李國(guó)棟，毛代松

(中化泉州石化有限公司,福建 泉州 362000)

通過吹砂填海方式形成的地基通常存在天然含水量高、壓縮性高、強(qiáng)度低、透水性差和工后沉降過大的問題[1-3]。因此需要對(duì)地基進(jìn)行處理,改善其工程性質(zhì),提高地基承載力,以滿足工程建設(shè)用地的需要。對(duì)吹填土形成的地基進(jìn)行處理是當(dāng)前較少遇到的工程項(xiàng)目,現(xiàn)有方法對(duì)復(fù)雜大面積吹填地基處理的經(jīng)驗(yàn)較少,需要結(jié)合工程案例總結(jié)適合大面積吹填土的地基處理新工藝。

當(dāng)前對(duì)吹填地基的處理集中在淺層范圍,如董志良等[4]報(bào)道的淺層超軟土地基加固方法。其他處理方法,如:自然晾曬法[5]、化學(xué)加固法[6]、土工材料加筋[7]等,多存在工期長(zhǎng)、加固效果差、經(jīng)濟(jì)投入高的缺點(diǎn)。針對(duì)上述吹填土地基處理方式的缺點(diǎn),聯(lián)合地基加固技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用,聯(lián)合地基加固技術(shù)是指在綜合現(xiàn)有成熟地基加固技術(shù)的前提下,考慮不同加固方法的優(yōu)勢(shì),同時(shí)借用另一種方法改善原方法的缺點(diǎn)對(duì)地基進(jìn)行加固的處理方法,但是如何把握整個(gè)施工過程中場(chǎng)地的承載力變化,控制地基處理的指標(biāo),需要進(jìn)一步開展研究。

現(xiàn)階段對(duì)沿海吹填地基進(jìn)行處理時(shí),真空預(yù)壓法和強(qiáng)夯法得到了廣泛應(yīng)用。如:莫睿嫻[8]對(duì)某吹填軟基處理工程的報(bào)道,該工程處理時(shí)采用真空預(yù)壓聯(lián)合強(qiáng)夯的施工方法,同時(shí)控制地基固結(jié)度和強(qiáng)夯時(shí)的夯擊能量,得到符合工程建設(shè)要求的軟基;劉永林[9]通過工程建設(shè)中沉降觀測(cè)和施工完成后土體的靜力觸探試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),真空預(yù)壓聯(lián)合低能強(qiáng)夯的加固方法不僅適用于處理淺層軟土地基,對(duì)深厚軟弱地基的處理同樣具有很好的效果。

目前,有關(guān)真空降水與低能強(qiáng)夯聯(lián)合加固技術(shù)的理論分析綜合工程試驗(yàn)報(bào)道的案例較少,不足以支撐技術(shù)的推廣應(yīng)用。對(duì)相關(guān)研究整理發(fā)現(xiàn)[10-12],該方法在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段,對(duì)加固技術(shù)體系、加固方法以及沉降計(jì)算方法等有待進(jìn)一步研究以指導(dǎo)工程實(shí)踐工作。因此本文依托福建某沿海大型石化項(xiàng)目地基處理工程案例,對(duì)吹填土形成的場(chǎng)地,采用真空預(yù)壓降水聯(lián)合低能強(qiáng)夯的作業(yè)方式進(jìn)行加固,在試驗(yàn)場(chǎng)地中布設(shè)監(jiān)測(cè)元件,獲得加固期間相關(guān)土體參數(shù)的變化,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,評(píng)價(jià)其加固效果并分析原因,為相似工程的軟基處理提供指導(dǎo)。

1 工程背景介紹

本項(xiàng)目位于福建省湄洲灣南岸,地處海灣,場(chǎng)地地形平坦。

項(xiàng)目占地約4.40×106m2,場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高+5.0 m,原場(chǎng)地主要為灘涂、海域,主要采用吹填淤泥、吹填砂、回填土等方式進(jìn)行回填形成陸域,然后進(jìn)行真空預(yù)壓和低能強(qiáng)夯方式進(jìn)行地基預(yù)處理,以消除吹填土場(chǎng)地土體的欠固結(jié),形成項(xiàng)目建設(shè)用地。

前期勘察表明,該場(chǎng)地屬于回填區(qū),其下部有厚度不均的松散吹填砂層、流塑狀吹填淤泥和軟塑狀淤泥。主要土層厚度和土體性質(zhì)見表1。

表1 土體物理力學(xué)性質(zhì)

對(duì)場(chǎng)地土體進(jìn)行分析后,明確該場(chǎng)地土層承載力較差,不具備天然承載力的施工條件,需進(jìn)行地基加固處理,考慮土層特點(diǎn),選擇真空預(yù)壓聯(lián)合低能強(qiáng)夯方法進(jìn)行加固。

2 施工及監(jiān)測(cè)、檢測(cè)項(xiàng)目介紹

對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行初步處理后,首先進(jìn)行真空預(yù)壓作業(yè):打設(shè)豎向排水板,排水板間距1.2 m,梅花形布設(shè);排水板打設(shè)完成后,鋪設(shè)真空密封膜及排水濾管;真空作業(yè)開始后,安排射流泵作業(yè)抽出孔隙水。真空預(yù)壓完成后,進(jìn)行回填砂土工作,并進(jìn)一步開展低能量強(qiáng)夯作業(yè)。低能強(qiáng)夯作業(yè)完成后,采用振動(dòng)壓實(shí)法對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平,并回填砂土。主要施工流程見圖1。

本文主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包含:表層沉降、土體分層沉降和孔隙水壓力。根據(jù)工程實(shí)際需要,進(jìn)行監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè),在觀測(cè)區(qū)建立相對(duì)獨(dú)立的水準(zhǔn)網(wǎng)作為監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)。監(jiān)測(cè)基點(diǎn)采用打過樁的固定標(biāo)石或混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石,標(biāo)石底部低于凍土線0.5 m;水準(zhǔn)基點(diǎn)地面部分砌磚井保護(hù),并且加蓋防護(hù)。分層沉降采用垂直向測(cè)量磁環(huán)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。場(chǎng)地處理完成后,開展淺層平板試驗(yàn)檢測(cè)地基承載力。為減小施工因素影響,本文在試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)隨機(jī)選擇8個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)檢測(cè)項(xiàng)目的作業(yè)。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 表層沉降

為消除監(jiān)測(cè)元件誤差,在每個(gè)測(cè)點(diǎn)均設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)儀器。在真空預(yù)壓作業(yè)期間,場(chǎng)地內(nèi)土體的表層沉降見圖2。為節(jié)省篇幅,本文僅列舉J-1和J-2兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化。

由圖2可知,不同監(jiān)測(cè)元件獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差較小,能夠真實(shí)反映施工期間的沉降量變化,不同測(cè)點(diǎn)的表層沉降均隨著真空預(yù)壓時(shí)間的增加而增大。不同測(cè)點(diǎn)的沉降量略有差異,分析其原因?yàn)椴煌瑴y(cè)點(diǎn)下土層性質(zhì)差異較大,進(jìn)而導(dǎo)致了差異沉降量的產(chǎn)生。

3.2 分層沉降

在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置一組分層沉降儀,每組分層沉降儀器包含3個(gè)磁環(huán)觀測(cè)點(diǎn),采用CJY-1型電磁式深層沉降儀(測(cè)量精度1 mm)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。不同測(cè)點(diǎn)磁環(huán)的埋設(shè)深度見表2,不同測(cè)點(diǎn)的分層沉降量監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3。由表3可知,隨著深度的增加,各土層的沉降量均逐漸減小,基本符合分層沉降的變化規(guī)律。

表2 沉降儀埋設(shè)標(biāo)高 m

表3 沉降儀監(jiān)測(cè)結(jié)果 mm

3.3 孔隙水壓力

在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)內(nèi),共設(shè)置8處孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn),每組包含3個(gè)孔隙水壓力計(jì),采用鉆孔埋設(shè)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)元件布設(shè)?？紫端畨毫τ?jì)通過導(dǎo)線引出孔外,采用GDK-1型孔隙水壓力計(jì)及數(shù)字頻率儀(精度0.5級(jí)～2.6級(jí))進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

表4所示為孔隙水壓力消散值,圖3所示為J-1,J-2測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力隨時(shí)間變化情況示意圖。

表4 孔隙水壓力消散值 kPa

由表4和圖3中的孔隙水壓力變化可知,在真空預(yù)壓初期,地基中的孔隙水壓力消散較快,后期的增長(zhǎng)速率逐漸降低。這表明在大氣壓力作用下,土體中的有效應(yīng)力逐漸增加,幫助土體進(jìn)行壓縮,進(jìn)而提高了土體的固結(jié)度。

4 工后檢測(cè)分析

4.1 地基承載力

真空預(yù)壓和低能強(qiáng)夯施工完成,場(chǎng)地回填土作業(yè)結(jié)束后,對(duì)處理后的場(chǎng)地進(jìn)行平板載荷試驗(yàn),確定地基承載力。對(duì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)開展平板載荷試驗(yàn),采用1 m2方形剛性承壓板,最大加載至300 kPa,分8級(jí)加載,單級(jí)荷載按照37.5 kPa進(jìn)行加載。

圖4所示為部分測(cè)點(diǎn)的平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果,表5所示為8個(gè)測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果。

由圖4,表5可知,各試驗(yàn)點(diǎn)加載至預(yù)定荷載時(shí),均未出現(xiàn)沉降的明顯變化或承壓板周圍土體擠出現(xiàn)象,最終沉降量介于14.23 mm～49.84 mm之間,均小于壓板寬度的6%,符合地基處理規(guī)范要求。

表5 平板載荷試驗(yàn)結(jié)果

各檢測(cè)點(diǎn)荷載沉降(p-s)曲線均為緩變形,根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求[13],取試驗(yàn)中最大加載量的1/2和相對(duì)變形值s/b=0.01(10 mm)時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載中二者的較小值作為地基承載力特征值。試驗(yàn)結(jié)果表明:預(yù)處理后各檢測(cè)點(diǎn)承載力特征值為86 kPa～150 kPa,符合后續(xù)工程建設(shè)要求。

4.2 鉆孔取土試驗(yàn)

為研究處理前后試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)土體的物理力學(xué)性質(zhì)變化,在試驗(yàn)區(qū)域預(yù)處理前進(jìn)行15個(gè)鉆孔取土試驗(yàn),總延米185 m;處理后進(jìn)行了52個(gè)鉆孔取土試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)取樣后進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)。室內(nèi)土工試驗(yàn)包含常規(guī)試驗(yàn)及剪切、壓縮試驗(yàn),對(duì)室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,預(yù)處理前后各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)見表6。

表6 土層物理力學(xué)性質(zhì)變化

由表6可知,通過對(duì)各項(xiàng)室內(nèi)土工試驗(yàn)指標(biāo)的對(duì)比分析,較預(yù)處理前,土層含水率降低、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)變大、土的壓縮性降低,預(yù)處理后物理力學(xué)性質(zhì)有較明顯提高。

5 結(jié)論

針對(duì)吹填土地基壓縮性大、含水率高、工后沉降大等問題,本文采用真空預(yù)壓聯(lián)合低能強(qiáng)夯的地基處理方法,對(duì)某吹填地基進(jìn)行處理,開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。結(jié)合大量試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)聯(lián)合法處理地基的效果進(jìn)行評(píng)價(jià),主要結(jié)論如下:1)采用真空預(yù)壓聯(lián)合低能強(qiáng)夯法處理吹填土地基,能夠?qū)崿F(xiàn)土層物理力學(xué)性質(zhì)的提高和地基承載力的大幅增強(qiáng)。2)真空預(yù)壓和低能強(qiáng)夯聯(lián)合處理能夠發(fā)揮兩種處理方式的優(yōu)點(diǎn),既降低深層土體含水率,在表面形成“硬殼層”,又能實(shí)現(xiàn)對(duì)表層土體的夯實(shí)加固,有效實(shí)現(xiàn)深厚吹填土地基的加固處理。