真空降水強夯法施工組織設計

1、真空降水強夯法施工組織設計強夯（動力固結）法具有經濟易行、造價低廉、施工工期短、加固效果顯著、適用土類廣等眾多優(yōu)點，在世界各地的地基處理工程中得到了廣泛應用1-2。然而，工程實踐中發(fā)現應用強夯法處理地基時常常出現以下問題：(1) 場地地下水位過高，易造成地表嚴重液化、夯坑積水等問題，影響加固質量和安全生產。(2) 對于粘性土或夾淤質層砂土，由于強夯擾動破壞了土體結構，導致土體滲透性降低，超靜孔隙水壓力難以消散，會出現“橡皮土”現象，難以實現真正的土體加固。真空降水強夯法就是在這種背景下研究開發(fā)的地基處理新工法，該法結合強夯法和真空井點降水的技術優(yōu)點，有效地解決了上述強夯施工中的地下水問題。本文

2、結合某吹填土地基處理工程，介紹該法的加固機理及加固效果，并對其關鍵技術進行了分析探討。1 真空降水強夯法加固機理及特點1.1 真空降水強夯法加固機理軟粘土孔隙比大、含水量高、滲透性差、強度低，在強夯動力作用下，孔隙水壓力瞬間升高；由于土體滲透性差，短時間內難以消散3，此時若繼續(xù)夯擊，必然出現“橡皮土”現象。真空降水強夯法區(qū)別于強夯法及其他動力排水固結法的顯著特點是：通過設置真空井點降水系統(tǒng)實現主動排水4，快速消散超靜孔隙水壓力，避免強夯施工中的“地表液化”和“橡皮土”問題。同時，該法將真空降水和強夯穿插進行，使土體在重錘夯擊、真空吸力及自身重力等動靜力共同作用下短時間實現快速固結，促使飽和軟粘

3、土產生預變形和預沉降，土體強度得到顯著提高。1.2 真空降水強夯法主要優(yōu)點(1) 通過夯前降水，突破了規(guī)范 5中直接強夯應保證地下水位低于夯坑底2米的規(guī)定，擴大了強夯的應用范圍。(2) 通過井點降水解決了軟粘性土中土體滲透性差的問題，保證夯擊引起的超靜孔隙水壓力能夠及時消散，避免“橡皮土”的出現。(3) 與傳統(tǒng)動力排水固結法相比，該工法通過真空井點井點降水實現主動排水4，使超靜孔隙水壓力消散更快，從而顯著節(jié)省工期。(4) 處理后場地土體的天然地基承載力得到顯著提高，并能有效消除負摩阻力和砂土液化，具體分析見本文的第四部分。1.3 真空降水強夯法施工工藝流程真空降水強夯法主要適用于高飽和土及排水

4、不暢的軟粘土，故真空排水先于強夯進行。施工前根據場地條件及處理目標確定降水和強夯的施工參數，其典型施工工藝流程如圖1所示。圖1 典型施工工藝流程示意圖2 工程概況2.1 概述某大型冶金建筑擬建造于吹填土形成的陸域場地，該工程單體建（構）筑物荷載大，對地基承載力要求高，對地基沉降十分敏感。因此需要對場地進行地基加固，提高地基土的強度，控制場地的不均勻沉降和沉降速率，以保證工程的安全及正常運行。2.2 場地條件場地表層為新近吹填砂土，呈不均勻性、含水量高、孔隙率大、承載力差等特點，當地震烈度達到7度時，還會發(fā)生地震液化現象。同時地下水與海水相通，水位變化受漲落潮控制，給施工帶來很多影響。場地土自上

5、而下依次為：第層吹填土：淺灰色，主要由粉、細砂組成，含貝殼碎片，飽和，由于吹填時間短，呈松散狀態(tài)，密實度不均，屬欠固結土。厚度4.4m7.5m。第層粉質粘土：灰黑色，含有機質及貝殼，有腥臭味，具層理，夾粉土薄層。局部地段為淤泥質粉質粘土，呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土，層厚：0.2m7.6m。此層為有機質土，該層局部有粉土透鏡體。第層細砂：灰-灰黑色，長石、石英質，含多量貝殼，混粘性土，具層理，有粘性土、粉砂夾層，飽和，呈松散-稍密狀態(tài)，層厚1.3m8.0m。該層7度地震作用下中等液化。第層細砂：灰-灰黑色，長石、石英質，含多量貝殼，混粘性土，具層理，有粘性土、粉砂夾層，該層局部分布有粉土透鏡體。飽

6、和，中密，厚度：2.7m9.0m，此層可作為一般建筑樁端持力層。下部土層工程力學性質相對較好，且不在加固范圍內，故本文不再贅述。2.3 試驗方案選擇某典型區(qū)域作為試驗區(qū)，將區(qū)內劃分為四個子區(qū)，分別采用不同的能量級別和施工工藝，以分析各工況條件下的加固效果，為后續(xù)大面積處理提供依據。各區(qū)域試驗參數分別為：A區(qū)采用“兩降兩夯”工藝，能級1500kNm；B、C、D區(qū)采用“三降三夯”工藝，能級分別為2000、3000、4000kNm；3 真空降水強夯法關鍵技術分析3.1 真空排水關鍵技術降水井點采用高壓射水法成孔，成孔后埋設豎向及水平封閉管道，并連接真空泵實現排水。該法具有施工工藝簡單、降水效果好、設

7、備可以重復利用等優(yōu)點。降水系統(tǒng)如圖2所示。圖2 降水系統(tǒng)布置圖（1）真空降水工藝流程準備工作鋪放總管埋設支管支管總管連接真空泵安裝調試抽水水位觀測拆除強夯。（2）降水系統(tǒng)布置井點的平面布置及深度根據場地條件確定。本工程中井點間距mm，采用深、淺降水管相間布置方案，深管長6m，淺管長3m。距施工小區(qū)3m處布置一排外圍封管，外圍封管管長6m，井點管間距2m。外圍封管在強夯施工期間連續(xù)進行降水，以控制地下水位回升。對于吹填砂土場地，若井口密封效果不好，可以采用粘土或淤泥質土封堵井口，以提高降水效率。（3）超靜孔隙水壓變化分析降水的效果是真空降水強夯法成敗的關鍵，同時孔隙水壓消散的時間也決定了兩遍夯擊

8、的時間間隔。因此，在施工中應該對降水效果及孔隙水壓消散情況進行動態(tài)監(jiān)測，圖顯示的是現場實測的超靜孔隙水壓變化曲線。圖3超靜孔壓消散曲線由圖2可以得到以下兩點結論：（a）夯擊時超靜孔隙水壓力瞬間增大，最大超過50kPa；淺層孔的超靜孔隙水壓力大于深層的超靜孔隙水壓力；因此，真空降水重點解決的是淺層超靜水壓消散問題，在吹填砂土進行降水時不必將井點設置的過深。若砂層下有軟粘土夾層，需根據場地條件慎重確定井點深度，一般需要穿過軟粘土層。（b）真空降水作用下，超靜孔隙水壓力消散明顯，且淺層超靜孔隙水壓力的消散快于深層，一般1天左右超靜孔隙水壓力可消散90%左右。因此，降水的時間達到4872小時可以滿足要

9、求。值得注意的是，確定降水時間參數還應參考地下水位監(jiān)測結果。對于地下水與海水或湖水相連接的場地，地下水位應該滿足施工條件的規(guī)定才能進行夯擊。3.2 動力固結關鍵技術（1）能級搭配對于軟粘土，大能量夯擊容易破壞土的結構，產生橡皮土；對于高飽和吹填土，大能量夯擊表層容易出現液化現象；因此，在施工中采用了“由輕到重、少擊多遍”的施工工藝6。其基本原理是以小能量將淺層率先加固，在表層形成“硬殼層”3；有了該“硬殼層”就可以逐漸加大能級，加固深層土體。各能級施工參數見表1。表1 各試驗小區(qū)夯擊參數試驗小區(qū)夯區(qū)面積/m2第一遍夯第二遍夯第三遍夯夯點布置m單擊夯能kNm擊數夯點布置m單擊夯能kNm擊數夯點布

10、置m單擊夯能kNm擊數A30304.04.01000454.04.01500610B50504.04.01000454.04.01500684.04.02000810C30304.04.01000454.04.02000684.04.03000810D30305.05.01000455.05.02500685.05.04000810（2）收錘標準高飽和填土及軟粘土對夯擊產生的沖擊效應十分敏感。施工中應該控制夯擊次數，避免破壞土體結構。結合試驗場地條件及強夯實踐經驗提出以下控制標準：（a）夯擊時夯坑周圍出現明顯隆起，則要適當降低夯擊能量或適當調整夯擊擊數。（b）夯擊時相鄰夯坑內出現土體隆起現象，

11、則要停止強夯或適當降低夯擊能量。（c）后一擊夯沉量明顯大于前一擊夯沉量，或有側向隆起時，停止夯擊。（d）最后兩擊平均夯沉量小于50mm。4加固效果分析7為了檢驗處理的效果，分別在工前和工后在場地進行載荷試驗、靜力觸探、標準貫入等現場測試，并在施工期間對場地標高、孔隙水壓、地下水位進行了動態(tài)觀測。試驗顯示，真空降水強夯法不僅克服了不利場地條件限制，同時也取得了顯著的加固效果。（1）工后地面沉降達到333602mm，這是由于土體結構趨于密實而產生的。工后產生的明顯沉降說明經處理后有效消除了土體對樁基的負摩阻力。（2）載荷試驗顯示，工后場地天然地基承載力提高120300%，提高幅度與能級增加趨勢一致。（3）標準貫入試驗和靜力觸探試驗結果表明，試驗區(qū)砂土液化層經處理后液化完全消除，土層均勻性明顯改善，在地基淺層形成均勻的相對硬層，有效消除不均勻沉降。各能級加固效果匯總見表2。圖2 各能級加固效果分析能 級(kNm)加固范圍(m)工后沉降(mm)fak(kPa)夯前夯后150045333751652000574727521030007960275255400091147075305注：由于吹填土很不均勻，3000kNm及4000kNm能級的工后沉降出現異常。5 結語（1）真空降水強夯法是將真空降水和動力固結兩種工藝有機結合而成的一種復合型新工法。該工法能快速有