高含水量軟土地基的加固新技術(shù)—高真空擊密法

主要內(nèi)容1、前言2、加固機(jī)理3、設(shè)計(jì)計(jì)算的若干問(wèn)題4、應(yīng)用實(shí)例

1 前言

“高真空擊密法”：是一種快速加固軟土地基的新技術(shù)，它是通過(guò)數(shù)遍的高真空，并結(jié)合數(shù)遍合適的變能量擊密，達(dá)到降低土層含水量，提高密實(shí)度、承載力，減少地基工后和差異沉降量的目的。發(fā)展應(yīng)用情況高真空擊密法原先是由施工人員在針對(duì)高含水量的水力吹填陸域地基加固過(guò)程中逐步形成的。因?yàn)榇堤铌懹虻鼗哂懈吆俊⒏吆嗔俊⒚娣e很大的特點(diǎn)，傳統(tǒng)地基處理方法，施工成本高、工期長(zhǎng)，或施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)困難，施工質(zhì)量難以保證；而高真空擊密法因造價(jià)低廉、施工速度快、對(duì)高含水量地基適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，顯示出了較明顯的優(yōu)越性。由形成到發(fā)展已超過(guò)5年，該工法在沿江沿海的大面積處理松軟地基工程中得到了迅速的推廣應(yīng)用，處理對(duì)象包括了除淤泥外的各種松軟土層。處理工程涉及港口堆場(chǎng)、道路，機(jī)場(chǎng)跑道，廠區(qū)，倉(cāng)庫(kù)等，累計(jì)處理面積已超1000萬(wàn)平方米。

這過(guò)程中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)了施工設(shè)備，形成了較為成熟的工法，并申請(qǐng)了國(guó)家專利，主要成果是施工工藝的創(chuàng)新與改進(jìn)。由于夯擊問(wèn)題的復(fù)雜性，理論落后于實(shí)踐的現(xiàn)象依然存在。要進(jìn)一步發(fā)展完善該工法，還需要更多科研、設(shè)計(jì)、施工人員的繼續(xù)協(xié)作努力。在此，作者就高真空擊密工法的加固原理、特點(diǎn)與設(shè)計(jì)方法談一些體會(huì)，并介紹該工法在吹填砂和粉煤灰工程中的應(yīng)用實(shí)例。高真空擊密工法的加固機(jī)理高真空擊密法應(yīng)該是在普通強(qiáng)夯法基礎(chǔ)上的改進(jìn)工法，對(duì)軟土地基的加固原理仍然是動(dòng)力排水固結(jié)理論。高真空擊密法特點(diǎn)是通過(guò)多遍主動(dòng)排水措施來(lái)增強(qiáng)動(dòng)力固結(jié)效果。排水的作用原則上可用有效應(yīng)力原理解釋。2.1排水條件對(duì)多遍沖擊下土的應(yīng)力、強(qiáng)度的影響

2.2高真空擊密法的加固機(jī)理

理論研究表明：多遍沖擊過(guò)程中孔壓消散率越高，強(qiáng)度增長(zhǎng)也越明顯，同時(shí)減輕了沖擊荷載對(duì)土的結(jié)構(gòu)破壞，大大降低了夯擊過(guò)程中地基土出現(xiàn)“橡皮土”的風(fēng)險(xiǎn)。高真空擊密法就是通過(guò)多遍高真空排水工序，來(lái)達(dá)到提高強(qiáng)夯擊密效果的目的。但高真空排水不是強(qiáng)夯法的輔助手段，而至少是與強(qiáng)夯同等重要的工序。本工法的具體工藝流程是：高真空排水－擊密的多遍循環(huán)。這兩道工序的相互作用，有機(jī)組合，形成了高真空擊密法的獨(dú)特機(jī)理。

（1）夯前對(duì)高含水量飽和土先進(jìn)行高真空排水，減小土的飽和度，可有效增加夯擊效率，同時(shí)減小產(chǎn)生的超孔隙水壓力。這屬于主動(dòng)排水，而塑料板屬于被動(dòng)排水，由于沒(méi)有外荷載作用，無(wú)法形成水頭梯度達(dá)到夯前排水的目的。（2）排水后土體孔隙的自我壓密有限而且緩慢，土層變形并不明顯，要在回水以前用強(qiáng)夯的方法加以擊密。

（3）滲透系數(shù)較小的軟土，在適當(dāng)夯能的作用下，土中出現(xiàn)的微裂縫可增加土的滲透性能，產(chǎn)生的超孔隙水壓力能提高孔隙水滲流的水頭梯度，從而進(jìn)一步增加排水效果。為此，本工法提出了第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時(shí)進(jìn)行的獨(dú)特排水工序。多遍高真空擊密排水最終以達(dá)到降低飽和土的含水量為目標(biāo)。

（4）由于第二次高真空作用，使第一遍強(qiáng)夯產(chǎn)生的超孔隙水壓力快速消散，使兩遍強(qiáng)夯間隙時(shí)間明顯縮短。（5）有效的真空排水與合適的夯擊能量有機(jī)結(jié)合，才能使軟土避免“橡皮土”現(xiàn)象，得到理想的加固效果。

正是由于上述機(jī)理的作用，使強(qiáng)夯振動(dòng)處理方法在過(guò)去不宜的一些飽和軟土地基中得到了成功應(yīng)用，擴(kuò)大了強(qiáng)夯工法的使用范圍。本工法的高真空排水，與一般的單純通過(guò)夯前集水井、井點(diǎn)降水，以降低一點(diǎn)地下水位、“防止夯坑積水或夯擊效率降低”為目標(biāo)，也有根本不同。3設(shè)計(jì)計(jì)算的幾個(gè)問(wèn)題

3.1地基承載力與沉降應(yīng)用高真空擊密法的設(shè)計(jì)基本原則與常規(guī)地基基礎(chǔ)相同，要求進(jìn)行承載力、沉降計(jì)算。施工設(shè)計(jì)仍要參考一般強(qiáng)夯法。如果工期允許，先進(jìn)行小區(qū)域的試驗(yàn)性施工，通過(guò)監(jiān)測(cè)和對(duì)比檢測(cè)驗(yàn)證根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算確定的施工方案能否滿足設(shè)計(jì)要求，并為今后大面積施工優(yōu)化施工參數(shù)提供依據(jù)。

（1）承載力或穩(wěn)定性計(jì)算

高真空擊密法對(duì)吹填砂或粉煤灰等粗顆粒土的加固效果要大于軟粘土等細(xì)顆粒土，加固后淺部土層承載力較高，形成硬殼層；而下部較低，為軟弱下臥層。淺部土通常即為持力層，應(yīng)分別進(jìn)行持力層與軟弱下臥層承載力驗(yàn)算。對(duì)于堆料場(chǎng)、油罐等基礎(chǔ)還要對(duì)整個(gè)地基進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析。加固后的承載力對(duì)于持力層可以通過(guò)原位測(cè)試直接得到，對(duì)于軟弱下臥層根據(jù)實(shí)測(cè)的強(qiáng)度增長(zhǎng)推算得到。硬殼層的作用對(duì)小面積荷載應(yīng)力擴(kuò)散作用明顯，隨著荷載面積的增大，應(yīng)力擴(kuò)散作用減弱。（2）沉降計(jì)算根據(jù)使用荷載的實(shí)際分布范圍，按分層總和法計(jì)算沉降；按大面積荷載計(jì)算沉降時(shí)，應(yīng)考慮荷載的面積系數(shù)。對(duì)于堆場(chǎng)荷載，還可適當(dāng)考慮一些循環(huán)荷載與恒載的區(qū)別。工后沉降不等于計(jì)算總沉降與工前沉降之差，加固土層可按超固結(jié)土計(jì)算。加固后土層的應(yīng)力狀態(tài)可以間接通過(guò)處理后的場(chǎng)地平均沉降和物理力學(xué)指標(biāo)變化評(píng)價(jià)。如：粘性土受取土擾動(dòng)的影響較小，其物理指標(biāo)的變化能說(shuō)明一定問(wèn)題，根據(jù)確認(rèn)的△e可以反算出處理后土層中增加的有效應(yīng)力，△’=△e/a=Es△e/(1+e0)。（3）高真空擊密法與其它地基處理方法的組合加固前的地基承載與沉降，如果與設(shè)計(jì)要求相比差距很大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，很難單純通過(guò)高真空擊密法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可利用工程條件經(jīng)濟(jì)地結(jié)合其它地基處理方法，如充水預(yù)壓、堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓。如果：利用高真空擊密法解決穩(wěn)定性問(wèn)題，而工后沉降問(wèn)題借助預(yù)壓解決；如果：利用高真空擊密解決穩(wěn)定性問(wèn)題還有差距，后期堆載要控制加載速度。3.2施工參數(shù)的設(shè)計(jì)問(wèn)題通過(guò)對(duì)加固前的地基承載力與沉降驗(yàn)算，并與設(shè)計(jì)要求比較。可大致明確地基承載力的提高幅度和工前要完成的沉降目標(biāo)。根據(jù)加固目標(biāo)確定施工參數(shù)是個(gè)難點(diǎn)，這是由于夯擊對(duì)土層影響很復(fù)雜的因素決定的。目前主要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定，一些主要經(jīng)驗(yàn)如下：高真空排水井點(diǎn)密度、深度，真空時(shí)間、真空度等施工參數(shù)與土層的分布、滲透系數(shù)、含水量有關(guān)。滲透系數(shù)差異較大的區(qū)域和土層，真空管系統(tǒng)布置要區(qū)別對(duì)待；為此如果勘察報(bào)告中的鉆孔間距過(guò)大，現(xiàn)場(chǎng)工程師必須先進(jìn)行詳探劃區(qū)。必要時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排水效果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。為使施工區(qū)域在含水量調(diào)整后不受外圍地下水的影響，需要設(shè)“外圍封管”；邊拔管邊強(qiáng)夯，拔管區(qū)域在24小時(shí)內(nèi)必須夯完。擊密擊密主要有兩種方式，一是錘擊擊密，即通常的強(qiáng)夯法，二是振動(dòng)擊密，主要由大功率、大能量的沖擊、振動(dòng)碾壓設(shè)備最后實(shí)施。夯擊能量，包含單擊能量大小、夯點(diǎn)擊數(shù)，遍數(shù)；夯擊能量大小與加固要求，土層分布情況及排水情況有關(guān)。主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算、并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整。如果通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域加固效果較差或局部區(qū)域需要達(dá)到更高的承載力要求，可通過(guò)增加高真空擊密遍數(shù)來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4工程應(yīng)用實(shí)例4.1吹填砂及淤泥質(zhì)土加固施工實(shí)例（1）土層分布常熟興華港表層吹填粉細(xì)砂，層厚為1~3m；第二層粘土及粉質(zhì)粘土，平均層厚1~2m；第三層為淤泥及淤泥質(zhì)土，該層分布較不均勻，層厚變化較大，層厚在0~6m之間變化，夾有粉砂層，屬高壓縮性的軟土；第四層為粉細(xì)砂，該層一般呈中密狀，是較好的持力層，再往下為淤泥質(zhì)土與砂土互層。（2）芽施工工歌藝小區(qū)試膀驗(yàn)時(shí)第一遍高侮真空強(qiáng)排文水時(shí)間為網(wǎng)10~1咸5天，真癢空管點(diǎn)間礙距3.54.0散m；第采一遍錘詠擊能量遲控制在自300嬌0kNm左右伏，夯距揚(yáng)7.07.0包m正方紹形布置雀，每點(diǎn)色擊數(shù)8賞擊。第二遍離高真空把強(qiáng)排水麗，強(qiáng)排慣水方案戒基本類董同第一霉遍，高龍真空時(shí)占間8~磚12天貢，然后預(yù)進(jìn)行第素二遍錘豎擊，夯唐擊點(diǎn)間尺距為3鋒.5m奧，梅花謎形布置供，夯擊既能量1厘800雕kNm，每點(diǎn)噸6擊。第三遍韻“高真槐空擊密你法”，盞采用真彎空管控搜制淺層槽土的含訪水量，滋真空管吧點(diǎn)間距壤3m，駐排距1彼2m，設(shè)然后用查大功率尿調(diào)頻，感調(diào)幅振老動(dòng)壓路物機(jī)，擊淘振密實(shí)耐土體。擊密能量小有先重后蹤蝶輕的特點(diǎn)主要加固饒效果試驗(yàn)區(qū)加變固前后靜火力觸探對(duì)距比大面積加他固前后靜更載試驗(yàn)對(duì)罵比加固后注的標(biāo)貫拌擊數(shù)大面積加門固前后比羽較局部加訴固效果百較差區(qū)怠域重新姐加固前賄后加固后題回彈模詳量測(cè)試4.2桃、吹填醬粉煤灰纏及淤泥貼質(zhì)土加夢(mèng)固實(shí)例（1）蓄吹填粉竟煤灰的盟處理方茫法選擇原則上站用于軟材粘土的憑一些地病基處理員方法，著均可用壁于吹填熄粉煤灰僵的處理謙，已有研多個(gè)實(shí)意例報(bào)道菌。采用殺水泥攪量拌樁，賴碎石樁梯等復(fù)合餓地基方兔法一般唱造價(jià)較擋高，強(qiáng)勤夯法則步對(duì)地基斗的初始濕表層強(qiáng)愁度有一司定要求繁。交通部三礦航局科研堡所葉伯榮籮等，為降揭低加固成惰本，對(duì)鎮(zhèn)照海港區(qū)的鎮(zhèn)吹填粉煤撫灰進(jìn)行了補(bǔ)5種加固場(chǎng)方法的比蔬較，這5忙種方法分仰別是振動(dòng)鉗碾壓，簡(jiǎn)釘易排水，劍重錘夯實(shí)歉，堆載預(yù)標(biāo)壓，自然呼固結(jié)；其評(píng)中除了堆吩載預(yù)壓法戰(zhàn)造價(jià)較高煎外，其它逝方法加固貸成本均較繼低。從加鐮固效果看腿，振動(dòng)碾捆壓加固深刮度淺；簡(jiǎn)蝕易排水和蒸自然固結(jié)校由于外力演作用小，坡地基性狀窩不可能有乒大的改變廣；堆載預(yù)年壓的效果拾取決于堆褲載強(qiáng)度，先在經(jīng)濟(jì)可燦承受的范雷圍內(nèi)，地辮基加固效炕果有限；結(jié)用落距6耽m，6.脫2噸重的柴錘夯擊三狹遍的重錘醬夯實(shí)最好猴，其承載妙力可達(dá)1揪80kP暖a，而且磁施工費(fèi)用腎相對(duì)較低島。對(duì)于本工縱程場(chǎng)地，昆吹填粉煤弱灰沉積時(shí)莫間最早只脾有3個(gè)月堤，初始強(qiáng)接度低，人究行走也有葵下陷的危矛險(xiǎn)，施工疏機(jī)械更無(wú)脫法通行；卵大部分為尤邊吹填、揚(yáng)邊施工，降初始強(qiáng)度秋為零。如績(jī)果采用復(fù)歷合地基法升，重錘夯壘實(shí)法或強(qiáng)槽夯法，必仔須要有較盟厚的砂石搬墊層，從宏海上吹砂坐被禁止，屬用毛片石雖又影響到判后續(xù)的打覽樁或插塑猴料排水板常的施工，閘而且費(fèi)用辛高。因此嬌嘗試采用閉專利技術(shù)甩——高真酬空擊密工圾法。（2）裳試驗(yàn)過(guò)牢程進(jìn)行第一壩次高真空咐排水，井酒管間距3華.5m5.0m浪，同時(shí)對(duì)饞粉煤灰進(jìn)市行預(yù)處理魯，以便施床工機(jī)械行蓬走，逐步太使表層煤統(tǒng)灰較為密弟實(shí)，實(shí)測(cè)得沉降量累烈計(jì)380饅mm。第二遍的威高真空，質(zhì)第一遍點(diǎn)旦夯能量為傍1150昏kNm，擊批數(shù)1～尸3擊，隔實(shí)測(cè)點(diǎn)多夯后的汪累計(jì)沉捕降為5獄25m標(biāo)m。第三遍晝高真空裁，第二拼遍點(diǎn)夯炸，單擊譽(yù)能量提活高至1奧800載kNm，實(shí)渣測(cè)累計(jì)兇沉降6辰63m時(shí)m。進(jìn)襪行最后駛的滿夯說(shuō)，累計(jì)威沉降7異30m旨m。主要測(cè)試飽完成后，穗又增加一文遍高真空搶擊密，擊繪密能量為爽2400擱kNm，主關(guān)要想嘗算試進(jìn)一虧步加大紋加固效錫果的可