海域软基处理施工技术总结.doc

海域软基处理施工技术
——迁曹铁路LC3标段海域路基地基加固处理施工技术总结
一、引言
随着国家四个现代化建设事业的发展，我国沿海经济工业港口建设蓬勃发展，沿海地带的基础设施建设规模不断扩大，近海软土地基处理技术亦迅速发展，功能不断扩大，各种各样的软基处理技术已广泛地应用在各种建设工程中。
二、工程概况
迁曹铁路LC3标段工程位于河北省唐山市曹妃甸区域，海域路基工程（K0+000～K19+588.58）地处浅滩软土地基，地基路域形成为吹填砂，表层分布有淤泥及淤泥质粉质粘土，工程地质条件较差，为高压缩性软土，局部区域的饱和砂土、粉土为液化土层，必须进行密实加固，提高承载力和密实度，消除液化，不满足铁路安全和使用功能。为确保铁路将来安全、正常运营，必须采用有效、合理、经济地基处理方法。
规范要求在对地基进行大面积处理前，必须先进行地基处理试验，掌握第一手资料，以指导大面积地基加固处理施工。根据现场地质实际情况及地基处理实验，设计分别采用了真空动力固结法（即强夯联合真空降水，工艺为三降三夯）和无填料振冲法（联合降水）分区进行地基处理。
三、施工工艺
1、工作原理及使用土质范围
1.1真空动力固结
真空动力固结法，即强夯击密联合排水固结，一方面采用高真空的排水方式来降低地下水位、加速超静孔隙水压力的消除，调整土体的含水量逐步接近最优含水量，同时具有一定的降水压作用；另一方面采用强夯法逐渐提高软土的强度和增加处理深度，在土体接近最优含水量时，采用强夯密实土体，同时形成表层硬壳层（达到超固结状态），扩散应力，减少差异沉降。为提高表层加固效果，须联合采用振动碾压法。
本法适用于表层砂性土、粉土和饱和软粘土，一般加固厚度5～6m时效果较好。
1.2无填料振冲
无填料振冲法其作用机理以振冲器振动频率、水平加速度、激振力和压力水的联合作用，在浸水饱和的松散砂层中向下边冲边振，使振冲器达到所要加固的深度，再上下反复振冲挤密，再通过分段振动上拔留振，使浸水饱和的松散砂层充分液化，以其激振力使液化的颗粒重新排列、减少孔隙致密，砂层不断下沉的同时获得强烈的预震，并在振冲过程中将来自孔壁坍陷的原砂充入加固体一并挤压加密，减少孔隙比，增加相对密度，提高承载力和压缩模量，以此来提高地基强度，减少变形，消除地震液化。
本法适用于松散砂性土，粒径小于0.005mm的粘粒含量不超过10%，可得到显著的恶挤密效果；若粘粒含量大于30%，则振冲挤密效果显著降低。
2、施工机具与设备
2.1真空动力固结
真空动力固结包括强夯设备与真空降水设备，主要有夯锤、起重机、脱钩装置、高真空排水设备、振动碾压机等。
2.2无填料振冲法
振冲施工设备、动力及记录仪表系统，主要包括起重机、振冲器（及电源）、水泵、施工自动记录系统、振动碾压机等。
3、施工工艺及施工要点
3.1、真空动力固结法
1）施工工艺
场地整平→铺设垫层→夯点放线→第一遍真空降水→第一遍强夯→第二遍真空降水→第二遍强夯→第三遍真空降水→第三遍强夯→推平碾压→检测
2）施工要点
平整场地：预先估计强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定地面高程，然后用推土机平整。
垫层及真空降排水：遇地表层为细粒土，且地下水位高的情况，有时需在表层谱色0.5～2m左右的砂、砂砾或碎石，并采用真空降排水。这样的做的目的是在地表形成硬壳、可以确保施工机械通行、施工，又可降低地下水位，防止夯击效率降低。
夯点定位放线：夯点的布置可根据建筑物结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。夯点放线定位标识宜用石灰或小木桩的办法进行，其偏差量不得大于5cm。
强夯施工：当强夯一遍完成后，用新土或坑壁的土将行坑填平，根据工程经验，回填量平均厚度为加固深度的4～5%，填平后再进行下一遍夯击，直到夯击遍数夯完为止。两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。 强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。当强夯施工所产生的振动，对邻近建筑物或设备产生产生有害的影响时，应采取防振或隔振措施。
现场记录：施工中应对每一遍降水、夯点的夯击能量、夯击次数及每次夯击沉降量等做好详细的现场记录。
振动碾压：工程实践表明，强夯完成后常存在表层1m厚左右土密实度要比下层差，其原因是表层土无上覆压力，侧向约束小，导致夯击时土体侧向变形大。而采用振动碾压可有效密实1.5m深度范围的表层土，弥补强夯的不足。
3.2、无填料振冲法
1）施工工艺
平整场地→定位测放→振冲振密→振动碾压→检测
2）施工要点
振冲施工过程中应根据具体情况及时调节水压和水量，在粉细砂层振冲中，粉细砂层漏水量不大，水压和水量不必过大，防止孔口回水量增大流速增高，带出大量细颗粒使地面淤高，而收不到真正挤密效果。此外，务必使振冲器自由悬垂，使造孔尽可能垂直。
振冲施工中应严格控制振冲深度，振冲、留振时间及密实电流等关键点。振冲深度是保证工程质量的前提。振冲、留振时间是关键，振冲时间有两部分组成：振冲器下沉和上拔时间，孔底孔口及分段留振时间；分段振是桩孔纵向砂层液化必要手段，留振是强化，留振时间长短是关系砂层液化的程度和液化区域；控制振冲时间只有通过控制留振时间才能实现，施工必需严格控制留振时间，以防止漏振。密实电流是达到质量要求的标记，施工中必需严格控制电流达到设计控制值，确保密实质量。
四、试验性施工
根据本工程地形地质条件情况分析，由于地基的差异性大，须在大面积施工前进行地基处理试验性施工，并检测地基处理效果，在此基础上，根据检测结果优化相关设计参数，以指导大面积施工。
1、真空动力固结
1.1试验方案
本次真空动力固结试验性施工提供了如下实验方案（真空动力固结法地基处理试验方案）：

真空动力固结法地基处理试验方案
试验区名称
A1
A2
A3
A4
A5
A6
试验面积（m2）
202.5
202.5
157.5
157.5
45
45
加固深度（m）
5～6
5～6
5～6
5～6
2～3
2～3
降水要求
第一遍地面以下3.0m，第二、三遍地面以下4.0m
井点管间距（m）
3.0
井点管卧管间距（m）
3.0
井点管长度（m）
第一遍均采用4m的井点管，第二三遍采用4m和6m的长短管相间
外围封闭管井点管间距（m）
1.2
夯点间距（m）
3.5×3.5
4×4
4×4
5×5
3.5×3.5
4×4
每遍间隙时间
1～2天，具体根据孔隙水压力消散情况确定
夯击遍数（遍）
2
2
3
4
2
3
每遍强夯击数及能量
第一遍3～4击
800kN·m
第一遍3～4击
1000kN·m
第一遍3～4击
800kN·m
第一遍3～4击
800kN·m
第一遍5击
400kN·m
第一遍5击
400kN·m
第二遍4～5击
1200kN·m
第二遍4～5击
1500kN·m
第二遍4～5击
1200kN·m
第二遍4～5击
1200kN·m
第二遍5～8击
600kN·m
第二遍5～8击
400kN·m

第三遍5～6击
1500kN·m
第三遍5～6击
1500kN·m

第三遍5～8击
400kN·m

1.2试验成果及分析
从试验区A1～A6真空动力固结法地基处理结果对照表（见附表）可以看出，各试验区试验后的地基土强度较试验前有提高，其中A3区试验后的地基土强度较提高最大，地基加固效果最好，其施工工艺为“三降三夯”，正方形布置，夯点间距4.0m，三遍夯击能分别为800KN·m、1200KN·m、1500KN·m，可用该成果于大面积真空动力固结施工。
2、无填料振冲
2.1试验方案
本次无填料振冲试验性施工提供了如下实验方案（无填料振冲法地基处理试验方案）：
无填料振冲法地基处理试验方案
试验区名称
C1
C2
C3
C4
试验面积（m2）
202.5
202.5
202.5
202.5
加固深度（m）
6
处理后地基承载力
特征值fk(KPa)
150
振冲间距（m）
2.0m，三角形
2.3m，三角形
2.5m，三角形
2.5m，三角形
留振时间
孔底标高时30S，其余每为段8～10S
孔底标高时30S，其余每段为10～15S
上拔速度（m/s）
1～1.5
上拔间距（m）
0.3～0.5
水压（MPa）
0.05～0.10
液化电流（A）
15～20
2.2试验成果及分析
1）试验成果见附表：
2）通过对无填料振冲施工试验，根据试验检测工前与工后对比，可以看出，通过振冲后振冲点的桩间土和桩体土承载力均有明显提高。其中，C4区试验后的地基土强度较试验前提高幅度最大。
3）但C3区仍然存在②1-1层，其强度提高不大，故要求增加一次真空降水固结，其施工工艺为桩长6.0m，桩间距2.5m，正三角形布置，桩两端镇冲留振时间20～30s，液化电流20～30A，桩身其余各段留振时间10～15s，液化电流15～20A，振冲分段长度0.5m，振冲水压100kpa，振冲后7天进行点法真空降水，可用该成果于大面积振冲施工。
五、大面积施工效果
1、施工质量检测
通过慎密的现场试验性施工，择优选择方案，确定了工艺参数，经大面积无填料振冲地基处理结束后，进行了质量检测，兹将检测报告简述如下：
1）标准贯入试验（SPT）
在地基处理后14～28天左右对加固地基进行标准贯入试验，以检验地基土密实度，确定地基土承载力和判定液化势，标准贯入试验简略统计见下表：
标准贯入试验击数统计表

真空动力固结区
无填料振冲区
样本容量（n）
25
15
统计范围（击）
15.0～22.2
15.0～20.5
平均值（击
20.9
17.0
最小值（击）
15
15
最大值（击）
22
21
由上表可知，标准贯入击数平均值17～20.9击，均大于设计要求15击。
2）静力触探试验（CPT）
在地基处理后对加固地基进行静力触探试验，以检验地基土比贯入阻力大小，用以评定地基土液化势、承载力及变形模量，静力触探试验简略统计见下表：
静力触探Ps统计表

真空动力固结区
无填料振冲区
样本容量（n）
25
15
统计范围（MPa）
2.44～12.47
3.25～10.74
平均值（MPa）
6.59
6.53
最小值（MPa）
2.44
3.25
最大值（MPa）
12.47
10.74
由上表可知，静力触探比贯入阻力Ps平均值6.53～6.59MPa，均大于设计要求1.2MPa。
3）平板载荷试验（PLT）
对加固地基进行平板载荷试验，以检验土体在荷载作用下的变形特性，确定地基土承载力俄变形模量的力学指标，平板载荷试验简略统计见下表：
平板载荷地基系数K30计表

真空动力固结区
无填料振冲区
样本容量（n）
24
13
统计范围（MPa/cm）
1.06～1.26
1.03～1.19
平均值（MPa/cm）
1.14
1.09
最小值（MPa/cm）
1.06
1.03
最大值（MPa/cm）
126
1.19
由上表可知，平板载荷试验地基系数K30平均值1.09～1.14MPa/cm，满足设计要求K30≥1.00MPa/cm。
4）压实系数K/相对密度Dr
压实系数/相对密度统计表

真空动力固结区
（压实系数K）
无填料振冲区
（相对密度Dr）
样本容量（n）
24
16
统计范围
0.91～0.97
0.75～0.76
平均值
0.96
0.75
最小值
0.91
0.75
最大值
0.97
0.76
由上表可知，压实系数K平均值0.96，满足设计要求K≥0.9；相对密度Dr平均值0.75，满足设计要求Dr≥0.75。
2、施工效果
迁曹铁路LC3标段海域路基地基，在真空动力固结及无填料振冲分区加固处理后，经检测：
标准贯入试验检测589点，符合设计要求577点，基本符合要求12点，合格率98.0%；静力触探试验检测589点，符合设计要求588点，基本符合要求1点，合格率99.8%；载荷板试验地基系数K30检测842点，全部符合设计要求，合格率100%；压实系数K检测693点，符合设计要求677点，基本符合要求16点，合格率97.7%；相对密度Dr检测524点，符合设计要求522点，基本符合要求2点，合格率99.6%。
工程质量检测成果表明各项测试指标均满足设计要求，并且取得了工期短、造价低、质量高的良好效果为迁曹铁路LC3标段提前竣工通车直接赢得了宝贵的时间！
六、结束语—软基处理发展
当前我国四个现代化事业热火朝天，沿海工业港口建设随之迅速发展，基础设施建设规模不断扩大，近海地区软土地基加固处理问题越来越备受关注，各种各样的软基处理技术因此而引进，并迅速成熟、广泛传播。
真空动力固结（强夯联合真空降水）、振冲挤密为软基处理加固中两种，正因为其工期短、造价低、效果明显的优点，在我国工程界引起很大反响，传播速度之快也是空前的，相信随着其处理技术的不断成熟、稳定，其处理技术将会迅速发展，功能也会不断扩大。

试验区C1振冲法地基处理结果对照表
检测方法
层序
①
②1-1
②1
②2
岩性
吹填土
淤泥质
粉质粘土
粉质粘土
粉土
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
部位
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
标准贯入试验（N）
4.5
17.0
11.0
2.0
9.5
2.0
6.0
19.0
12.0
4.5
32.0
26.0
静力触探试验（qc）
3.91
7.79
6.37
0.79
1.67
1.38
1.74
13.05
12.07
12.11
13.61
13.40
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.837
0.454
0.671
1.006
0.441
0.978
0.808
0.542
0.881
0.763
0.578
0.786
干密度 （ρd）
1.46
1.82
1.57
1.37
1.85
1.64
1.48
1.72
1.51
1.52
1.68
1.54
压缩模量（Εs）
17.11
18.41
17.69
3.98
7.87
4.56
4.62
15.25
10.94
6.39
21.32
19.37
相对密度（Dr）
0.30
0.91
0.91
/
/
/
/
/
/
/
/
/
静载荷试验
Pu
（kpa）
540
Pa
（kpa）
180
K30
系数（kpa/m）
140

试验区C2振冲法地基处理结果对照表
检测方法
层序
①
②1-1
②1
②2
岩性
吹填土
淤泥质
粉质粘土
粉质粘土
粉土
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
部位
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
标准贯入试验（N）
4.0
12.3
16.7
3.0
5.0
3.0
5.0
18.0
14.0
8.0
24.5
24.0
静力触探试验（qc）
5.92
7.74
5.82
0.59
0.87
0.74
1.19
13.80
4.96
13.41
14.59
12.46
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.837
0.661
0.704
1.006
0.745
0.824
0.745
0.438
0.715
0.763
0.550
0.616
干密度 （ρd）
1.46
1.60
1.56
1.37
1.53
1.47
1.43
1.84

1.56
1.52
1.75
1.60
压缩模量（Εs）
5.93
14.12
7.09
4.44
11.49
4.17
5.57
16.72
13.14
7.60
19.68
14.95
相对密度（Dr）
0.39
0.93
0.87
/
/
/
/
/
/
/
/
/
静载荷试验
Pu
（kpa）
480
Pa
（kpa）
160
K30
系数（kpa/m）
121

试验区C3振冲法地基处理结果对照表
检测方法
层序
①
②1-1
②1
②2
岩性
吹填土
淤泥质
粉质粘土
粉质粘土
粉土
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
部位
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
标准贯入试验（N）
4.5
23.7
14.5
5.0
5.0
2.0
4.0
21.0
17.0
4.5
25.5
25.5
静力触探试验（qc）
5.39
8.47
8.15
0.45
2.90
0.79
0.76
2.96
2.24
10.44
12.77
11.55
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.685
0.565
0.602
1.035
0.802
0.972
0.746
0.554
0.680
0.875
0.554
0.660
干密度 （ρd）
1.57
1.69
1.65
1.33
1.49
1.34
1.53
1.71
1.64
1.43
1.76
1.60
压缩模量（Εs）
13.88
18.94
14.91
3.00
17.84
4.86
4.72
18.48
16.45
5.40
20.09
18.54
相对密度（Dr）
0.43
0.96
0.88
/
/
/
/
/
/
/
/
/
静载荷试验
Pu
（kpa）
420
Pa
（kpa）
150
K30
系数（kpa/m）
148

试验区C4振冲法地基处理结果对照表
检测方法
层序
①
②1-1
②1
②2
岩性
吹填土
淤泥质
粉质粘土
粉质粘土
粉土
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
部位
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
原状土
桩体
桩间土
标准贯入试验（N）
3.7
18.7
17.3
2.0
4.0
2.0
30
/
/
5.0
27.0
24.0
静力触探试验（qc）
4.94
7.43
6.82
0.58
1.91
0.82
3.88
/
/
12.11
13.84
12.95
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.925
0.520
0.754
1.379
0.686
0.839
0.520
/
/
0.880
0.548
0.750
干密度 （ρd）
1.38
1.64
1.51
1.14
1.58
1.44
1.51
/
/
1.40
1.71
1.51
压缩模量（Εs）
4.85
19.06
17.30
7.37
16.84
3.20
5.30
/
/
23.17
15.98
19.96
相对密度（Dr）
0.32
0.78
0.77
/
/
/
/
/
/
/
/
/
静载荷试验
Pu
（kpa）

Pa
（kpa）

K30
系数（kpa/m）

试验区A1真空动力固结法地基处理结果对照表
检测
方法
层序
①
②2-1
②2-2
岩性
吹填土
粉质粘土
粉土
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
标准贯入试验（N）
5.0
14.3
3.7
12.0
6.5
17.0
静力触探试验（qc）
0.90
4.78
0.98
1.06
2.44
2.81
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.709
0.616
0.676
0.874
0.737
0.671
干密度 （ρd）
1.57
1.65
1.50
1.58
1.57
1.61
压缩模量（Εs）
6.33
9.1
5.73
12.79
11.3
15.71
相对密度（Dr）
0.29
0.90
/
/
/
/
静载荷试验
Pu（kpa）
600
Pa（kpa）
150
K30
系数（kpa/m）
103

试验区A2真空动力固结法地基处理结果对照表
检测
方法
层序
①
②2-1
②2-2
岩性
吹填土
粉质粘土
粉土
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
标准贯入试验（N）
6.5
13.7
3.0
10.0
5.0
18.0
静力触探试验（qc）
2.52
6.10
0.76
1.06
2.44
5.38
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.680
0.642
0.929
0.718
0.671
0.602
干密度 （ρd）
1.58
1.62
1.28
1.55
1.59
1.65
压缩模量（Εs）
6.80
14.39
2.89
14.94
14.53
19.01
相对密度（Dr）
0.33
0.84
/
/
/
/
静载荷试验
Pu（kpa）
600
Pa（kpa）
150
K30
系数（kpa/m）
110

试验区A3真空动力固结法地基处理结果对照表
检测
方法
层序
①
②1
②2-1
②2-2
②3
岩性
吹填土
粉砂
粉质粘土
粉土
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
标准贯入试验（N）
6.7
13.7
6.0
11.5
3.0
6.0
5.5
12.0
4.5
25.0
静力触探试验（qc）
3.90
5.34
0.72
1.02
1.00
1.14
1.52
12.35
8.30
8.30
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.652
0.622
0.622
0.579
0.637
0.633
0.691
0.640
0.644
0.644
干密度 （ρd）
1.60
1.63
1.63
1.68
1.62
1.64
1.57
1.63
1.64
1.64
压缩模量（Εs）
15.75
16.03
8.55
13.86
5.06
7.76
6.50
11.08
9.61
9.61
相对密度（Dr）
0.30
0.80
/
/
/
/

静载荷试验
Pu（kpa）
/
Pa（kpa）
150
K30
系数（kpa/m）
120

试验区A4真空动力固结法地基处理结果对照表
检测
方法
层序
①
②1
②2-3
②3
岩性
吹填土
粉砂
粉砂
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
标准贯入试验（N）
6.3
14.0
4.0
10.5
3.0
11.0
4.0
12.5
静力触探试验（qc）
2.89
5.74
0.57
3.00
0.60
1.04
11.90
12.50
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.725
0.665
0.704
0.673
0.835
0.644
0.800
0.655
干密度 （ρd）
1.49
1.59
1.54
1.58
1.46
1.62
1.54
1.65
压缩模量（Εs）
6.50
9.26
6.34
11.0

4.51
8.59
3.76
8.07
相对密度（Dr）
0.30
0.89
/
/
/
/

静载荷试验
Pu（kpa）
540
Pa（kpa）
150
K30
系数（kpa/m）
100

试验区A5真空动力固结法地基处理结果对照表
检测
方法
层序
①
②1
②2-1
②2-2
②3
岩性
吹填土
粉砂
粉质粘土
粉土
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
标准贯入试验（N）
8.0
13.4
5.5
12.0
4.0
6.5
4.5
12.0
5.0
22.5
静力触探试验（qc）
4.16
5.62
0.86
1.07
1.05
1.21
1.60
13.00
19.26
19.48
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.652
0.630
0.622
0.603
0.637
0.633
0.691
0.640
0.644
0.597
干密度 （ρd）
1.59
1.60
1.58
1.86
1.62
1.64
1.57
1.63
1.64
1.67
压缩模量（Εs）
15.75
16.03
8.55
13.86
5.06
7.76
6.50
11.08
9.61
18.55
相对密度（Dr）
0.30
0.80
/
/
/
/

静载荷试验
Pu（kpa）
/
Pa（kpa）
/
K30
系数（kpa/m）
114

试验区A6真空动力固结法地基处理结果对照表
检测
方法
层序
①
②1
②2-3
②3
岩性
吹填土
粉砂
粉砂
粉砂
时序
工前
工后
工前
工后
工前
工后
工前
工后
标准贯入试验（N）
7.0
13.8
5.0
11.0
4.0
10.0
4.0
14.3
静力触探试验（qc）
3.04
7.49
1.05
3.16
0.64
1.90
9.02
21.29
室内土工试验
孔隙比（e0）
0.725
0.665
0.704
0.673
0.835
0.644
0.800
0.655
干密度 （ρd）
1.49
1.59
1.54
1.58
1.46
1.62
1.54
1.65
压缩模量（Εs）
6.5
9.26
6.34
11.41
4.51
13.61
5.85
11.11
相对密度（Dr）
0.43
0.89
/
/
/
/
/
/
静载荷试验
Pu（kpa）
/
Pa（kpa）
/
K30
系数（kpa/m）
108