“高真空击密法”加固处理吹填土软基的适宜性分析

陈康太

(浙江山川有色勘察设计有限公司，浙江 绍兴 312000)



“高真空击密法”加固处理吹填土软基的适宜性分析

陈康太

(浙江山川有色勘察设计有限公司，浙江 绍兴 312000)

摘要：“高真空击密法”是一种加固处理软基的新技术，在此，结合具体工程实例“高真空击密法处理杭州湾上虞工业园区东二区经四路吹填土软基的处理效果检测分析”，应用地基竖向静载荷试验、双桥静力触探试验、钻探取样室内土工常规物理力学指标试验、钻探标准贯入液化判别试验等检测方法，对该工程吹填土软基加固处理前及加固处理后的地基土进行了检测分析，从而分析判别“高真空击密法”加固处理吹填土软基的处理效果及其适宜性。

关键词：高真空击密法；吹填土；软基；加固处理；检测；适宜性

1高真空击密法简述

1.1高真空击密法基本原理

“高真空击密法”是一种快速加固处理软基的新技术，是在普通强夯法基础上的改进工法，是通过数遍高真空压差排水，并结合数遍合适的变能量击密，使强夯击密效果大大提高，使被处理土体的含水量降低，形成一定厚度的密实度高、承载力高、变形模量高的超固结“硬壳层”，从而来满足地基承载力和变形的要求，减少地基施工后沉降和差异沉降[1]。该工法主要适用于除淤泥质土层以外的各种含水量高、压缩性高、承载力低的软弱地基土。

1.2高真空击密法的特点

1)在强夯前，对高含水量的软土先进行高真空排水以减小土的饱和度，可有效增加夯击效率，同时减小产生的超孔隙水压力。这属于主动排水。

2)排水后土体孔隙的自我压密有限而且缓慢，土层变形并不明显，要在回水以前用强夯的方法加以击密。

3)对于粉土或渗透系数较小的软土，在适当夯能的作用下，土中出现的微裂缝可增加土的渗透性能，产生的超孔隙水压力能提高孔隙水渗流的水头梯度，从而进一步增加排水效果。为此，提出了第二、第三遍高真空排水，甚至夯击与排水同时进行的独特排水工序[1]。

4)由于第二次高真空作用，使第一遍强夯产生的孔隙水压力快速消散，使两遍强夯间隙时间大大缩短，与普通强夯法相比，大大缩短了工期。

5)真空排水导致地下水位下降，对深层地基具有降水预压的作用。

6)该工法巧妙地解决了软土超孔隙水压力消散及强夯容易使软土形成“弹簧土”等关键问题，通过人为在土层中制造的“压差”(击密产生的超孔隙水压力为“正压”，高真空产生的为“负压”)来快速消散孔隙水压力，使软土中的水快速排出，大大地提高了击密效果而达到处理目的[2]。

7)高真空击密法的施工过程是信息化的。通过施工前了解的地质条件，不同的区域实施不同的施工参数，并在施工过程中，对地面沉降、地下水位、超孔隙水压力和单点夯沉量等进行监测，根据监测结果进行调整施工参数并严格控制排水，直至达到处理要求。

2工程实例

2.1工程概况

上虞杭州湾工业园区投资发展有限公司拟新建杭州湾上虞工业园区东二区经四路延伸段，该延伸段路基主要为新近吹填而成，其吹填土路基属超饱和的欠固结土，其工程性质差、承载力低、压缩性高、严重液化，人机都较难进场，不能满足道路地基的要求，因此建设单位拟对该延伸段的吹填土软土路基采用“高真空击密法”进行加固处理。因为杭州湾上虞工业园区和周边地区无“高真空击密法”加固处理吹填土软基的施工经验，为检验“高真空击密法”是适宜于该区域地质条件的地基处理方法，以及为该区域大面积采用“高真空击密法”加固处理吹填土软土路基提供一定的经验，建设单位于2010年6月委托“上海港湾软地基处理工程有限公司”对大小约300 m×26 m=7 800 m2的吹填土场地内的软土路基进行“高真空击密法”加固处理试验，并委托笔者公司对其处理效果进行检测分析。

2.1.1工程地质概况

场地位于上虞市的盖北镇世纪丘，为杭州湾海涂地貌，地形较平坦。场地现状标高约3.9 m，冲填土层厚5～7 m。根据地质资料，场地在20.0 m深度范围内按成因类型及物理力学性质可分为3个工程地质大层，其工程地质特征描述如下。

1)冲填土：黄灰、灰色，松散—稍密状，饱和，松散—稍密状，高压缩性，主要由粉土组成，夹少量粉砂，摇震反应迅速，韧性低，干强度低，约1年内围海吹填而成，属欠固结土。整个场地分布，层厚一般5～7 m。

2)黏质粉土：黄灰、灰色，饱和，稍密—中密状，中压缩性，主要以粉粒为主，黏粒次之，含少量云母，摇震反应迅速，韧性低，干强度低。整个场地分布，层底深度一般在13 m左右，地基土承载力特征值约120 kPa。

3)砂质粉土：黄灰、灰色，饱和，稍密—中密状，中压缩性，主要以粉粒为主、黏粒次之，含少量云母，摇震反应迅速，韧性低，干强度低。整个场地分布，层底深度约20 m，地基土承载力特征值约160 kPa。

2.1.2水文地质概况

根据地质资料，场地内土层含水量丰富，呈饱和状态，地下水主要为孔隙潜水，埋藏较浅，水位埋深一般在0.20～0.60 m(高程约3.5～3.7 m)，主要赋存于浅部的1)、2)、3)号层中，水位略高于河水水面，地下水以蒸发和向河流排泄为主，受季节性气候影响较大，水位变化幅度一般为1.50 m左右。各土层为弱透水性，渗透系数k主要在4.0E-04～4.0E-05cm/s之间。

2.2地基加固处理的要求

本场地软土路基加固处理主要是密实表层的冲填土层，加固处理后要达到如下要求：

1)软基加固处理后地基土承载力特征值达到140kPa；

2)软基加固处理的影响深度达到6.0～8.0m；

3)软基加固处理后要消除场地吹填土层的液化性；

4)软基加固处理后要消除场地较大的差异沉降；

5)软基加固处理后的交工标高约3.9～4.0m(现状场地标高3.9m，考虑到施工沉降，施工前先预抛高吹填0.8m厚的粉土层，即吹填至黄海标高4.7m)。

2.3具体施工工艺流程

场地内的软土路基为含水量高、初始强度低、严重液化、欠固结的吹填土层，在采用“高真空击密法”加固处理时，其击密能量总体呈“先轻后重，少击多遍”的特点。其主要施工工艺流程如下：

1)定位放线，确定高真空击密法的试验区域。确定处理后的交工标高，根据经验施工会沉降约0.7～0.8m，在加固处理前先预抛高吹填了0.8m厚的粉土层。因场地为刚吹填完不久，须采取浅层预处理措施直至可以承受人与机械进场施工。具体浅层预处理主要是采取插浅真空管排水配合低能量强夯点夯，夯击能量500～800kN·m。

2)场地浅层具有一定的承载力后，预埋各种监测设备，进行施工前的各项监测。

3)进行高真空排水，真空排水管分层设置深管和浅管，进行第一遍高真空排水，期间进行各种监测项目观测，实施信息化管理，判断能否进行第一遍高真空击密。

4)场地含水量丰富，整个强夯点夯过程中能保留下来的真空排水管继续进行排水，即强夯、排水同时进行。对场地实施了持续排水约7d后，开始进行第一遍强夯跳夯点夯，能量1 000～1 500kN·m，3～4 击。

5)第一遍跳夯点夯后，待孔隙水压力消散75%～85%后，施工单位对各种监测项目进行自检，根据自检情况调整第二遍“高真空击密”的施工参数，并进行第二遍跳夯点夯，能量1 800～2 000kN·m，4～5击。

6)第二遍跳夯点夯后，待孔隙水压力消散75%～85%后，对各种监测项目进行自检，并根据自检情况调整第三遍“高真空击密”的施工参数，并进行第三遍点夯，夯点打在第一遍夯点上，对第一遍夯能进行加强，能量2 000～2 300kN·m，4～6击。

7)第三遍点夯后，待孔隙水压力消散75%～85%后，对各种监测项目进行自检，并根据自检情况调整满夯的施工参数，并进行满夯，能量为700～900kN·m，1～2击。

8)满夯施工结束后，对处理效果先行自检，待满足地基处理要求后，交付业主委托第三方进行检测验收。

2.4软基处理效果检测

经建设单位委托：笔者公司根据相关规范对高真空击密处理前的地基土(场地浅层预处理后)进行了竖向静载荷试验、双桥静力触探试验、钻探取样室内土工常规物理力学指标试验及钻探标准贯入液化判别试验；在高真空击密处理后约28d时，也对处理后的地基土进行了竖向静载荷试验、双桥静力触探试验、钻探取样室内土工常规物理力学指标试验及钻探标准贯入液化判别试验[3-4]。通过对以上各检测项目的对比，分析判别“高真空击密法”加固处理吹填土软土路基的处理效果及其适宜性。

2.4.1软基处理前后土层的竖向静载荷试验对比

在软土路基处理前及软土路基处理后的区域，分别进行3个试验点的地基竖向静载荷试验。具体点位由建设单位指定，均采用边长为1.0m的钢板。软基处理前及处理后各个试验点的静载荷试验数据对比见表1，软基处理前及处理后3#点的静载荷试验压力和沉降的P-s曲线对比见图1。

图1　软基处理前及处理后3#点的静载荷试验p-s曲线对比图

表1　软基处理前及处理后土层的静载荷试验数据对比表

根据表1静载荷试验数据对比表、根据图1静载荷试验p-s曲线对比图，可以看出“高真空击密法”加固处理软基的效果明显，软基加固处理后的地基土承载力极限值在280kPa以上，当荷载加至280kPa时对应的沉降量在规范允许范围内，达到软基加固处理后地基土承载力特征值在140kPa以上的设计要求。

2.4.2软基处理前后土层的双桥静力触探数据对比

在软土路基处理前及处理后的区域分别施工3个双桥静力触探孔，对软基处理前及处理后深度在8.0m以上土层的双桥静力触探数据进行统计对比见表2，软基处理前与处理后3#点处的双桥静力触探曲线对比见图2。

表2　软基处理前及处理后的双桥静力触探数据平均值对比表

图2　软基处理前与处理后3#点的双桥静力触探曲线对比图

根据表2双桥静力触探数据平均值对比表及根据图2双桥静力触探曲线对比图，可以看出相比软基处理前，软基处理后的qc与fs值增加数倍以上，表明软基处理效果明显，特别是1#冲填土层更为明显，其加固处理深度可以达到6.0～8.0m以上。

根据相关经验公式与双桥静力触探数据，亦可以计算出地基土承载力。根据曲线对比图可以看出，经处理后：0.0～7.0m之间qc<1.0MPa部位的冲填土层的承载力提高约4～6倍以上，1.0MPa

根据双桥静力触探成果分析，“高真空击密法”对软基加固处理后在6.0～8.0m以上形成了超固结的“硬壳层”，且使土层挤密均匀，消除了原有较大的差异沉降；其加固处理后的地基土承载力特征值达到了设计要求的140kPa以上；其加固处理影响深度达到了设计要求的6.0～8.0m。

2.4.3软基处理前后土层的室内土工常规物理力学指标对比

在软土路基处理前(浅层预处理后能摆放轻型钻机的地方施工)及软土路基处理后分别施工了3个轻型钻探取样+标贯孔，对8.0m以上土层每1m间距取1只原状土样进行了常规物理力学指标试验。8.0m以上土层的室内土工常规物理力学指标统计平均值对比见表3。

表3　软基处理前与处理后土层的室内土工常规物理力学指标平均值对比表

通过表3室内土工常规物理力学指标平均值对比表，可以看出，在软基加固处理后，8.0m以上土层的含水量、重度、孔隙比、压缩模量、固结快剪的粘聚力及内摩擦角等常规物理力学指标，相比软基加固处理前都有了较好的提升，加固处理的效果明显。

2.4.4软基处理前后土层的标准贯入液化性对比

在软土路基处理前及处理后分别施工了3个轻型钻探取样+标贯孔，每个钻孔8.0m以上除取样外，还按1m间距做了7次标贯，处理前8.0m以上土层的标贯击数1～3击，液化等级主要在轻微至中等液化。标准贯入数据及液化性对比详见表4。

表4　软基处理前及处理后土层的标准贯入液化性对比

通过表4标准贯入液化性对比表，可以看出，8.0m以上土层由软基加固处理前的轻微至中等液化的欠固结土转变为软基加固处理后的不液化的超固结土，标贯击次有较大的提高，相应的地基土承载力有较大的提高。

3结语

通过对吹填土软土路基加固处理前及加固处理后的地基土应用竖向静载荷试验、双桥静力触探试验、钻探取样室内土工常规物理力学指标试验及标准贯入液化判别试验等试验方法进行检测及对比分析，可以得出以下结论。

1)“高真空击密法”加固处理吹填土软基的影响深度达到了设计要求的6.0～8.0m，软基处理后表层形成了6.0～8.0m厚的超固结的“硬壳层”，且使土层较均匀、较密实，消除了原有较大的差异沉降；

2)吹填土软基加固处理后，8.0m以上土层物理力学指标及地基土承载力明显得到提高，0.0～8.0m的地基土承载力特征值可以达到设计要求的140kPa以上；

3)吹填土软基加固处理后，冲填土层由轻微至中等液化的欠固结土转变为不液化的超固结土；

4)吹填土软基加固处理后，经测量地面标高约3.9～4.0m，满足建设单位交工标高的要求；

5)从吹填土软基加固处理后地基土的检测结果来看，其地基处理效果已经达到甚至超过设计单位的要求，在施工过程中及施工结束后的沉降观测等数据均符合设计要求，说明“高真空击密法”在该区域同等地质条件下(主要指吹填形成的海涂区或粉土区)进行大面积的加固处理软基，是适宜可行的，是该区域较有效、较快速、较环保的软基处理方法。

参 考 文 献

[1]上海港湾软地基处理工程有限公司，上海港湾软地基设计研究院.杭州湾上虞工业园区拓展区经四路试验区高真空击密法试验研究报告[R].上海：上海港湾软地基处理工程有限公司，2010.

[2]龚红旗.高真空击密法填海滩涂地基处理试验研究[J].岩土工程界，2009，12(7)：33-35.

[3]中国建筑科学研究院.JGJ79—2012建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]河海大学.GB/T51064—2015吹填土地基处理技术规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

收稿日期：2015-12-15

作者简介：陈康太(1983—)，男，甘肃静宁人，工程师，从事岩土工程勘察工作。

中图分类号：TU472

文献标志码：B

文章编号：1008-3707(2016)03-0031-06

Analysis on the Appropriateness of the Soft Foundation of Soft SoilStrengthening Treated by the Method of High Vacuum Compaction

CHEN Kangtai