青岛港八号码头堆场6.3万m2杂填土夹淤泥质回填地基经塑料排水板预处理的高能级强夯

马燕 潘秉忠(中交一航设计院)

杨丛为(青岛港务局港务工程公司)

梁富华(中化岩土工程有限公司)

一、概述

青岛港八号码头30万m²堆场，绝大部分经加固处理已投入运营。局部约7万m²由于全场淤泥被推挤产生流动，集中淤积于此，淤积厚度变化较大，部分区域淤泥直接出露，标高接近甚至超过场平标高。人工填土的成份也十分复杂，厚度不均。场地在处理前已出现局部失稳，造成护堤局部塌陷、位移，水平方向的位移达数米之远，给地基处理带来了一定的困难。如果仍像大面积处理时选用单一夯击能的强夯法处理该区域，显然处理深度达不到设计要求，处理后地基整体依然处于不均匀状态，且方案在淤泥出露区域和覆盖层较薄的区域无法正常实施。难以达到预期的处理效果。

设计根据淤泥质土层的分布范围、深度，人工覆盖层的厚度等工程地质条件和要求处理的深度，将场地划分为四个小区，分别采用3000kN·m~8000kN·m能级不等的强夯并辅以塑料插板等措施，对地基进行加固处理，取得了成功。本文重点介绍8000kN·m能级强夯置换处理方案的实施以及效果检测评价情况。

二、工程地质概况

本区是本场地淤泥质土层最厚，覆盖层相对较薄，地质条件较为复杂的区域。根据钻孔资料，在地基处理深度范围内，地层自上而下的分布情况为：

杂填土，为新近回填，主要成分为碎石和建筑垃圾，含砖头、混凝土块、风化岩碎块、少量木屑、粉煤灰，以及生活垃圾等，夯前厚度1.5～4.0m之间。

淤泥质粉质粘土，流塑～软塑状，局部夹砂斑，土质不均，中～高压缩性，局部为淤泥，厚度13m左右，强度很低，是需要重点加固的土层。

粉质粘土，可塑到硬塑状，此层未揭穿，该层土的强度较高。典型地质剖面如下图1所示:

图1  地质剖面图

三、设计要求及地基处理方案简介

本区域设计有效处理深度15m，处理后地基承载力标准值应达到180kpa。

根据上述设计要求，该区域强夯最高单击夯击能采用8000kN·m，该能级是目前国内所能达到的最高夯击能。按目前计算有效处理深度的公式计算，该夯击能应能达到设计处理深度。夯点间距为6m×6m正方形中间插点，即整体4.24m×4.24m正方形。为了达到预定处理深度并使夯击过程中产生的超孔隙水压力得到消散，8000kN·m分三遍施工，并要求超孔隙水压力得到消散达到50%以上以后，才可进行下一遍施工，并以此作为确定两遍之间间歇时间的依据。在施工过程中，应边夯边填加粗骨料，尽最大可能将粗骨料填充到淤泥层内，起到置换部分淤泥和在淤泥层中形成竖向排水通道的双重效果，使面积置换率达到50%以上。最后选用低能级强夯对表层进行加固处理。

四、试验性施工及监测

在正式施工前，按照设计要求，选择面积24m×24m的代表性区域进行试验性施工，对方案中确定的施工参数的合理性进行验证，并进而优化。试验时，由于该区域表层覆盖层较薄，在8000kN·m单击夯击能的作用下，很容易将覆盖层贯穿，出现起锤困。为了方便施工，第一遍单夯能先从5000kN·m开始，在夯坑内填充足够的粗骨料后，再逐渐将夯击能提高到8000kN·m。实践证明，从低能级逐渐到高能级的强夯置换工艺，更适宜强夯法在软粘土中施工。

本区域由于地质条件复杂，施工所选用的监测手段，技术较为先进，种类齐全，旨在为大面积施工和将来处理同类地基提供可靠的设计依据。监测手段包括孔隙水压力测试、地下水位观测、深层侧向位移观测、土体分层沉降观测、夯坑沉降与夯坑周围隆起测量等。

1.孔隙水压力观测

孔隙水压力指标是确定强夯施工参数的重要依据之一，它可以直接用来确定夯点间距、最佳夯击数、有效处理深度以及两遍之间的间歇时间。

孔隙水压力在夯击能的作用下，随着土颗粒受压，空隙变小，产生增量。孔隙水压力的增量在水平方向上，随离夯点距离的增加而减小。通过绘制孔隙水压力增量与距夯击点的距离关系曲线，可以反映夯击能的影响半径，由此确定夯点间距。经实测，在距夯点6m之内，不同深度测头的孔隙水压力增量较大，在距夯点10m时，孔隙水压力的增量已很小。由此可见，整体夯点间距确定为6m是适宜的。

在粘性土中，孔隙水压力随夯击数的增加而不断增加，当夯击数增加，而孔隙水压力趋于不变时，说明施加的夯击能已不足以使土颗粒受压变形，直接效果表现为土体侧向挤出。但作为强夯置换工艺，在施工条件容许的条件下，应尽可能增加夯击数，提高置换率。

通过实测，在5000kN·m夯击能作用下，深度12m以下孔隙水压力的增量很小；在8000kN·m夯击能作用下，深度15m以下孔隙水压力增量很小，说明5000kN·m能级强夯的有效处理深度在12m左右，8000kN·m能级强夯的有效处理深度在15m左右，与现行国家有关规范所推荐公式计算的有效处理深度基本相符。

采用强夯置换工艺处理软土地基时，间歇时间是一个非常重要的参数，如果不考虑间歇时间，连续施工，超孔隙水压来不及消散，土体结构有可能完全破坏，土体强度短时间难以恢复。由于工期限制，本区域施工时，间歇时间是以超孔隙水压力消散50％为控制的，经实测，要达到这一控制目标，间歇时间应在14天以上，由此可见，规范规定上限为四周的间歇时间是合理的。

2.深层测向位移观测

由于受各方面条件限制，国内有关强夯产生的深层侧向位移观测资料较少，对周围建筑的影响也难以定量评价，这也是限制强夯法应用范围的因素之一。本区域在试验区以及边缘埋设了三组深层侧向位移观测孔。经测量，在8000kN·m能级夯击下，深度10m左右处，土体的侧向位移最大，达73mm，表现为侧向挤出。同时，距试验区越远，土体位移越小，距离夯点14m时，土体位移25mm；距离夯点18m时，土体位移14mm；距离夯点22m时，土体没有位移。

3.夯坑沉降与夯坑周围隆起测量

夯坑沉降和隆起测量是确定强夯有效夯实系数和分遍施工的依据之一，特别是当不具备其它监测条件的情况下，仅通过简单的单点夯试验，即可以较准确地求出有效夯实系数，并进而作为控制强夯施工质量的依据。因此，这项工作一般是强夯施工必不可少的重要前期工作之一。通过实测，在8000kN·m能级作用下，土体的隆起范围达到了10m，当累计夯沉量达到7m时，最大隆起量为169mm，有效夯实系数仍然在0.5以上。本区域第一遍施工时，采用跳打工艺，夯点间距取12m，可见是合理的。

五、处理效果检测与评价

该区域夯前进行了十字板剪切试验和室内土工试验，以期对夯后土的相应指标进行对比。结果表明，夯前Cu值仅15kpa左右，强度很低，土工试验也表明，土的孔隙比1.25，液性指数1.37，压缩系数0.98Mpa^-1，地基承载力标准值仅70kpa。但由于强夯过程中，夯坑内填充了大量的粗骨料，面积置换率很大，夯后十字板试验和取土室内土工试验都较难进行，仅做了两台静载荷试验，试验曲线见图2和图3，载荷试验结果表明，夯后地基承载力标准值达到186kpa，两台载荷试验的P-S曲线几乎完全重合，反映出夯后地基土趋于均匀，取得了预期效果。

六、结束语

通过本工程实践，可以得出以下几点认识：

(1)高能级强夯置换方案处理深厚淤泥质土地基是可行的，可以取得比较理想的效果；

(2)通过实地测试，8000kN·m能级强夯的有效处理深度可以达到15m，与现行国家有关规范推荐的计算公式计算结果一致；

(3)强夯法处理淤泥质土时，单击夯击能应由低到高逐渐加大，并应考虑充分的间歇时间，否则，夯坑周围隆起量过大，隆起部分还需挖除，会给施工带来比较大的难度；

(4)采刚强夯置换方案处理地基时，填充夯坑的骨料成分应统—，避免人为造成地基的不均匀，影响处理效果。

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