格參數(shù)

圖5 荷蘭Gouda 履帶式CPT 檢測車

圖6 ZLT 荷載試驗(yàn)

4.2 試驗(yàn)確定施工參數(shù)

試驗(yàn)區(qū)選取面積約650m2，共分為3 個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊對應(yīng)振沖點(diǎn)間距為3.5m、3.75m、4.0m，按照等邊三角形進(jìn)行布點(diǎn)（見圖7），每個(gè)分區(qū)振沖點(diǎn)分別18 點(diǎn)，共54 個(gè)振沖試驗(yàn)點(diǎn)，履帶吊雙桿施工。施工參數(shù)為：真空水壓0.83MPa，供水量約1.83m3/min，首尾兩端（前7m、后7m）密實(shí)電流400～500A，中間段密實(shí)電流200～250A，孔底留振時(shí)間4～6min，上提留振時(shí)間40～60s，上提間隔1m，上提速度4.8～7.2m/min，下沉速度6.0～7.7m/min。

圖7 試驗(yàn)振沖點(diǎn)布設(shè)及CPT 檢測位置

振沖前和振沖后，在振沖點(diǎn)單元形心及網(wǎng)格1/3（見圖7）邊距位置進(jìn)行CPT 檢測。CPT 檢測合格后，立即安排進(jìn)行ZLT荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)地基承載力達(dá)到工后10 年200kPa 承載力條件下沉降約為13mm，遠(yuǎn)小于25mm，符合項(xiàng)目驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)比較，選用3.75m 間距為更為經(jīng)濟(jì)合理，確定為項(xiàng)目施工振沖間距。圖8 和圖9 為間距3.75m 試驗(yàn)區(qū)振沖前CPT 和振后形心CPT1 及網(wǎng)格1/3 位置CPT2 錐端阻力曲線對比和震后平均錐端阻力與驗(yàn)收曲線比對，符合驗(yàn)收要求。

4.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

質(zhì)量控制要點(diǎn)包括以下幾方面：

1）回填料含泥量控制。一方面要做好吹填砂源區(qū)質(zhì)量把控，采取挖砂前進(jìn)行加密勘察、絞吸船絞試挖絞刀頭取樣、耙吸試挖艙內(nèi)取樣等措施，避開不合格料超標(biāo)區(qū)域進(jìn)行開挖取砂，確保吹填砂泥量不超標(biāo)。另一方面，要在吹填管頭、吹填區(qū)尾水沉淀區(qū)進(jìn)行取樣檢測含泥量，每工作班取樣1～2 次，對發(fā)現(xiàn)含泥量聚集嚴(yán)重的區(qū)域安排進(jìn)行清淤，并且及時(shí)將管口取樣吹填含泥量情況反饋給施工船舶以便及時(shí)調(diào)整開挖取砂位置，盡可能減少會影響加固質(zhì)量和地基承載力的軟弱透鏡夾層，要求不能連續(xù)出現(xiàn)厚度超過30cm 的含泥量聚集層。

圖8 CPT 試驗(yàn)曲線

圖9 震后試驗(yàn)平均錐端阻力曲線

2）振沖過程控制。重點(diǎn)監(jiān)控沖留振時(shí)間、密實(shí)電流、上提間隔等施工參數(shù)，主要通過施工自動化控制系統(tǒng)檢查，所有施工過程參數(shù)都應(yīng)在自動控制系統(tǒng)中自動存檔且不可人工修改，每個(gè)工作班安排技術(shù)人員盯緊作業(yè)過程，并應(yīng)當(dāng)天調(diào)出施工記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)有不合格的應(yīng)安排進(jìn)行返工復(fù)振。

對于不符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的位置應(yīng)及時(shí)安排返工，并重新安排檢測直至合格。

5 結(jié)論

1）無填料振沖密實(shí)法加固大厚度吹填砂土地基具有工藝簡單、處理深度大、加固效果好、工期短、造價(jià)低等優(yōu)勢，采用S-700 型振沖器加固科威特LGNI 項(xiàng)目吹填砂地基振沖設(shè)置為邊三角形3.75m 間距，可以實(shí)現(xiàn)加固后水位線上Dr≥80%和水位線下Dr≥60%即壓實(shí)度95%和90%指標(biāo)要求。

2）采用Baldi 公式等換算靜力觸探CPT 錐端阻力和相對密實(shí)度關(guān)系，并結(jié)合砂樣室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)求取CPT 和壓實(shí)度關(guān)系的驗(yàn)收曲線，可以間接檢測壓實(shí)度指標(biāo)。

3）無填料振沖密實(shí)法應(yīng)用在吹填砂地基加固工程中，需要結(jié)合回填砂含泥量?？刂?、振沖密實(shí)電流和留振時(shí)間等參數(shù)控制及工后檢測控制等過程管控措施，才能實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)地基加固目標(biāo)。