真空强排水联合低能量强夯动力固结法处理软土地基实例.pdf

8 2 江苏建筑 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 3 5期 ) 真 空 强 排 水 联 合 低 能 量 强 夯 动力 固 结 法 处 理 软 土 地 基 实 例 镰 ( 江 苏省机械 施 工有 限公司 ， 江苏 南京2 1 0 0 0 8 ) 摘 要】 真空强排水联合低能量强夯动力固结法具有施工简单、 工期短、 造价低、 效益好等优点。文章主要介绍真空强排 水联合低能量强夯动力固结法在上海海港新城一期市政道路及雨水管道工程地基处理 中的应用， 以该工程 为例， 全 面介绍该 工艺的设计、 施 工以及检 测方法等 。 关键词】 动力固结法； 真空强排水； 强夯； 含水量； 静力触探； 标贯； 荷载板 中图分类 T U 7 5 3 6 6 文献标识码 B 文章编 - 1 o o 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 8 2 - 0 4 A Ca s e S t ud y f o r So ft- So i l Fo un da t i o n Tr e a t me nt b y Co mbi n i n g Dy n a mi c Co n s o l i da t i o n wi t h Lo w Ca pa c i t y a n d Va c uu m Fo r c e d Dr a i na g e M e t ho d XU Ya n ( J i a n g s u Me c h a n i c M C o n s t r u c t i o n C o ， L t d ， N a n j i n g J i n g s u 2 1 0 0 0 8 C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e a p p l i c a t i o n o f d y n a mi c c o n s o l i d a t i o n w i t h l o w c a p a c i t y a n d v a c u u m f o r c e d d r a i n a g e me t h o d h a s s u c h a d v a n t a g e s ： s i mp l e o p e r a t i o n， s h o r t wo r k p e r i o d ， l o w c o s t a n d g o o d e c o n o mi c b e n e fi t s ， e t c I n t h i s a rt i c l e ， t h e a u t h o r ma i n l y f o c u s e s o n h o w t h e a b o v e me t h o d i s a p pl i e d t o t h e u n d a t i o n t r e a t me n t f o r t he mu n i c i p a l r o a d a n d r a i n w a t e r d r a i n a g e c o n s t r u c t i o n i n t h e Ha i g a n g N e w C i t y P r o j e c t ( P h a s e ) T h r o u g h t h e c a s e s t u d y ， t h e r e l e v a n t t e c h n o l o g i c a l p l a n n i n g ， c o n s t ruc t i o n p r o c e d u r e s ， me a s u r e me n t a n d t e s t me t h o d a r e c o mp r e h e n s i v e l y d i s - c u s s e d Ke y wo r d s ：d y n a mi c c o n s o l i d a t i o n ； v a c u u m f o r c e d d r a i n a g e ；d y n a mi c c o mp a c t i o n ；w a t e r c o n t e n t ； c o n e p e n e t r a t i o n t e s t ； s t a n d a r d p e n e t r a t i o n t e s t ； l o a d p l a t e 0前 言 真空强 排水联 合低能量 强夯 动力 固结法 首次应 用在 2 0 0 1年上海外高桥堆场地基处理工程 ， 该工艺主要适用 于 砂 土、 粉土 、 粉质粘土及渗水性较大的软土和围海造 田的地 基处理工程 。真空强排水联合低能量 强夯 动力 固结法是 由 排水 系统和动力加压系统两部分共同组合 而成 的地基加 固 方法 真空强排水为强夯施Ig ,J 造条 件并提高 强夯加 固效 果 。该工艺主要是通过降水设备将土体 中含水量降 至地基 处理 的最佳含水量 。再通过强夯作用 对地基土体进行压缩 挤 密、 排水 、 排气， 消除土体在动力作用下产 生沉 降和液化 ， 使处理后 的地基土达到最大的密实度 和设计要求 。 为 了提高该工程土层的承载力和抗变形能力 ，同时根 据试验结果 的对 比，该工程采用真空强排水联合低 能量强 夯 动力 固结法地基处理方案。 1 地基地 质条件 拟建道路现状表层为近代围海造 地和人工 湖开挖 吹填 形 成的吹填土 。吹填土 ： 砂质粉土夹淤泥质粉质粘土 ， 土质 松 散且不均匀 ： 部分 区域呈淤 泥质粘土夹粉土 ， 呈软 塑流塑 状态 。 吹填土厚度一般为 2 0 m一 4 0 m， 局部最深约 6 m。 由 于吹填土形成时 间短 ， 属欠 固结土 ， 具有 含水量高 、 孑 L 隙 比 大 、 高压缩性 、 强度低 、 在动力作用下易产生沉降和液化 。 为 了确保路基强度和稳定 ， 需对路基进行处理。 需加 固处理地 基土的物理学性质 ： 土层渗透系数： 在第 、 3 M层中进行室内渗透 试验 ， 测得其渗 透系数为 0 1 m Y d 0 5 r I l d 。水 文状 况 ： 勘察 期 间地下水位埋深一般 为 1 O 0 m一 3 0 0 m之 间 ，从 整个场 地分 析地下水水位埋深呈 西部低 ， 东部高 ( 1临海 区域 ) 的趋 势 。 其水位差约 1 m。 上海市平均地下水位 埋深为地表面下 0 5 m 0 7 m 低地下水位埋深为地表面下 1 5 m。地基承载 力设计值及特征值见表 1 。 2 地基处理方案选择 堆载预压法或结合堆 载预压 的垂直排水井法 。这种 方法在施工 中已取得丰富的工程经验 ，适合进行大 面积 软 基处理 。但是排水 固结需要一定 的时间过程 ， 工期较长。 f 2 1 振冲与挤密桩法 。一般此种方法只适宜不排水剪 强 【 收稿日 2 0 1 0 - 0 3 - 2 8 【 作者简介】 徐 岩 ， 男 ， 江 苏 省 机 械 施 工 有 限 公 司 ， 工 程 师 ， 一 级 注 册 建 造 师 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 3 5期 ) 8 3 表 1 地基承载力设计值 及特征值厶 值 一览表 度在 2 0 k P a 5 0 k P a之间 的软 粘土 ，当不 排水抗剪 强度 2 0 k P a 时成桩 困难 ，不 宜采用。因此在淤泥质粘土及淤 泥 或淤泥土等软粘土 中应用存 在很 大局限性 。 f 3 ) 深层搅拌法 。 深层搅拌法在工程 中应 用广乏 ， 但对 地 基有一定 的强度要求 ， 否则桩机无法进场施工 ， 同时造价 也 相 当高 。 f 4 ) 真 空强排水联 合低能量 强夯 动力 固结法 ， 适 用于 大 面积施工 。最近几年在 软土地基 处理 中， 应用 比较多 ， 并 取 得 良好的技术和经济效果 ，是大 面积 处理软土地基 的有效 方法 同时该 工艺 施工简单 、 工期短 、 造价低 。 3 动力 固结 法施 工技 术参数设计 以上海海港新城一期市政道 路及 雨水 管道工程地基 处 理为例 对动力固结法主要施工技术参数设计予 以论 述。 ( 1 ) 地基加 固标准 强夯 处理 后 地基 的强 度和沉降满足如下设计要求 ： 加固的有效深度6 0 m。 地基承载力标准值 0 0 2 0 mf k ： 1 3 0 k P a ( 粉性 土 ： 1 0 0 k P a ( 粘 土 、 淤 泥 ) 2 0 m一 4 0 mA： 1 1 0 k P a ( 粉性 土 ：18 0 k P a ( 粘 土 、 淤 泥 ) 。 4 0 i n 一 6 0 mA： 1 0 0 k P a ( 粉性土) 厂 k ： t7 0 k P a ( 粘土、 淤 泥 ) 。 表层 2 0 i n内地基回弹模量： 既2 5 0 MP a 。 f 2 1 动力 固结法施工技术参数设计 施工小区划分 以道路地基处理 宽度x l 0 0 m为标准 。 施 工区域 内采用真空降水方法 降低 土体含水量 ，施工 区域 外 围采用真空降水方法止水 ，阻止外围地下水渗入施工 区域 内影 响地基加 固效果 。 真空降水设计 施工区域外围按环形井点布置 ， 见图 2 。 a 降水深度 ： |s = ( 4 0 1 0 ) = 3 O m b 井 管 长 度 ： L= 4 0 2 +1 1 0 x r o = 3 8 +1 1 0 1 5 = 5 3 i n， 取 6 0 i n c 估算轻型井 点降水影响半 径 ： R = 2 x S x X Ho x K = 2 x 3 x 34 4=20 64 i n 式中日 含水层底板 到地下 水位的距离 ( m) 取 2 3 6 i n 一 取 0 5 m d d 假 想 大 井 引 用 半 径 ： r o = q ( 1 + b) 4 =1 1 4 ( 1 0 0 + 3 0 ) 4 = i 05 i n 式 中 1 1 一 系数 ； f 一施 工 区域 的长度 ( m ) ； 6 一 施 工区域 的 宽度f m 1 ； e 施工 区域内每天 出水量 ： Q = I 3 6 6 x K x ( 2 H S ) S r o l g +r 0 ) = 4 7 0 9 6 m3 d 每根井点允许最大进水量： q =1 2 0 x r x L x 、 K=1 2 0 x 0 01 6 x 1 2 x O 7 9 =1 8 3 m3 d r - - 滤管半径( m ) ； 一 滤管长度 m) ； g 井点 管数： n = Q q = 4 7 0 9 6 1 8 3 = 2 5 7 ( ,t , ) h 集水管总长： L a = 2 ( L + B ) = 2 ( 1 0 0 + 3 0 ) = 2 6 0 m； i 井点 间距 ： L d = L a n = 2 6 0 2 5 7 = 1 0 1 m， 取 1 0 m i 外围止 水真空 泵数量 5台 ； 施 工区域 内进行地 基处 理时 ， 可以保证 施工区域 内地下水位不上 升， 保证地基加 固 效果 强夯地基加固设计 根据 强夯地基加 固由浅入深 的原理 以及 试验 区的试验 结果 强夯夯点 布置见图 l 。 第一 、三遍强夯能量取 l 0 0 0 k N m， 其加 固深度 ： Hl 1 3 ： Kx 、 7 l o= 0 5 x 1 0 = 5 0 i n 第二遍 强夯能 量取 1 5 0 0 k N m，其加 固深度 ： H 2 = K x 、 I = 0 5 1 2 2 5 = 6 1 2 m 夯 锤选 择 ： 根据 夯锤 底 面静压 力一 般要 求在 2 5 k P a 4 0 k P a和试验 区采取 不同重量 、 不 同底面积 和不 同形状 的 夯锤所 取得 的加 固效果 ， 采用 夯锤 重在 1 0 t 1 5 t ， 直径在 2 2 m 2 5 m 底 面为圆形的夯锤 。 进 行地基加 固效果最好。 夯锤 底 面积 静 压力 ： P = = l O x l O 0 0 k g x 9 8 N k 0 1 1 2 3 1 4 1 5 xl 0 0 0 k g x 9 8 N k g 1 1 2 x 3 1 4 = 2 5 8 k P a - 3 0 0 k P a 。 4施工方 案 4 1 施工方法 第一遍 降水采取 3 0 m支 管和 6 0 I l1 支管相互 间隔布 置 ， 支管 间距 为 2 0 IT I ； 总管 间距 为 3 0 m； 降水时 间为 7 d ， 施工区域 内水位 降至地 面下 3 5 m， 进行第一遍强夯 。第一 遍 强夯 夯点 正方 形 布置 ， 间距 4 0 mx 4 0 i n ， 2击 ， 夯 能 为 】00 0 kN 11 1 。 第二遍降水布置 同第一遍 降水 布置 ，降水时间为 7 d ， 施工区域 内水位 降至地 面下 4 0 in， 进行第二遍强夯 。 第二遍 强夯夯 点正方形 布置 ， 间距 4 0 mx 4 0 m， 2击 ， 夯能为 1 5 0 0 k N i n ，第一遍 夯点与第二遍 夯点相互 错开 ， 均匀布置 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 4期( 总第 1 3 5 期 ) 0 0 0 o 0 o o 0 o 0 0 o 0 0 o 0 0 o 0 0 O 0 o O 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 o 0 o 2 ； ： 嚣 ： 图 1 强夯夯点布置示意图 j o 0 o o o o o o o o o o o o o o o 0 0 0 0 0 0 0 0 i 舢o o 0 0 0 o o o o o o o o o o o o o o 图 2井点管布置 示意 图 第三遍降水要求同第二遍 降水要求 。第三遍强夯为普 夯 ， 夯点之 间相互搭接 1 4 ， 2击 ， 夯能为 1 0 0 0 k N m。 4 2 施 工 流 程 平整场地至设 计标 高一第一遍降水一第一遍强夯一 平 整场地后测标高一 第二遍降水一第二遍强夯 平整场地后 测标高一 第三遍降水一 第三遍强夯一平整场地后测标高一 检 测 4 - 3 施工步骤 真空降水 a 井位布置 ： 按井 位设 计平面 图确定 井位 并安置抽水 机组 和布置总管。 b 成孑 L ： 水 冲法成孑 L ， 外径 约 1 5 0 0 mm。 c 下井管 ： 孔 深度 达到设计要求才 能下管 管顶外露约 2 O 0 e m 。 d 填滤砂 ： 采取动水投砂 。 即井管放人孑 L 内， 立即 回填粗 砂 。 在管井周围均匀 回填 ， 孔 口深 1 0 m内用淤泥或粘土封 死 。 e 设备 安装 ： 井点管 与总管 、 真 空泵机组 连接后 ， 进行 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 。 f 抽水 运行 ： 真空泵机组安装真 空表 注意真空 度情况 的变化 ， 出水应先浊后清。 g 进 行 2 4 h水 位 跟 踪 观 测 ， 水 位 下 降 达 到 设 计 要 求 和 抽水 时间满足设计要求时 ，通知现场监理 。监理检查合格 后 ， 方可拆除施工 区域 内井点管和卧管 进行强夯 。 强夯 a 进行场地测量放线 ， 埋设水准点标桩 。 b 标 出第一遍夯点位置 ， 测量地面高程 。 c 起重机就位 ， 使夯锤对准夯点位置。 d 测量夯前锤顶高程。 e 将夯锤起 吊到预定 高度 ， 待夯锤脱 钩 自由下落后 ， 放 下 吊钩 ， 测量锤顶 高程 ， 若发 现因坑底倾斜而造成夯锤倾斜 时， 应及时将坑底整平 。 重复步骤 e 按设计规 定的夯 击次数 及控制标 准 完 成一个夯点的击数。 只 重复步骤 c f ， 完成一遍全部夯点的夯击。 h 将夯坑 内明水 排除 ， 用推土机将夯 坑推平 ， 并测量场 地标高 。 i 停 歇规定时间 ， 待孑 L 隙水压 力消散后 ， 按上述 步骤逐 次完成全部夯击遍数 ， 最后用低能量普夯 ， 将场地表层松土 夯实 ， 并测量夯后场地标高 。 5 检 测 根据地基处理试验 和道路土质特点 鉴于标准贯入试 验在 检测粘 土加 固效 果方 面 的局 限性 和静力触 探试 验简 便 、 准确的优点 根据有 关规定要求 和检 测方法可靠 、 方便 的原则 在进行大面积地基处理检测时采用静力触探试验 ， 辅 以一定数量的标 准贯 人试验和荷载板试验 ， 来检测粘 土、 淤泥质粘土夹层和粉土、 砂质粉土的加固效果 。 ( 1 ) 静力触探试验 ， 见图 3 、 图 4 ， 表 2 。 ( 2 ) 标 贯试验 ， 见图 5 ， 表 3 。 f 3 1 荷 载板试验 表 2 静力触探试验数值表 图 3 l #点 夯 前 静 探 曲线 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 4期( 总第 1 3 5期 ) 8 5 表 3 标贯试验数值表 图 4 1 #点夯后静探 曲线 图 5标 贯 图线 图 地基处理完成 2 8 d后进行荷载板试验 荷载板试 验点 之 间相互 间隔 1 0 k m。 由现场监理指定试验地点 ， 经过上海 同济建设工程质 量检测站试验后 处理后 2 m内地基 回弹 模量满足设计要求： 1 # ： 2 5 51 MP a ； 2 # ： 3 3 3 8 M P a ； l # ： 2 5 8 7 MP a 。 从检测结果可见 ， 在较短 的时 间内， 经过真空强排 水联 合低 能量强 夯处 理后 在加 固有效深 度内的粉土 、 砂 质粉土 达 到设计承 载力 6施 工 质 量 控 制 6 1 真空降水 每遍降水， 3 0 m和 6 0 m 的井点管， 必须根据设计 要求均应 回填粗砂， 填砂量为孑 L 底至地面下 1 0 m ， 孑 L 口 1 0 m 用淤泥或粘土封死 防止漏气 。 每根井点管 回填粗砂量 要符 合设计要求 ， 保证每根井点管具有 良好 的抽水 效果 。 外围封管长 6 0 m， 滤头长 1 5 m， 根据设计要求回填 粗砂 ， 孑 L 口 2 0 m用淤 泥或粘 土封死 ， 防止漏气 ， 保证外 围 封管长时间抽水 的效果 。 在降水期间， 安排专人对井点管进行检查 防止井点 管漏气 。 以免影响真空度 。 每台真空泵所带的井点管数量，必须按照设计要求 执行 ， 以免影响降水效果 。 在降水期间应对总管与总管之间连接、总管与支管 之 间连接 、 总管与设备之 间连接 ， 采取密封措施 ， 防止漏气 ， 影响真空度 和降水 效果。 在降水期间， 降水设备要安排专人巡查 ， 发现设备故 障及 时更换 ， 施工现场应具有一 定数量的备用设备。 在施工区域内， 埋设一定数量的水位观测孔， 并安排 专人对水位 下降情况进行观测和记录 。 6 2 强 夯 在强夯施工过程中专业队伍应有专人负责下列监测 工作 ： a 开夯前应 检测 夯锤 和落距 是 否正确 ， 以确保 单击 夯 击能符合设计要求 。 b 在 每遍夯 击前应对夯点放线进行 复核， 夯完后 检查夯 坑位置。 如有偏差或漏项及时纠正 。 c 按设 计要 求检 查每 个夯 点夯击 数 ， 如 有少夯 必须 补 夯 。 应保持落锤平稳，夯位准确 ，如销位或坑体倾斜过 大 ， 宜用原土将坑填平后再进行夯击 。 冬季施工时， 当冻土厚度不超过 5 0 c m时， 允许进行 第一 、 二 遍强夯 ， 但应 注意增加 击数 ， 并注 意冻土的融化 对 地 基 不 均 匀 影 响 。 强夯能级 Wh确定后，适当增加落距 h比增加锤重 W， 更有利 于加固效果 。 当夯锤气堵塞时，应及时清理 ，否则即影响加固效 果 ， 又不利于施工安全 。 强夯后土的物理力学指标的检测应在夯后 1 5 d 3 0 d进行 否则不能准确 的反 映加 固效果。 雨季施工时， 应注意夯坑及场地的浸泡， 必须及时排 水 。 7结 束 语 ( 1 ) 真空强排水 联合低 能量强 夯动力 固结法加 固地 基 节省钢 材 、木材 、 水泥 等建筑 材料 。 节省 工程 费用 ， 降低 工 程造价 ， 施工简便 ， 缩短 工程 工期 。该工艺还可 以消 除加 固 范 围以内砂土 和粉土在 地震条件 下产生 液化 的可 能性 ， 同 时使加 固深度 内的土层 基本均匀 ， 并增加 土层的抗 渗性。 ( 2 ) 通过真空强排水 ， 克服 了施工 场地 承载力低施工设 备无法行走 以及 土体 中水分大对强夯施工和加 固效果 的影 响 ， 缩短土体 中孔 隙水 压力消 散时 间 ， 加快施 工速度 ， 提 高 施 工 效 益 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m