高真空击密法在曹妃甸装备制造区地基处理中的应用

 
       1.前言： 
　　随着我国沿海地区的蓬勃发展，土地资源短缺问题日益凸显。为解决这一问题，许多地方采用了吹填造陆这一方法。但吹填土主要以含泥量较大的粉土、粉砂等为主，吹填后，场地面积大、含水量高、承载力低。在地震作用下，吹填砂质粉土极易发生液化，导致上部结构产生过大沉降以及不均匀沉降，影响结构安全和使用功能。因此，吹填场地必须进行密实加固，来提高承载力和消除液化，从而使其满足正常使用要求。 
　　2.工程概况： 
　　河北一路位于曹妃甸工业区的起步区内，吹填后地面标高4.20m左右。该路为城市主干路，位于纳潮河北岸，全长1443.395m，全线均为新建工程。 
　　沿线各工程地质层主要特征： 
　　①填土：人工吹填而成，成份以粉砂、亚砂土为主。层厚4.10～5.10m（平均4.67m）。②亚粘土：流塑，属新近沉积土，层厚1.00～1.40m（平均1.20m）。③粉砂：饱和，松散，局部中密，级配差，粘粒含量高，层厚1.40～7.4m（平均4.77m）。 
　　项目区土体结构较松散，地基承载力难以满足道路设计荷载的要求，必须采取有效的密实加固措施来提高其承载力和密实度，消除液化，方能满足其正常使用要求。结合相近工程情况及处理经验，初步提出高真空击密法、强夯法、CFG桩法等方案进行分析，最终确定该段路基采用高真空击密法进行处理。相对于其它常见的吹填土地基处理方法，高真空击密法具有造价低、速度快，质量可控、施工环保等特点。 
　　3.高真空击密法： 
　　一、高真空击密法的由来及发展 
　　高真空击密法由上海港湾软地基工程有限公司发明，历经10余年的发展，该方法以其诸多优势，成功在国内外机场港口、公路城市道路以及工业厂房等各种软土地基处理工程中得到应用。 
　　二、加固机理 
　　高真空击密法，是通过对需处理的软土体施加数遍高真空，并与之结合施加数遍相应的变能量击密，从而达到降低土体含水量、提高土体密实度和承载力、减少地基的工后与差异沉降量目的的地基土处理工法。这是一种使土体形成高真空后施加不同能量级别强夯的工艺。其加固原理为快速动力排水固结。高真空排水—击密的多遍循环，两道工序的有机结合和相互作用是该法的独特机理。 
　　高真空排水对饱和软土的固结作用分为两个方面： 
　　1.第一遍高真空排水固结：通过利用事先安设好的特制高真空排水设备的排水，迅速在所需处理的土体范围内产生高真空，促使孔隙水和孔隙气体快速排出而导致土体固结。第一遍高真空排水后实施的高能强夯，使所处理的土体在强夯产生的压缩波作用下形成超孔隙水压力和在剪切波作用下产生剪切破坏而形成渗水通道。在随之而插入的高真空管作用下产生孔隙水压力差而加速孔隙水排出与超孔隙水压力消散，进一步导致土体的排水固结。 
　　2.孔隙水快速排出和超孔隙水压力快速消散下的高能强夯固结作用：由于每遍的高能强夯是在高真空排水及已对土体产生一定的排水固结的基础上叠加进行的，此时土的含水量大为降低，密实度已有所提高。因此施加强夯后夯击效应得以迅速提高，土的密实度得以快速增大。 
　　高真空排水与高夯能击密的互相配合与共同循环作用，使饱和软土体在短时间内迅速形成低含水量、高密实度的硬壳层，满足建筑物对地基土的荷载与沉降要求。 
　　三、特点及适用范围 
　　高真空击密法是为适应大面积饱和软土加固而新生的快速动力排水固结法，它综合了塑料板排水固结、强夯、真空预压、动力排水等多种饱和软土加固方法的优点，并针对新近沉积的饱和软土及吹填土的特性而创立的一种工期短、质量可控适应面宽、成本低的软土加固工艺。与其它软土处理工法相比，高真空击密法具有下述特点： 
　　1.施工工期短：是其它常规方法的1/3～1/2； 
　　2.工程造价低：一般仅为常规工法的40～80%； 
　　3.质量可控：有效控制软土含水量、密实度、工前沉降和差异沉降，快速提高承载力，从而达到控制施工质量的目的。克服真空度沿塑料排水板深层衰减及塑料排水通道的存在工后沉降的缺陷；弥补了强夯法对饱和软土易形成“弹簧土”的缺陷。 
　　4.施工环保：高真空击密法属力学物理变化，无需添加剂。 
　　4.高真空击密法在曹妃甸装备制造区地基处理中的应用 
　　一、河北一路采用高真空击密法施工设计的施工参数如下： 
　　每1万m2左右作业面积为一个施工小区。采用3遍高真空强排水，夯锤直径2.0～2.4m，夯锤重10～15t，第一遍夯点间距4.5×4.5m，第二遍夯点与第一遍夯点跳排夯打，夯击能量800～2000kN·m，每遍累计击数4～6击以上。 
　　每遍夯击后，用推土机推平场地，待地基超孔隙水压力消散75～85%后再进行下一遍夯击。强夯收锤标准：最后2击沉降量不大于20cm。 
　　真空插管采用方格形深浅管交替布置，深管深度6m，管间距3.5×4.5m；浅管深度4m，管间距3.5×4.5m。插管采用管径φ32mm的钢管，深管下端2m范围设置透水孔，浅管下端1.5m范围设置透水孔，透水孔范围包透水隔砂土工布。处治区域外围3m范围设置真空封管，封管管材同插管，深、浅封管交错设置，间距1.75m。地基顶面的抽真空排水管采用管径φ63mm的PVC管。 
　　“高真空击密”施工 “高真空”排水施工 
　　二、处理效果检验： 
　　地基承载力试验检测由有资质检测机构进行现场试验。检测结果如下： 
　　通过荷载试验，确定该土层承压板下应力主要影响范围内的地基承载力特征值为14.0×10kPa，满足设计要求。 
　　5.结语： 
　　高真空击密法相对于其他地基处理方法具有造价低、速度快，质量可控、施工环保等诸多优势。对于沿海地区大面积吹填造陆地基处理工程，该法值得进一步研究推广运用。 
　　但是，目前高真空击密法计算理论尚未系统化；相关约束规范也较为缺乏。工程技术人员应在工程实践中不断总结经验，不断完善该法的计算理论与实际工艺技术，以便该法能更好的在工程实际中得到应用。