高真空井点降水联合强夯法在吹填土软基处理中的应用.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１７）１００１１８０５・其他・高真空井点降水联合强夯法在吹填土软基处理中的应用段军（中国铁建港航局集团有限公司广东珠海５１９０００）摘要：本文以潍坊港中港区西作业区桶～＃１ｌ泊位吹填土软基处理工程施工为例，介绍运用高真空井点降水联合强夯法处理饱和黏土及流泥夹层汇集区域软土地基施工方法，并与传统施工方法作对比，简要介绍高真空井点降水联合强夯法的施工原理，为今后类似工程施工提供参考。关键词：高真空井。占、降水联合强夯饱和黏土流泥夹层软基处理中图分类号：Ｕ６５５．５４文献标识码：Ａ＋Ｂ—ＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１７．１０．０２８∞ＡｐｐＨｔｉｏｎｏｆｍｇｈＶａｃｕｕｍＷｅｌｌＰｏｉｎｔ—Ｄｅ吼ｔｅｎｇＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＤｙｎａｌＩｌｉｃＣｏｍｐａｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＴｒｅａｔｉｎｇＳｏｆｔＦｏｍｌｄａｔｉｏｎｏｆＤｒｅｄｇｅｒＦｍＤｕａｎＪｕｎ（ＣＲＣｃＨａｒｂｏｕｒ＆Ｃｈ锄ｎｅｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｒＩｇ∞ＢｕｒｕＧｍｕｐｃｏ．Ｌｆｄ．，ｚｈｕｈａｉＧｕ粕ｇｄｏｎｇ５１９（）００，ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ０ｆｄｒｅｄｇｅｒｆｉＵｓｏｆｔ氩吣ｎｄａｔｉｏｎａｔｔｈｅＮｏ．６ｔｏＮｏ．１ｌｂｅｒｔｈｓｏｆｗｅｓｔｏｐｅｒａｔｉｏｎａｒｅａ—ｉｎｍｉｄｄｌｅｈａｒｂｏｒｏｆｗｅｉｆａｎｇｐｏｒｔａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ出ｅｃｏｎ枷ｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｓｏｆｔｆ曲ｎｄａｔｉｏｎｔＴｅａｔｍｅｎｔｂｙｔｈｅ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇ｝ｌｖａｃｕｕｍｗｅＵｐｏｉｎｔｄｅｗａｔｅｒｉｎｇｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｄｙｌｌａＩＩｌｉｃｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅａｒｅａｗｈｅｒｅｓａｔｕｒａｔｅｄｃｌａｙａ１１ｄｍｕｄｎｏｗｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｗｅｒｅ船ｓｅｍｂｌｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｉｔ埘ｔｈｔｈｅｔｍｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔＩｌｅｐａｐｅｒｇａｖｅａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｈｉｇｈｖａｃｕｕｍｗｅｕｐｏｉｎｔｄｅｗａｔｅｒｉｎｇｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｄｙｎ踟ｉｃｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｃｏｕｌｄｐｍｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｌｌｅｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｐｍｊｅｃｔｓｉｎｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉ出ｖａｃｕｕｍｗｅＵｐｏｉｎｔｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ；ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｄｙｎ枷ｃｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ；ｓａｔｕｒａｔｅｄｃｌａｙ；ｍｕｄｎｏｗｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ；ｓ（１ｆｔｆｂｕｎｄａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ１引言土，因此运用常规的软基处理方法，往往施工成本高，周期长，处理效果也难以达到要求。方法有旋喷法、堆载联合预压法、换填垫层法、桩基２工程概况法、土工合成材料加筋加固法、化学固结法、排水２．１工程简介法、爆炸挤淤法等¨。１。这些方法对于常规的软土潍坊港中港区西作业区＃６。＃１１泊位软基处理挚苎苎要皆登墅曾竺翌蝥号璺竖篓篓苎曼挚氅竺工程，总面积约为１００万ｍｚ，此区域为由绞吸船吹娄呈呈翌等熙？蝥圭圣霉翌鬯乏篱曼些墨矗磊ｉ吾磊磊菇拍．＃：。泊莅蒿妻磊葛舅蕹荔釜！苎皇三兰圭竺竺竺竺：望翌查零大量的淤泥质黏夏鬟薹菇爵羞差篙美芸菇晶呙瞢ｉ舅主葛语芸薹彳ｉ………………鉴苎旦罂：挚坚：．哩二翟。。。。。．。个出水口。根据工程合同要求，需要在吹填泥面完基金项目：中国铁建港航局集团有限公司２０１６年度科技开发计划项’………………………～一一～一７。’’作者简介：擎磊１１９８５一＇男工程师＇主要从事施工项目技术管理施工。通过运用无填料振冲法施工本堆场内其他万方数据・其他・软基区域经验，越靠近水门口，振冲排水法施工难度越大，处理效果也越来越差，从而判定，２个出水口水门附近在吹填过程中集结了大量粉细砂颗粒并与淤泥质黏土混合夹杂，该区域的吹填土处于极松散状态且含泥量极高，且场地吹填完成时间短，受长期泡水影响，含水率接近饱和，处于完全液化状态，地基承载力极低。初步判定此区域面积约１２万ｍ２。２．２工程地质情况通过设计图纸中勘察结果表明，在钻探深度内土层分布较有规律，自上而下依次为：冲填土（流①②泥）、冲填土（粉土）、粉土及粉质黏土。该区域的冲填土主要为粉土，稍密状，为新近冲填形成，冲填时间较短，具有含水率高、饱和度高、强度低、极—易震动液化的特点。分层厚度为５．８１０．０ｍ，在部分区域冲填土成分为流泥或粉质黏土，流动状，另外在土体中不同程度地夹杂着淤泥质夹层，工程地质性质极差。各土层主要物理、力学指标见表１。表１地质情况取土深度／ｍ试样状态土样状态含水率ｗｒ／％液限ｗＬ塑限ｗＰ塑性指数口液性指数ＩＩＪ备注１扰动流泥１３５．４３２．２１９．０１３．２８．８２灰褐色２扰动流泥１３０．９３２．６１８．６１４．Ｏ８．０２灰褐色３扰动粉土２６．１２６．６１９．Ｏ７．６Ｏ．９３灰褐色４扰动粉土２３．３２８．７２２．６６．１Ｏ．１ｌ灰褐色５扰动粉质黏土２９．２３０．Ｏ１９．Ｏ１１．００．９３灰褐色６扰动粉质黏土２３．０３０．２１９．Ｏ１１．２Ｏ．３６灰褐色７扰动粉土２３．４２５．９１９．６６．３０．６０灰褐色８扰动粉土２３．８２８．４２１．６６．８Ｏ．３２灰褐色９扰动粉土２４．８２９．２２１．８７．４Ｏ．４１灰褐色１０扰动粉土２２．３２６．Ｏ１９．Ｏ７．００．４７灰褐色ｌｌ扰动粉土２３．３２８．８２１．３７．５０．２７灰褐色１２扰动粉土２３．５３１．２２３．３７．９０．０３灰褐色根据以上情况综合分析该区域的地基处理方易排出的饱和结构，整个土体变成粉土与水分子被案，如使用原有工艺无填料振冲施工法将会使原吹粘性颗粒包裹的结核体。土体中所含的水没有了填土体中的淤泥质黏土夹层分散至整个加固土体排水通道，以至于加固土体不会很好的固结形成了中从而渗透系数大大降低，使整个加固土体无法固大面积不易处理且地基承载力很低的弹簧土土体，结长期处于液化状态，严重影响加固土体的地基承见图２。载力０—。产遴仁＝＿］３方案选定誉Ｊ卜ａ）～。蜡Ｉ—’ｒｉ习ｌ，ｄ垒．６６３．１国内以往案例№《斛府一二：？６～Ｉ‘查询相关资料５。１１｜，２００１年上海某码头是国内———————ＬＬ二－Ｊ首个采用无填料振冲工艺施工的大型集装箱码头，图１水门口处原吹填土体组成结构示意整个陆域采用无填料振冲施工工艺，检测结果大部无填料振；申．粘性颗粒均匀分区域都能很好的满足设计要求，水门口位置的检。髻堑瞻篁些竖奘测效果与设计值相差很多而且形成了大面积的弹…■◇萎～拦Ｋ｜！＝ｊ：：：：：：：：：：：０ｌ簧土。后经过多方认证得出结论：水门口处原吹填≥≥簧Ｉ水压订如蛙：！＝；＝｛：；＝；＝ｊ＝譬Ｉ土体中所含有的水是属于可以排除的，属于游离水“Ｌ蒯。Ｌ＝：：：：二』二二二：：ｌ结构，男巳图１。图２水门口处原吹填土体振冲施工后颗粒组成结构示意经过无填料振冲后把原吹填土体中的淤泥质黏土夹层中的粘性颗粒分散至整个加固土体中，把经过多方认证最终采用了振冲碎石桩施工工原来的游离水结构，变成水分子被粘性颗粒包裹不艺进行重新加固，使已被破坏的土体变成加填碎石Ⅲ铁道建筑技术ＲＡｌＡＹｃｏＮｓＴＲＵｃＴｌｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１７ｔ１０）１１９万方数据・其他・的复合地基基础，才满足了设计所要求的地基承载力，见图３，工期及成本代价巨大。再如，２００４年上海某另一码头也是采用无填料。Ｃ振冲工艺施工的大型码墨头，整个陆域除水门口位耋】置均采用无填料振冲施工』工艺。因有了２００１年上图３海某码头水门口位置的经验教训，在水门位置采用振冲碎石桩雾冀雾振冲碎石桩施工后土体结构示意了当时认为可行的塑料排水板联合强夯法施工工艺，结果处理效果也不是很理想。后经过多方认证得出结论：塑料排水板的施工使加固土体有了很好的排水通道，后经过大能量的强夯使加固土体压缩变形形成压力很大的超孔隙水，这时超孔隙水排出惟一通道就是塑料排水板，以至于土体中的超孔隙水源源不断的从塑料排水板板芯中排出。因加固土体表层超孔隙水消散比较快，使表层土体的自重对整个加固土体形成了逐级堆载，排水板在强夯与逐级堆载的作用下不断地在往加固土体的地表排水，以至于加固土体的表层以下８ｍ范围内的土体一直处于排水一固结一泡水液化一排水一固结一泡水液化的循环过程，使整个加固土体８ｍ范围一直处于液化状态，达不到设计所要求的地基承载力与基本消除液化的指标。后采用了块石堆载６ｍ的堆载工艺进行补救，经过１２个月的堆载固结，原有的塑料排水板在基本失效的情况下才进行卸载，最终达到了设计所要求的地基承载力，同时基本消除液化问题。此方法同样不是处理此类区域的最佳方法。针对吹填砂水门位置地基加固成功案例也很多，曹妃甸某工程道路部分刚好处于吹填水门口位置，采用了高真空井点降水联合强夯法的施工工艺进行地基加固，最终完全达到了设计所要求的各项指标。其原理是：高真空降水所插设的降水管使吹填土体有了很好的排水通道，后经过高真空的作用使其土体中的水分子被强排出来，土体中原有水与空气所占有的空隙被释放出，见图４。１２０降水管使吹填砂土体有了良好的排水通道，枉高真空的作用下．排出土体中的空气和水ＩＩ、。降水管质夹层排靠三●‘‘’■，＋一＾－－－图４高真空井点降水示意铁道建篱技术当达到效果时立即拔除降水管切断排水通道进行高能量强夯，这时原有水与空气所占有的空隙所释放出的空间被强大的强夯冲击波压缩¨引，达到了有效密实效果，再一次重复循环以上工艺使整个加固土体的地基承载力能更好地提升。３．２方案确定借鉴曹妃甸某相似工程的经验，最终确定运用高真空井点降水联合强夯法进行本工程水门口处软基处理施工。４施工工艺４．１施工部署４．１．１施工前准备施工前根据总包单位测放施工区域的具体位置，用木桩定出施工区域的两侧边线桩。４．１．２施工工序——预处理真空降水＋第一遍强夯法施————工第二遍真空降水＋第二遍强夯法施工——————满夯场地平整振动碾压检测。４．２施工工艺流程工艺流程见图５。人员、设备进场●表层预处理及施工区域明沟开挖————］ｌ设备细装、ｌ：・第二遍强夯施工“Ｉ气蒜、Ｈ布设真空降水管Ｉ１．ｍ，ｎＩ．ｍ１．●场地整平Ｉ黼Ｈ测地下奎位初始●●满夯施工跟一第一遍真空降水ｌ●踪—第遍强夯施工ｌ场地整平观Ｉ测■水场地整平振动碾压期位●Ｉ＿一第一遍真空降水效果检测图５施工工艺流程４．３开挖排水沟拟在施工区域边界外４ｍ左右处开挖排水沟。先采用水挖机对开挖排水沟位置处进行表层土体扰动排水，然后推土机进行碾压排水，待初步固结后，开挖上宽为３ｍ，底宽为１．０—ｍ，深为１２ｍ的排水沟用来收集各个真空泵排出的地下水，并派专人负责清理，确保明沟流水畅通，见图６。ＲＡｆＬｎ，ＡｙＣ０＾旧丁ＲＵＣ刀ＯＮ丁ＥＣＨＮＯＬＯＧｙ２０Ｔ７仃０Ｊ万方数据・其他・图６排水沟施工现场图７水挖机预处理施工现场４．４表层预处理采用水挖机对处理场地进行表层土体扰动排水。待表层初步形成承载力，能够允许推土机作业后，再用履带推土机进行碾压排水。期间，插入一定数量的降水管，进行抽水，抽水过程中采用履带式推土机往返碾压，加速排水过程，见图７、图８。一图８差土竺曼乒排水图９降水设备安装施工现场’一一。～一。４．５高真空降水原理及降水方法高真空降水的原理是利用高强度真空泵把井点管、卧管及贮水箱内的空气吸走，形成一定的真空度（即负压）。由于管路系统外部地下水承受大气压力的作用，为了保持平衡状态，由高压区向低压区方向流动，地下水被压人至井点管内，经卧管至贮水箱，然后利用分流器将水气分离，水从底部管口排出，从而水位下降，孔隙比减小，土体发生固结，地基承载力有所提高。真空降水管真空抽水时配合履带式推土机行走碾压，之后采用振动压路机多遍协助排水，碾压过程中要求单、双排排水管均正常工作。真空降水时，保持分区外围排水畅通。高真空降水设备为带平衡的可调真空系统，主要包含高真空泵、平衡器等。高真空系统由卧管和真空降水管及外围封管三部分组成。真空管根据土层情况，分别设置深管和浅管，管路连接完成并密封后，进行第一遍高真空降水，降水期间进行地下水位监测并做好记录。４．５．１真空降水施工技术参数（１）第一遍真空降水。采用深浅管间隔布置，深管管长７ｍ，浅管管长３．５ｍ。单排真空降水管排距７ｍ，点距３．５ｍ；双排真空降水管为３．５ｍ短管及７ｍ长管，点距１．７５ｍ。水位降至地面以下２．０ｍ，水位达到要求后，拔出单排浅管，保留双排管及外围封闭管进行强夯。（２）第二遍真空降水。第一遍强夯结束后，推平夯坑，场地平整后，进行第二次真空降水，第二遍真空降水水位降至地面以下２．５ｍ，水位达到要求后，拔出双排管进行强夯。（３）每个小区布置２个水位观察孔。（４）距施工小区边线２ｍ处布置一排外围封管，外围封管按管长７ｍ和３ｍ间隔布置，点距１．７５ｍ。外围封管在强夯施工期间连续进行降水，待满夯施工完毕后，方可拆除。４．５．２强夯施工技术参数第一遍强夯：点夯，夯点布置７．Ｏｍ×３．５ｍ，三角形布置，夯击能量１２００ｋＮ・ｍ，单点夯击次数为４击。第二遍强夯：点夯，夯点布置７．０ｍ×３．５ｍ，三角形布置，夯击能量２０００ｋＮ・ｍ，单点夯击次数为３击，强夯完成后要求最后两击平均夯沉量能够满≤足１０ｃｍ。第三遍满夯：夯击能量８００ｋＮ・ｍ，单点夯击次数２击，搭接宽度１／４锤底面积。４．５．３铺管、成孔水冲法成孔，将钢管一端和清水泵的出口用内缠钢丝软胶管连接，另一端垂直对准井点位置，井孔冲击成型，孔深度达到设计要求后，拔出冲击管，将井点管插人，管顶外露约２０ｃｍ。并在井点管与孔壁之间均匀回填现场表层土并振捣密实，以防漏气。卧管采用拍３ｍｍＰＶｃ管。卧管与真空管和机械设备之间采用内缠钢丝软胶管连接，连接的接头确保严密，见图９。井点管与卧管、真空泵机组连接后，运行调试，检查是否有漏气及死管的情况，发现问题应及时采取措施进行补救。４．６真空降水、联合强夯真空泵机组出水应先浊后清。铁道建兢技术尺ＡｆＬ蝴ｙ℃ＣＯＮＳ丁ＲＵＣ丁『０～丁￡ｆ＿ｆ￣０￡＿０Ｇｙ２０７７仃０Ｊ１２１万方数据・其他・第一遍降水时间，水位降至２ｍ以下确保其满足强夯质量，见图１０。图１０第一遍强夯现场效果图１１第二遍强夯现场效果待第一遍强夯整平夯坑后，且水位降至２ｍ以下后，进行第二遍强夯，见图１１。待整平场地后，进行满夯，夯击能量为８００ｌ【Ｎ・ｍ，单点夯击次数为２击，搭接宽度１／４锤底面积。外围封管在强夯施工期间连续进行降水，待强夯全部结束后，地下水位达到２．５ｍ以下时方可拆除。４．７碾压再次整平场地，采用２０Ｔ振动压路机进行碾压—６８遍，直到消除轮痕为止。５成果检测高真空联合强夯法施工完成后的地基，放置２～３周后进行试验检测。本工程分别采用标准贯人、现场钻探取样、平板载荷等三种方法联合对完成的软基进行检测，现场标准贯入试验孔４个、现场钻探取样孔４个、平板荷载试验３处。检测结果表明经过高真空联合强夯法工艺处理过的地基承载力满足设计１２０ｋＰａ的要求，消除了液化问题。同时沉降嘘测分析原吹填泥面平均标高约４．８０ｍ，振冲处理后泥面平均标高为３．８５ｍ，则通过软基处理后造成的沉降量为０．９５ｍ。６施工注意事项（１）若预处理完成后，仍存在泥面不能满足插管要求，则需要对该部分泥层进行开挖翻晒，待泥土满足插管要求后，再回填进行插管降水。（２）插入降水管前，必须要用土工布将插入泥土一端的管口封堵牢固，以免泥沙进入管中堵塞降水管。降水管与卧管连接时，连接接头一定要内缠钢丝及内膜等设施，保证接头处连接牢固不漏气。真空设备安装完成后一定进行调试，发现漏气位置１２２铁道建筑技术立即返工，降水过程中安排专人定期维护。（３）高真空降水时，要保证抽水连续，即使遇到阴雨天气也不能停止，降水的同时采用履带式推土机进行碾压，加快降水速度，保证降水效果。（４）强夯时，若泥土承载力较差不能达夯击次数或最后两击夯沉量过大，则停止夯击，继续抽水３～５ｄ后再进行强夯。第一遍强夯时，拔出单排管，但双排管要正常抽水，并且要保持抽水状态一周左右。７结束语通过本工程的实例表明，高真空井点降水联合强夯法能够成功处理吹填区口门处饱和黏土的软土地基。该种方法具有工艺相对简单、用时短、造价低、效果快等优点，对以后类似工程的地基处理具有非常重要的参考价值。参考文献李斌，向才斌．真空、堆载联合预压在广珠铁路珠海西站软基加固中的应用［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１１（９）：—１１５１１７．１２９．黄建国．陕北黄土地区铁路复线施工中的软基处理—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１０（３）：１２６１２９．卢海丰．浅谈碾压排水、换填及强夯工艺在软基处理施—工中的联合应用［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（１１）：１０２１０５．刘济舟，郭大慧，武可贵．港口工程地基爆破处理技术［Ｊ］．水运工程，１９９１（９）：ｌ一４．徐高山．围海吹填地段淤泥质地基真空联合堆载预压—施工技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（３）：１０２１０６．叶观宝，苌红涛，徐超，等．无填料振冲法加固吹填粉细砂—现场试验研究［Ｊ］．勘察科学技术，２００９（４）：３６．周健，崔积弘，贾敏才，等．吹填细砂软弱地基处理试—验研究［Ｊ］．岩土力学，２００８（４）：８６０８６４．李君纯，郦能惠，朱家谟，等．振冲法加固砂壳坝试验—研究［Ｊ］．岩土工程学报，１９８２（４）：１１６．［９］叶观宝，王世威，邢皓枫，等．振冲法处理吹填土浅地—基的分析［Ｊ］．施工技术，２００７（９）：４７５１．［１０］李炳权．浅析港口工程软土地基处理技术［Ｊ］．建筑建—材装饰，２０１４（１７）：４２４３［１１］苑艺，孙浩．振冲置换地基处理技术在港口工程中的应用［Ｊ］．工程技术，２０１６（５）：１４１．［１２］胡顺洋，刘海，严秀俊．强夯法处理吹填砂土基的试验—研究［Ｊ］．铁道建筑，２０１２（３）：８３８４．ＲＡｌＬｗＡＹｃＯＮＳＴＲＵＣＴ｜ｏＮＴＥｃＨＮＯＬｏＧＹ２０１７１１０ｌ１Ｊ１Ｊ］ｊ１Ｉ］Ｊ１Ｊｌ二心口Ｈｂ№＂哺万方数据