郭延義

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090；

2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

隨著社會(huì)發(fā)展，更多的海邊、江邊、河道入海口等灘涂地區(qū)得到開發(fā)，工程建設(shè)比較多，主要建設(shè)內(nèi)容有：海港、船舶碼頭、觀景平臺(tái)、景觀道路、物流園區(qū)等。由于上述區(qū)域緊鄰海邊、江邊，地基土多為吹填土、人工回填土等，地質(zhì)條件較差，為達(dá)到地基承載力要求，需要對(duì)場地進(jìn)行地基處理[1-4]。常規(guī)地基處理措施主要有：墊層換填、真空預(yù)壓、強(qiáng)夯夯實(shí)、復(fù)合地基、壓密注漿等。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某大型物流園區(qū)位于長江三角洲東南前緣，內(nèi)有數(shù)棟建筑物、集裝箱堆場等，考慮到重載貨物運(yùn)輸，園區(qū)內(nèi)同時(shí)考慮若干條重載道路（重載道路承載能力80～100 t）。此區(qū)域原為長江灘涂，近十幾年逐漸堆填為陸域。地質(zhì)勘探報(bào)告的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，此區(qū)域地基土承載力較弱，為軟弱地基土，為避免上部結(jié)構(gòu)施工完成后產(chǎn)生不均勻沉降，需要對(duì)所有道路區(qū)域的地基土進(jìn)行處理，主要采用降水強(qiáng)夯工藝。園區(qū)重載道路長約10.3 km，寬10 m，道路地基處理完成后，結(jié)構(gòu)層由下至上為：厚800 mm的石灰土→厚150 mm的級(jí)配碎石層→厚200 mm的水泥穩(wěn)層碎石層→厚240 mm的C40鋼筋混凝土層。道路結(jié)構(gòu)剖面如圖1所示。

圖1 道路結(jié)構(gòu)剖面示意

1.2 地質(zhì)概況

擬建場地屬于潮坪地帶地貌類型，雖淺部分布有新進(jìn)堆積或沉積的雜填土、素填土、吹填土，但下部各層地基土分布相對(duì)較穩(wěn)定，且土性相對(duì)均勻。

土層從上至下依次為：①1-0河浜底淤泥質(zhì)土、①1-1雜填土、①1-2雜填土、①1-3素填土、①1-4圍海造填土、①3吹填土（砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)黏土）、②3灰色砂質(zhì)粉土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③2砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、④灰色黏土。綜合上海地圖的區(qū)域地質(zhì)資料，擬建場地為穩(wěn)定場地，在對(duì)淺部新進(jìn)堆積或沉積的①1-1—①3層土進(jìn)行適當(dāng)處理后，適宜本工程建設(shè)。

2 降水強(qiáng)夯原理

利用強(qiáng)夯措施，使土層中產(chǎn)生正負(fù)壓力差（土體受到強(qiáng)烈擠壓后產(chǎn)生的超孔隙水壓力為正壓，高真空產(chǎn)生的為負(fù)壓）能夠快速消散土體產(chǎn)生的超孔隙水壓力，壓力消散促使軟土中吸附水快速排出形成自由離子態(tài)。真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓將自由態(tài)水分快速排出，水分的排出也能加快土體內(nèi)超孔隙水壓力消散，使強(qiáng)夯效果大大提高。通過降水強(qiáng)夯使土體中的水分排出、孔隙壓縮，從而使土體得到充分壓縮，在一定深度范圍內(nèi)形成一個(gè)較硬的殼層，土體板結(jié)后能使上部荷載均勻有效擴(kuò)散，降低了因荷載不均勻擴(kuò)散造成的地基不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)。

3 工藝及技術(shù)參數(shù)確定

3.1 工藝確定

根據(jù)地基處理規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行正式強(qiáng)夯地基處理前需采取樣板先行措施（即先施工試驗(yàn)段）。試驗(yàn)段分別采取碎石墊層+降水+強(qiáng)夯工藝、降水+強(qiáng)夯工藝、碎石墊層+強(qiáng)夯工藝這3種方式進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)并由第三方檢測后，確認(rèn)碎石墊層+降水+強(qiáng)夯工藝能滿足現(xiàn)場地基處理要求，同時(shí)針對(duì)高填土區(qū)域，增加2遍預(yù)夯，使場地在正式強(qiáng)夯前進(jìn)行一次整體預(yù)沉降，即地基處理工藝為碎石墊層+預(yù)夯+降水+強(qiáng)夯。

3.2 技術(shù)參數(shù)

3.2.1 井點(diǎn)降水參數(shù)

強(qiáng)夯過程中需配合輕型井點(diǎn)降水，井點(diǎn)降水采取內(nèi)外結(jié)合的方式，內(nèi)部設(shè)置長6.0、4.0 m的井點(diǎn)管，間隔布置，間距3.5 m；外圍封閉管設(shè)置長6.0 m管，間距2.0 m。井點(diǎn)管采用DN32的PVC管，端部濾管長1.2 m（圖2）。

圖2 井點(diǎn)管布置示意

3.2.2 強(qiáng)夯參數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)

1）強(qiáng)夯參數(shù)。強(qiáng)夯施工先進(jìn)行預(yù)夯施工：夯點(diǎn)按照矩形布置，縱橫向間距為3.5 m×3.5 m，夯擊能量為600 kJ，采取打一跳一的方式，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊次數(shù)為5擊；預(yù)夯后經(jīng)3～5 d超孔隙水壓力消散后，進(jìn)行點(diǎn)夯工序施工：夯擊能量增加至1 000 kJ，夯點(diǎn)按照矩形布置，縱橫向間距3.5 m×3.5 m，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊數(shù)增至8擊（圖3）；最后進(jìn)行普夯施工：夯擊能量降至800 kJ，采用搭接夯，2個(gè)夯點(diǎn)搭接距離為錘底直徑的1/4，每個(gè)點(diǎn)夯擊數(shù)為2擊（圖4）。

圖3 點(diǎn)夯夯點(diǎn)平面布置示意

圖4 普夯夯點(diǎn)平面布置示意

2）控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)夯坑周圍出現(xiàn)明顯隆起，250 mm范圍隆起量超過50 mm，后一擊沉降量大于前一擊沉降量，以及相鄰2次夯擊沉降量差值不大于100 mm且出現(xiàn)提錘困難時(shí)，應(yīng)采取減小夯擊能量或者停止強(qiáng)夯等措施。

4 地基處理流程及關(guān)鍵技術(shù)

4.1 降水強(qiáng)夯工藝流程

土方開挖或回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高→回填厚500 mm碎石工作墊層至起夯面標(biāo)高→第1次預(yù)夯→第2次預(yù)夯→井點(diǎn)插管→第1次降水→第1次點(diǎn)夯→第2次降水（第三方監(jiān)測孔隙水壓力消散至設(shè)計(jì)要求70%～80%）→第2次點(diǎn)夯→第3次降水（第三方監(jiān)測孔隙水壓力消散至設(shè)計(jì)要求70%～80%）→滿夯→壓路機(jī)振動(dòng)碾壓

4.2 路槽土方開挖、回填

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，分段測量出各區(qū)域路槽原始標(biāo)高，確定土方開挖或回填區(qū)域。土方每層回填厚度不得大于300 mm，需采用壓路機(jī)壓實(shí)后不出現(xiàn)明顯輪跡時(shí)方可進(jìn)行上層土方回填。為避免土方超挖影響自然地基，機(jī)械開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上200 mm時(shí)，由人工配合機(jī)械整平基槽，兩側(cè)邊坡按照1∶1.5放坡。

4.3 碎石工作墊層鋪設(shè)

土方開挖或回填至起夯面下0.5 m后進(jìn)行碎石層回填，碎石層回填厚度500 mm，按照每層250 mm回填且分層壓實(shí)。碎石回填完成后由第三方進(jìn)行標(biāo)高復(fù)測。

4.4 井點(diǎn)管工藝

4.4.1 井點(diǎn)管施工

由于本工程采用井點(diǎn)降水+強(qiáng)夯進(jìn)行地基處理，為避免水沖法增加土體含水率，因此井點(diǎn)管采取干插法。井點(diǎn)管施工工序?yàn)椋簻y量放線定位→插拔機(jī)打孔→安裝井點(diǎn)管→底部回填濾料→上部500 mm深度采用黏土密封→布設(shè)總管→井點(diǎn)管與總管連接→排水總管連接至真空泵→安裝排水管→試抽→正式降水。

鉆機(jī)鉆孔完成后，濾管要立即插入孔中，速度要快，把濾料灌入孔中，為保證濾料充分包裹濾管，應(yīng)上下抽動(dòng)井點(diǎn)管，使濾料下沉，同步添加濾料入孔，濾料填充高度根據(jù)要求需超過濾管紗網(wǎng)頂部50 mm左右，上部用泥土封孔，主要防止地下漏氣，以達(dá)到降水效果。

4.4.2 降水運(yùn)行

降水運(yùn)行前應(yīng)進(jìn)行試抽，檢查是否存在漏氣現(xiàn)象，真空度是否能達(dá)到要求，并準(zhǔn)確測定井口、地面標(biāo)高及地下水位。抽水系統(tǒng)經(jīng)檢查符合要求后，開始抽水，且每天由第三方進(jìn)行地下水位觀測，待地下水位標(biāo)高位于強(qiáng)夯面標(biāo)高下2.0 m并經(jīng)監(jiān)理單位驗(yàn)收合格后可進(jìn)行后道強(qiáng)夯作業(yè)。

4.5 強(qiáng)夯施工技術(shù)

4.5.1 強(qiáng)夯施工工藝

強(qiáng)夯按短邊方向行進(jìn)且逐步遠(yuǎn)離受影響現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物。夯機(jī)移至定位夯點(diǎn)后，應(yīng)調(diào)整機(jī)械，確保夯錘中心與夯點(diǎn)吻合。

夯擊就位后，強(qiáng)夯前夯錘頂標(biāo)高及落距由專業(yè)測量人員采用測量儀器進(jìn)行精確測量（本工程預(yù)夯、點(diǎn)夯、普夯夯錘提升高度分別為6、10、8 m，主要通過脫鉤器的鋼絲繩長度控制落距），待基礎(chǔ)工作準(zhǔn)備完畢，將夯錘起吊至規(guī)定高度后，夯錘脫鉤自由下落，待周邊環(huán)境安全后，由測量員測量夯后錘頂標(biāo)高，依次完成后續(xù)各擊施工。當(dāng)夯點(diǎn)完成設(shè)計(jì)要求，夯擊次數(shù)或相鄰2次夯擊沉降量差值不大于100 mm時(shí)，此夯點(diǎn)工作完成，夯機(jī)移至下一夯點(diǎn)施工，前一夯點(diǎn)產(chǎn)生坑內(nèi)外高差采用周邊碎石土混合料填平。

普夯完成后，采用挖掘機(jī)整平夯坑，再采用振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓，加快地基整體板結(jié)。

4.5.2 強(qiáng)夯施工監(jiān)測

根據(jù)力的相互作用原理，當(dāng)土體受到外界強(qiáng)力壓縮后會(huì)產(chǎn)生超孔隙水壓力，若土體中的孔隙水壓力不能及時(shí)消散或消散量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)便進(jìn)行下一遍工序施工，則會(huì)降低土體的固結(jié)效果，因此每遍強(qiáng)夯后應(yīng)由第三方監(jiān)測單位通過孔隙水壓力觀測儀對(duì)土體超孔隙水壓力進(jìn)行觀測，直至監(jiān)測范圍內(nèi)孔隙水壓力消散至設(shè)計(jì)要求70%～80%后，方可進(jìn)行第2遍點(diǎn)夯或第3遍普夯工作。

4.6 施工交界面處理措施

施工過程中道路需根據(jù)不同區(qū)域劃分施工段，為保證施工質(zhì)量，前后施工段交界面區(qū)域需采取復(fù)夯措施，復(fù)夯長度10 m（均為已完成加固處理區(qū)域），復(fù)夯僅進(jìn)行普夯，且在交界面外3.0 m處設(shè)置外圍封閉井點(diǎn)管與下一工作面外圍封閉井點(diǎn)管閉合。

前一工作面的土方開挖及回填區(qū)域需留設(shè)搭接工作面，按照寬1.0 m、高0.3 m，坡度1∶1.5形式人工配合機(jī)械修坡。

5 工后檢測要求

5.1 檢測內(nèi)容及時(shí)間

強(qiáng)夯完成后為檢測強(qiáng)夯地基處理效果，需對(duì)地基進(jìn)行承載力、均勻性、回彈模量等參數(shù)檢測。根據(jù)規(guī)范要求，碎石土、砂土地基檢測間隔時(shí)間宜為7～14 d，粉土、黏性土檢測間隔時(shí)間宜為14～28 d。本工程地基土為砂質(zhì)粉土，因此進(jìn)行7 d和14 d這2次檢測。

5.2 檢測頻率及參數(shù)

1）地基均勻性檢測：一般采用動(dòng)力初探或標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力初探試驗(yàn)等原位測試以及室內(nèi)土工試驗(yàn)，每300 m2不少于1個(gè)點(diǎn)，且整個(gè)場不少于3個(gè)點(diǎn)。

2）回彈模量檢測：要求回彈模量≥40 MPa，每2 000 m2檢驗(yàn)1個(gè)點(diǎn)，不足2 000 m2至少檢驗(yàn)1個(gè)點(diǎn)。

3）承載力檢測值：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，道路淺層地基承載力特征值≥120 kPa。

經(jīng)第三方檢測，強(qiáng)夯后面層碎石土層壓實(shí)度達(dá)到95%。地基承載力最大加載量240 kPa，總沉降量24.38 mm，回彈量6.73 mm，極限承載力≥240 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求，總體夯沉量約為400 mm。

6 應(yīng)用效果

本工程通過降水+強(qiáng)夯地基處理的探索研究，先通過對(duì)不同場地、不同處理方式、不同夯能等多種方式的試驗(yàn)，確定了一系列應(yīng)用參數(shù)，為后續(xù)大面積地基處理奠定了基礎(chǔ)。本工程地基處理總面積約45萬 m2，總工期約270 d（受到上海梅雨季節(jié)及臺(tái)風(fēng)季節(jié)等影響）。

7 結(jié)語

雖然降水+強(qiáng)夯地基處理措施目前主要應(yīng)用于沿海、沿江等區(qū)域，應(yīng)用區(qū)域較為局限，但當(dāng)遇到軟弱地質(zhì)，需進(jìn)行地基處理時(shí)，均可采用降水+強(qiáng)夯的方法。該方法不但加快了施工速度，降低了對(duì)周邊環(huán)境的影響，同時(shí)能夠使土體固結(jié)時(shí)間縮短，大大提高了淺層土體的密實(shí)度及承載力。實(shí)踐表明，本技術(shù)措施可適用于任何地區(qū)的軟弱地質(zhì)，不但起到了實(shí)質(zhì)性作用，同時(shí)也為同類型地質(zhì)條件下的道路路基、房建基礎(chǔ)等施工提供了參考依據(jù)。