蔣樂(lè)聚

（云基智慧工程股份有限公司 深圳 518049）

0 引言

吹填砂填海工程軟土地基處理比較成熟的方法有強(qiáng)夯法+插板排水［1］、堆載預(yù)壓法［2］、振沖碎石樁（砂樁）和強(qiáng)夯置換法［3-6］。濱海瀉湖地帶普遍分布有軟塑狀黏土層，受沉積環(huán)境及潮汐作用，性狀各不相同。珠三角和長(zhǎng)三角地區(qū)填海工程案例對(duì)軟土層固結(jié)沉降及次固結(jié)沉降理論研究較為完善。流塑軟土在砂層吹填時(shí)產(chǎn)生淤積和流動(dòng)，有較大的差異性。強(qiáng)夯工程對(duì)地基處理因其經(jīng)濟(jì)性在諸如大型機(jī)場(chǎng)、填土廠房有比較大的推廣應(yīng)用，濱海地帶強(qiáng)夯主要考慮的是軟土處理改良或填石置換，在受場(chǎng)地條件和環(huán)境條件限制缺乏必要的機(jī)械及材料的國(guó)外項(xiàng)目，強(qiáng)夯處理時(shí)有很多的困難需要克服，地基處理的重點(diǎn)是軟土的改良與厚度有非常大的關(guān)系；項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)是地下水位較高時(shí)強(qiáng)滲透性的砂層水位的降低困難，強(qiáng)夯施工過(guò)程中易吸錘、埋錘，強(qiáng)夯行夯擊能比較難以確定，需根據(jù)具體的地層進(jìn)行分區(qū)治理，防止產(chǎn)生橡皮土。結(jié)合尼日利亞項(xiàng)目特點(diǎn)概況，針對(duì)性地進(jìn)行組織試夯，然后有代表性地進(jìn)行強(qiáng)夯設(shè)計(jì)、施工，對(duì)強(qiáng)夯不適宜地段進(jìn)行取舍，對(duì)經(jīng)分析可行地段合理組織施工。通過(guò)國(guó)內(nèi)和國(guó)際通用的標(biāo)貫（SPT）和靜載檢測(cè)（PLT）（SKELS P［7］）質(zhì)量檢測(cè)，承載力、沉降量及差異沉降均滿足設(shè)計(jì)要求，證明強(qiáng)夯在一定地層條件下是可行的，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)性。

1 工程概況

尼日利亞拉各斯市某煉油廠項(xiàng)目臨近大西洋，新建煉油廠、石化廠、化肥廠及碼頭，占地面積36 km2，擬對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地進(jìn)行強(qiáng)夯處理改良［8］。設(shè)計(jì)處理要求如表1所示，夯區(qū)施工情況如圖1所示。

圖1 夯區(qū)施工情況Fig.1 Construction in Tamping Area

表1 建筑地基處理設(shè)計(jì)要求Tab.1 Design Requirements for Building Foundation Treatment

2 地質(zhì)概況

場(chǎng)區(qū)距大西洋約100 m，原始地貌為濱海灘涂、沼澤地，原生較多喬木及灌木，吹填砂層前對(duì)地表清理不夠干凈，砂層中可見(jiàn)較多的腐木，地基處理前吹填砂層（厚度1～3 m），以下為原狀根植土、粉砂、中砂、粗砂、砂質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥，地下水位很高（約0.2～0.5 m），厚度約1～10 m，區(qū)域內(nèi)軟～流速的淤泥及含砂黏土在巨大的泵壓下產(chǎn)生流動(dòng)和淤積，地層中砂層及黏土層性狀變化非常大，據(jù)地勘資料軟塑狀黏土厚度為2～15 m，孔隙比1.0～1.8，液性指數(shù)IL=0.75～1.0，吹填時(shí)間約1年。

3 試夯及設(shè)計(jì)施工情況及設(shè)備組織

根據(jù)尼日利亞當(dāng)?shù)氐乜眴挝坏你@孔資料挑選淤泥區(qū)和無(wú)淤泥區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)采用夯擊能6 000～8 000 kN·m，試夯區(qū)30 m×30 m。

機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備（150 t 履帶吊夯機(jī)、錘、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、地質(zhì)鉆機(jī)、靜載儀器）?人員進(jìn)場(chǎng)?測(cè)量控制點(diǎn)復(fù)測(cè)?挖溝?抽水?放強(qiáng)夯點(diǎn)?第一遍點(diǎn)夯（試驗(yàn)區(qū)排水）?裝載機(jī)推平?第二遍點(diǎn)夯（試驗(yàn)區(qū)排水）?裝載推平?滿夯（試驗(yàn)區(qū)排水）?標(biāo)貫檢測(cè)?平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)。

根據(jù)menard公式對(duì)有效加固深度進(jìn)行計(jì)算：

其中，h為有效加固深度；α為修正系數(shù)，取0.3～0.6；M為錘重（t）；H為落距。

根據(jù)地層情況進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，分區(qū)試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

表2 強(qiáng)夯分區(qū)試驗(yàn)參數(shù)Tab.2 DC Zoning Test Parameters

根據(jù)孔隙水壓力消散情況確定間隔時(shí)間。2～10 m深度范圍內(nèi)測(cè)得的孔隙水壓力消散情況如圖2所示。

圖2 孔隙水壓力消散情況Fig.2 Dissipation of Pore Water Pressure

場(chǎng)區(qū)吹填砂層不均勻，場(chǎng)區(qū)內(nèi)砂層下流～軟塑狀淤泥或淤泥質(zhì)黏土，滲透系數(shù)小，無(wú)良好排水通道，孔隙水消散比較慢，一般10～15 d。無(wú)淤泥或淤泥質(zhì)黏土區(qū)域孔隙水壓力消散比較塊，一般情況為3～7 d。

在強(qiáng)夯能級(jí)相同時(shí)，超孔隙水壓力隨深度增加而減少，壓力變化影響范圍控制在10～15 m，說(shuō)明強(qiáng)夯加固已經(jīng)影響到該深度。

強(qiáng)夯瞬間超孔隙水壓力急劇增加，夯擊完成，超孔隙水壓力停止增加。

統(tǒng)計(jì)第三遍點(diǎn)夯數(shù)據(jù)，夯沉量與錘擊數(shù)［9-10］曲線如圖3所示。

圖3 夯擊數(shù)與沉降量關(guān)系曲線Fig.3 Relation Curve between Tamping Number and Settlement

通過(guò)對(duì)夯點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)，夯點(diǎn)以下土的豎向壓縮變形隨深度增加而減少，沉降逐步減少至穩(wěn)定。

在試夯點(diǎn)外四周2 m 處設(shè)置木樁，對(duì)夯坑周邊地面隆起進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)得夯點(diǎn)土隆起如表3所示。

表3 試夯地表隆起監(jiān)測(cè)Tab.3 Surface Heave Monitoring of Trial Compaction （m）

夯坑土隆起量少于設(shè)計(jì)值沉降量的1/4。

對(duì)試驗(yàn)區(qū)各夯點(diǎn)沉降進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，單點(diǎn)累計(jì)沉降量215～425 cm，平均沉降量303 cm。并根據(jù)夯坑體積計(jì)算回填砂土方量。

通過(guò)對(duì)試夯數(shù)據(jù)成果分析，發(fā)現(xiàn)油罐區(qū)因處理深度較大，需要較大夯擊能才能處理到設(shè)計(jì)深度，受場(chǎng)地條件限制，50 km 范圍內(nèi)無(wú)可供置換的塊石和建筑廢料，且合約中未包含設(shè)置豎向及橫向排水板等導(dǎo)水措施，局部深厚軟土區(qū)夯擊效果稍差，根據(jù)地質(zhì)資料，對(duì)軟～流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土厚度大于3 m 的區(qū)域從強(qiáng)夯方案中進(jìn)行剔除。同時(shí)由于水位過(guò)高，施工中補(bǔ)充采用兩種降水措施：①打排水夯，先平整場(chǎng)地后按15 m×15 m 進(jìn)行布點(diǎn)，夯坑深度3 m 左右，不計(jì)夯擊數(shù)，將水泵放入夯坑內(nèi)進(jìn)行排水，將水排干凈后平整場(chǎng)地進(jìn)行強(qiáng)夯施工；②明溝降水，將場(chǎng)地橫向挖排水溝，溝寬2 m，深3 m，橫向每道溝間隔40 m，將大功率水泵放入溝內(nèi)進(jìn)行排水，將水排干凈后平整場(chǎng)地進(jìn)行強(qiáng)夯施工。

正式強(qiáng)夯施工時(shí)從國(guó)內(nèi)組織8臺(tái)套大噸位強(qiáng)夯設(shè)備，并采購(gòu)安裝GPS設(shè)備及自動(dòng)記錄儀系統(tǒng)［7］，通過(guò)數(shù)據(jù)基站將現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至監(jiān)控調(diào)度中心，實(shí)時(shí)觀測(cè)施工動(dòng)態(tài)。強(qiáng)夯沉降自動(dòng)記錄系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 強(qiáng)夯沉降自動(dòng)記錄系統(tǒng)Fig.4 DC Settlement Automatic Recording System

施工過(guò)程中需注意夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過(guò)大的隆起。不因夯坑過(guò)深而發(fā)生提錘困難，夯坑沉降過(guò)大時(shí)及時(shí)向坑內(nèi)回填砂料，局部淤泥及腐木采取挖除置換或翻曬措施。

4 試驗(yàn)檢測(cè)效果分析及計(jì)算

為了檢驗(yàn)夯后地基土性狀變化及處理效果，強(qiáng)夯前后對(duì)地基土進(jìn)行常規(guī)室內(nèi)試驗(yàn)、靜載試驗(yàn)、標(biāo)貫試驗(yàn)等進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 標(biāo)貫檢測(cè)

在兩遍點(diǎn)夯夯點(diǎn)中間的未點(diǎn)夯處選擇性地選取標(biāo)貫點(diǎn)，對(duì)比夯前標(biāo)貫和夯后標(biāo)貫及標(biāo)貫增加值曲線如圖5所示。

圖5 8 000 kN·m能級(jí)強(qiáng)夯前后T55A，T55B標(biāo)貫檢測(cè)曲線Fig.5 8000 kN·m SPT Curve of T55A and T55B before and after M-level DC

油罐區(qū)8 000 kN·m 和擋墻區(qū)6 000 kN·m 能級(jí)強(qiáng)夯施工前后平均標(biāo)貫增加值如圖6所示。

圖6 標(biāo)貫擊數(shù)深度曲線Fig.6 SPT Blow Count Depth Curve

4.2 靜載檢測(cè)試驗(yàn)試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)貫檢測(cè)點(diǎn)對(duì)沉降計(jì)算最大孔位，采用RSJYD 靜載測(cè)試分析儀進(jìn)行靜載試驗(yàn)，采用堆載反力梁裝置，9 m2剛性混凝土方板作為承壓板，采用慢速維持荷載法，最大加荷值3 600 kN，分10 級(jí)加荷，5 級(jí)卸載。沉降相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為：在連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)，沉降量小于0.1 mm/h。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即終止加載：①當(dāng)淺層載荷承壓板周邊的土明顯側(cè)向擠出，周邊土體出現(xiàn)明顯隆起；②本級(jí)荷載沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5 倍，荷載與沉降曲線出現(xiàn)明顯陡降；③在某一級(jí)荷載下，24 h 內(nèi)沉降速率不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；④承壓板的累計(jì)沉降量大于等于承壓板邊寬度的6%或累計(jì)沉降量大于等于150 mm；⑤加載至最大要求的試驗(yàn)荷載且承壓板沉降達(dá)到相應(yīng)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)T55 油罐區(qū)基礎(chǔ)夯后進(jìn)行壓板檢測(cè)，累計(jì)沉降量小于2 cm，承載力大于200 kPa。靜載P～s曲線如圖7所示。

圖7 靜載曲線Fig.7 Static Load Curve

4.3 強(qiáng)夯前后沉降對(duì)比計(jì)算

4.3.1 夯前沉降計(jì)算（見(jiàn)表4）參照以下公式進(jìn)行：

表4 T55-TA1油罐區(qū)夯前沉降計(jì)算Tab.4 T55-TA1 Tank Farm Settlement Calculation before Tamping

4.3.2 夯后沉降計(jì)算

按分層總和法計(jì)算，根據(jù)標(biāo)貫值估算壓縮模量，地基沉降量滿足設(shè)計(jì)小于300 mm，并根據(jù)各標(biāo)貫點(diǎn)估算沉降值（見(jiàn)表5）估算差異沉降也滿足設(shè)計(jì)要求，小于1/500。

表5 T55-A1油罐區(qū)夯后沉降計(jì)算Tab.5 T55-A1 Settlement Calculation of Tank Farm after Tamping

4.4 承載力計(jì)算

強(qiáng)夯完成后對(duì)標(biāo)貫芯樣進(jìn)行取樣試驗(yàn)，根據(jù)太沙基公式（圓形基礎(chǔ)）估算地基極限荷載和地基承載力。

極限荷載pu=0.3γb0Nγ+1.2cNc+γdNq

取c=5 kPa，ψ=18°，查表可得：Nγ=4.07，Nc=13.1，Nq=5.26。

pu=0.3×18×30×4.07+1.2×5×13.1+18×0×5.26=737.94 kPa

承載力安全系數(shù)取3.0，計(jì)算測(cè)得地基承載力f=737.94/3≈245 kPa＞200 kPa。

強(qiáng)夯完工儲(chǔ)罐完成后對(duì)其進(jìn)行充水試壓監(jiān)測(cè)（見(jiàn)圖8），其最大沉降小于5 cm，說(shuō)明吹填砂土層強(qiáng)夯滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 油罐充水試壓沉降曲線Fig.8 Settlement Curve of Oil Tank Water Filling Pressure Test

4.5 液化計(jì)算

在強(qiáng)夯影響深度范圍內(nèi)，標(biāo)貫擊數(shù)液化臨界值可按下式計(jì)算：

計(jì)算測(cè)得實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)均大于臨界值。

5 結(jié)論

強(qiáng)夯施工區(qū)各段經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理后物理力學(xué)指標(biāo)均得到改善，地基處理面以下10 m范圍內(nèi)淤泥質(zhì)黏土及新吹填砂均產(chǎn)生了固結(jié)沉降。地基承載力均有不同程度提高，以軟土小于3 m 區(qū)域提高較顯著。砂土層標(biāo)貫有所提高，砂層液化已消除，局部深層液化已改善。

部分區(qū)域淤泥較厚，無(wú)塊石回填，水位淺，易發(fā)生夯錘掉錘、吸錘，強(qiáng)夯機(jī)傾覆，施工時(shí)應(yīng)采取降水措施，夯坑過(guò)大及時(shí)回填砂。也可將其他軟基處理方法（砂樁、插板排水）結(jié)合使用，以滿足設(shè)計(jì)要求。

砂土中人員車輛行走、物資運(yùn)輸、土方開挖、鉆孔施工、降排水均較困難，大面積土方轉(zhuǎn)運(yùn)需要合理安排精心組織。