强夯法和强夯置换法在填湖地基处理中的应用*

彭远新 邹维列 陈祖之

深圳星河龙岗填湖工程湖泊面积4万多平方米,深达30 m,湖底淤泥厚度6 m～8 m。采用水下抛填块石挤淤,开山石填筑,强夯法加固,湖泊周边淤泥采用强夯置换法加固,水上分层填土和土石混合料强夯加固[1]。为保证地基处理效果达到设计要求及施工安全,控制地基沉降,通过现场试验确定施工工艺参数,施工过程中通过多种检测手段控制质量,监测强夯对周边环境的影响和地基沉降。

1 工程概况

场地原始地貌属剥蚀残丘及山前冲洪积平原,湖泊为原水泥厂采石区,淤泥层底标高为10 m～12 m,层顶标高 16 m～18 m,场地东南侧为深惠公路,北侧边缘为低矮砖结构平房及混凝土结构多层住宅。湖泊周边场地自上而下为人工填土、表土、冲洪积层、下伏基岩为石炭系测水段泥质粉砂岩和大理岩。下伏基岩浅部岩溶发育,属于岩溶中等～强发育带,溶洞含充填物,充填物为软塑状粉质黏土。粉细砂层透水性及富水性中等,微风化大理岩含岩溶裂隙水,富水性较强,其余土层为相对弱含水层。地下水主要来源于大气降水的渗入及地表水的侧向补给。抽水试验[2]表明岩土层渗透系数 k介于0.387 m/d～3.11 m/d之间,属于透水到弱透水之间,场地岩溶水不发育,属弱富水性。

2 施工参数及质量检测

2.1 强夯施工参数

抛石层选取代表性的试夯区1 600 m2,114个夯点,夯击能为5 000 kN·m,夯点间距、间隔时间同设计参数。收锤标准为:最后2击平均夯沉量不大于100 mm;夯坑周围地面隆起量大于1/4夯沉量体积;夯坑有吸锤趋势,夯坑深度大于2.0 m,满足其一即停夯。试夯过程中获得夯击数与夯沉量的关系曲线,试夯均按最后2击平均夯沉量不大于100 mm收锤,夯点夯击数为7击～25击,第一遍夯点和第二遍夯点平均夯沉量分别为165.95 cm和116.95 cm。

试夯施工完成一周后对试夯区进行平板载荷试验[4],压板3 m×3 m,最大试验荷载360 kPa,采用慢速维持载荷法。检测结果见表1,表中5号点,地基承载力达到180 kPa,变形模量164 MPa,最大沉降量10.02 mm。由试夯和夯后检测确定抛石层强夯施工参数为:夯击能5 000 kN·m,局部地段受周边环境影响,夯击能分别为 3 000 kN·m和 4000 kN·m,夯点间距、夯击遍数、间隔时间同设计参数,夯点击数按最后2击平均夯沉量不大于100 mm收锤标准控制。

2.2 强夯置换施工参数

由于抛石挤淤的作用,湖泊周边存在大面积的淤泥,厚度大,按最后2击平均夯沉量不大于100 mm收锤标准进行强夯,夯坑超深造成埋锤,无法按收锤标准收锤。挖除淤泥工作量大,采用强夯置换加固处理[5],夯点间距3 m×3 m,能级5 000 kN·m,收锤标准为:最后2击平均夯沉量不大于100 mm,夯坑填料为块石。现场试夯5点,平均夯沉量为13 m,夯点击数为25击～30击。强夯置换加固处理试夯后采用瑞雷波对加固效果进行检测[6]。检测结果为:表层下 2.0 m内,波速 160 m/s～180 m/s,介质疏松;2.0 m～8.0 m,波速增大;8.0 m左右频散曲线存在拐点;8.0 m以下波速有明显增大的趋势。结果表明:强夯置换加固深度在8.0 m左右,表层2.0 m以下不存在独立的软弱层,地基承载力达到220 kPa,采用强夯置换加固湖泊周边淤泥处理效果明显。

2.3 抛石层质量检测

底层抛石强夯和强夯置换处理完成后,进行平板载荷试验检测,压板3 m×3 m,最大试验荷载360 kPa。抛石层平板载荷试验结果见表1。

表1 平板载荷试验结果

2.4 填土层施工参数和质量检测

填土层按设计强夯施工参数试夯,夯击能3 000 kN·m。夯点击数按最后2击平均夯沉量不大于50 mm的收锤标准控制,夯点击数为7击～15击,平均12击。试夯区采用重型圆锥动力触探试验检测强夯处理后密实度,检测16点。强夯处理后地基密实度为中密～密实状态,锤击数为7击～12击,未强夯处理地基密实度为松散～稍密状态,锤击数为3击～6击。经强夯处理后地基密实度明显提高。试夯确定收锤标准为:夯点击数小于12击时,按最后2击平均夯沉量不大于50 mm收锤,大于12击时,按最后2击平均夯沉量不大于100 mm收锤。

2.5 土石混合料层施工参数和质量检测

39.5 m高程强夯夯击能为3 000 kN·m,收锤标准为最后2击平均夯沉量不大于50 mm,平均击数11击。41.1 m高程强夯夯击能3 000 kN·m,梅花形布置,夯击击数4击。满夯1 000 kN·m,夯击击数3击。16 t～18 t振动碾压机碾压5遍～6遍。

交工面施工完成后进行平板载荷试验检测,压板3 m×3 m,最大试验荷载360 kPa,共检测12点。试验 p—s曲线无明显的拐点,180 kPa对应沉降量为4.57 mm～27.1 mm,地基承载力特征值取最大加载量的一半为180 kPa,16.4 MPa～97.1 M Pa,最大沉降量为11.99 mm～53.68 mm。交工面地基均匀,满足设计地基承载力和变形模量要求。

3 周边环境安全

为保证湖泊抽水过程中周边环境安全,在周边房屋附近每20 m布设一个回灌井,抽水过程中若发现异常情况,停止抽水后回灌;沿湖泊周边布设地下水位观测孔,观测地下水位变化情况;周边道路每30 m布设一沉降兼水平位移观测点,每栋建筑布设3个沉降兼水平位移观测点,湖泊边坡中部设置1个～2个观测点,周边管线进行实时监测保护,当观测值超过警戒值时,停止施工,采取地下水回灌等措施[7]。

底层水下淤泥受抛石强夯的侧向挤压作用,对湖泊周边岸坡产生侧向推力,影响边坡建筑安全。在周边布设测斜观测点,用测斜仪观测岸坡深层水平位移。

为减小强夯振动造成溶洞塌陷[8],在湖泊周边设置隔振沟减小强夯的影响范围。抛石强夯飞溅为施工安全的一大隐患,采用搭设安全防护网控制空中飞溅物,每点前几击采用低落距,低夯击能强夯。

4 分层沉降和工后沉降、位移监测

4.1 分层沉降监测

为保证强夯和强夯置换处理地基的质量,为建筑物的设计和施工提供地基沉降资料,在34 m高程填土强夯施工完成后,用地质钻机φ 108钻头钻孔埋设分层沉降管和沉降磁环[9,10],监测抛石层和填土层的分层沉降。监测点4个,沉降管底标高21.0 m,沉降磁环4个,标高分别为22 m,26 m,30 m,34 m,分层沉降监测结果见表2。

表2 分层沉降监测结果

监测结果表明:在自重、湿化变形、上部堆载作用下,34 m高程下土层已完成大部分沉降,沉降主要由抛石层和浅层土体产生,在交工面施工完成后沉降已经稳定。

4.2 交工面沉降、位移监测

为保证地基沉降和位移在允许范围内,交工面施工完成后,停止抽水,水位上升至自然水位。均匀布设沉降观测点12个,监测地基的工后沉降和位移。监测期一个月,频率10 d/次。各监测点累计沉降为0.5 mm～2.5 mm,速率 0.1 mm/d～0.21 mm/d,累计位移为0.1 mm～1.97 mm,速率0.01 mm/d～0.14 mm/d。监测结果表明地基沉降和位移满足建筑物要求。

5 结语

1)强夯法和强夯置换法处理深水湖泊深厚淤泥高填方地基效果明显,能显著地提高地基承载力和变形模量,减小工后沉降。2)对于深水湖泊湖底6 m～8 m厚淤泥,可以采用部分抽水,水下抛填块石挤淤,开山石填筑后5 000 kN·m夯击能强夯加固处理。3)5 000 kN·m夯击能强夯置换处理湖泊周边淤泥能达到抛石挤淤强夯的处理效果,加固深度可达8 m。4)填土和土石混合料强夯严格控制填料质量,按收锤标准严格控制夯点击数可取得良好的处理效果。5)抽水填筑强夯需采取设置回灌井、水位观测孔、沉降位移观测点、隔振沟、防护网等措施,加强监测保证周边环境安全。6)不同填料分层填筑强夯的高填方地基需分层试夯确定施工参数,分层检测处理效果,以保证地基处理质量。7)对高填方地基进行深层土体分层沉降和交工面工后沉降监测,可对地基沉降进行有效控制,确保建筑物安全。

[1]徐至钧.强夯和强夯置换法加固地基[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]工程地质手册编写委员会.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[3]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[4]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[5]龚晓南.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[6]沈军明,林 春.深圳市抛石填海强夯地基的瑞雷波法检测[J].水土保持研究,2007(2):22-23.

[7]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].

[8]吴绵拔,李俊如.强夯对环境的振动影响研究[J].土工基础,1992(2):23-25.

[9]袁聚云,徐 超,赵春风.土工试验与原位测试[M].上海:同济大学出版社,2004.

[10]林宗元.岩土工程试验监测手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.