大连港超软土复合地基处理试验

刘岱君

 

摘要：对超软土地基进行了复合地基处理试验研究，介绍了相关的复合地基处理方案及现场比选试验的施工检测情况。现场试验结果表明：采用振冲碎石桩复合地基需在设计时考虑工后不均匀沉降的处理，或采用面层结构预留沉降量方案；高压旋喷桩复合地基不适合该类超软土地基的二次加固。

关键词：软土加固，复合地基，现场试验，振冲碎石桩，高压旋喷桩

　　0 前言
　　大连港大窑湾港区二期陆域形成了面积约10万平方米、厚约10米的淤泥区域，该区域淤泥为高粘粒含量、高含水量、高压缩性、低强度的超软粘土。超软土地基处理一直是岩土工程中的难点，对该区域先期进行了堆载预压处理，但是在堆载预压满载8个月后，监测单位认为该区域通过堆载预压处理强度增加相当缓慢，建议停止预压进行二次加固。但是，经检验，处理后的淤泥层仍为高含水量、高压缩性、低强度的软弱土层，不能满足集装箱重箱堆场对地基的要求。
　　本文介绍了该区域振冲碎石桩和高压旋喷桩二种复合地基处理方案及现场比选试验，试图寻求适合该地区软土的二次加固方法，并为类似工程地质情况的地基加固提供指导。
　　1 工程地质概况

　　根据二次加固试验前对该场区进行的工程地质勘察报告，该场区土层为①碎石素填土、②1吹填土、②2吹填土、③粉质粘土、④碎石。②1吹填土、②2吹填土为需要处理的超软土层，其中②1吹填土以淤泥为主，②2吹填土以淤泥质粘土为主。主要土层物理力学指标如表1所示。

 

　　2 试验方案

　　2.1 地基处理技术要求

　　⑴交工面标高+4.6m；

　　⑵地基处理后面层复合地基承载力≥180kPa；

　　⑶使用期内残余沉降量≤30cm。

　　2.2 设计方案

　　2.2.1 振冲碎石桩复合地基方案设计

　　振冲碎石桩采用矩形布置，桩端达到原有碎石层顶面，桩顶至地基处理顶面。振冲碎石桩施工分两遍进行，第一遍施工完成后，间隔不少于14天后进行第二遍插打施工。完成振冲桩施工14天后进行强夯施工，能量为1000～1500 kJ，夯点按正方形布置、间距4.5m，每点6击。振冲碎石桩复合地基设计参数见表2。

　　2.2.2 高压旋喷桩方案设计

　　旋喷桩采用正三角形布置，桩端达到下卧碎石层顶面，桩顶进入上部回填层0.5m，旋喷桩体强度标准值大于2.0MPa。施工完成后，表层采用功率为200kN碾压机振动压实法处理，直至碾压无轮迹。高压旋喷桩复合地基设计参数见表3。

　　3.1振冲碎石桩

　　3.1.1 施工情况

　　振冲试验区根据典型施工及检测结果确定了第一遍施工参数为：振冲器功率75kW、加密电流A0+20A（A0为空载电流）、留振时间10s，第一遍打设154根碎石桩。针对第一遍桩施工过程中造孔及加密时间较长、功效低、卡料现象严重的情况，在第二遍施工中使用了新型75kW振冲器，加密电流A0+20A（A0为空载电流），留振时间10s，第二遍打设96根碎石桩。振冲桩施工完成后，进行强夯施工。

　　3.1.2 检测情况

　　依据设计要求，振冲强夯完成14天后进行了地基加固后检测工作，现分述如下：

　　（1）地基承载力检测与分析

　　振冲区共布置了3个单桩承载力和3个复合地基承载力平板载荷试验。单桩承载力试验采用Φ1.3m的圆形载荷板，复合地基承载力试验采用1.9×1.9m的方形载荷板，具体试验结果见表4。

　　根据各点的检验结果可知，复合地基承载力特征值大于180kPa，单桩承载力大于450kN，地基回弹模量大于60MPa，满足设计要求。

　　（2） 残余沉降量推算

　　为了推算地基处理后使用期内的残余沉降，振冲处理后进行了堆载预压试验，总荷载约80kPa。堆载总高度5m，分两级堆载，第一级2m，第二级3m。堆载前选择有代表性的位置埋设5个沉降盘，满载后观测3个月，荷载、沉降量随时间变化曲线见图1。

 

　　根据实测地面沉降曲线采用三点法、双曲线法及经验双曲线法计算的最终沉降量如表5所示。

　　据表5可知，根据目前常用的三种最终沉降量计算方法推算的最终沉降量均大于所要求的300mm。

　　3.1.3 该工法在本场区适用性分析

　　检测结果表明振冲碎石桩复合地基其地基承载力能够满足设计要求，但是其残余沉降量在300~430mm之间。如若采用该工法建议设计时应考虑工后不均匀沉降的处理，或采用面层结构预留沉降量方案。

　　3.2 高压旋喷桩

　　3.2.1 施工情况

　　高压旋喷桩试验区三重管法施工参数见表6。

　　本次旋喷施工过程中并没有出现常见的大量的返浆、冒浆情况，却存在较为普遍的窜孔现象；随着大量水泥浆液的注入，地表出现裂缝并局部隆起，最终导致地表升高。这种情况可能导致水泥浆影响范围加大，而桩体单位体积的水泥掺入量可能达不到设计要求的现象。

　　3.2.2检测情况

　　（1）地基承载力检测与分析

　　高压旋喷三重管区共布置了3个单桩承载力和3个复合地基承载力平板载荷试验。单桩承载力试验采用Φ1.2m的圆形载荷板，复合地基承载力试验采用2×2m的方形载荷板，具体试验结果见表7。

　　根据各点的检验结果可知，复合地基承载力特征值大于180kPa，复合地基回弹模量大于60MPa，单桩承载力小于905kN，不满足设计要求。

　　（2）抽芯检验

　　为了检测旋喷桩水泥掺量及成桩质量，本次在高压旋喷三重管区选取了3根旋喷桩进行取芯工作。取芯结果表明：桩体均匀度差，水泥掺量不足，局部含较多的软土夹层及小孔洞，较多桩未着底。

　　所取芯样单轴无侧限抗压强度离散性较大，最大值为4.675MPa，局部区段为软粘土、内含极少量水泥、呈软～可塑状，无法进行单轴无侧限抗压强度试验；各桩桩身无侧限抗压强度平均值均小于设计所要求的2MPa。

　　3.2.3 该工法在本场区适用性分析

　　检测结果表明高压旋喷桩复合地基其地基承载力能够满足设计要求，但是其单桩承载力却不能达到设计要求。取芯结果及无侧限抗压结果表明高压旋喷桩在该区域的成桩质量差、桩身无侧限抗压强度平均值均小于设计所要求的2MPa。由此可以说明高压旋喷桩复合地基不适合该类超软土地基的二次加固。

　　4 结论

　　（1）振冲碎石桩复合地基其地基承载力能够满足设计要求，但是其残余沉降量较大。如若采用该工法在设计时应考虑工后不均匀沉降的处理，或采用面层结构预留沉降量方案。

　　（2）高压旋喷桩复合地基其地基承载力能够满足设计要求，但是其单桩承载力却不能达到设计要求。高压旋喷桩在超软土地基中的成桩质量差、桩身无侧限抗压强度小于设计所要求的2MPa。高压旋喷桩复合地基不适合该类超软土地基的二次加固。

　　（3）由于超软土地基强度很低，复合地基处理方案一般均不能充分发挥其作用且存在各种问题。在复合地基方案实施前应采取必要的措施适当提高超软土地基的强度，从而提高复合地基方案的处理效果。

参考文献：

1. JGJ 79-2002 建筑地基处理技术规范[S].

2. 振冲碎石桩复合地基.何广讷.人民交通出版社.2001.5

3. 中交水运规划设计院有限公司.大连大窑湾港区二期工程15#、16#泊位后方堆载预压加固后检测岩土 工程勘察报告[R]. 北京:中交水运规划设计院有限公司,2008.

4. 中交水运规划设计院有限公司.大连大窑湾港区二期工程15#、16#泊位重箱堆场吹填区地基处理方案设计[R]. 北京:中交水运规划设计院有限公司,2008.