强夯+强夯置换法处理淤泥质土及上覆厚层填土试验研究

2020-06-03潘宇雄杨永康黄照雄

广东土木与建筑 2020年5期

潘宇雄，杨永康，黄照雄

（海南有色工程勘察设计院海口570100）

0 引言

某国际机场二期扩建工程包括飞行区、航站区及工作区，飞行区包括1 条3 600 m×60 m 跑道、2 条平行滑行道、4条南北联络道、防吹坪、站坪及维修机坪，航站区包括航站楼、综合交通换乘中心，工作区包括办公区、综合保障区、货运区及生活服务区。2015年起，先后启动了飞行区及航站区建设，其中，飞行区在多方案论证及试验段试验研究的前提下［1］，采用了强夯法、沟塘换填等地基处理方案，处理面积约213 万m2，航站区均为大跨度结构建筑，采用桩基础。工作区分为A、B、C、D 四部分，均为低层单体建筑，根据各建筑物的设计地坪标高及现状地表标高，B、C、D 区以填方为主，由于工作区启动较晚，该区接收了飞行区、航站区土方平衡的弃土，弃土均未经处理。

货运区作为工作区的一部分，包括货运站、特运库、水泵房、动监所及货运车棚等，用地面积92 696 m2，如图1 所示，该区域地势低洼，局部区域为鱼塘，在未进行清表清淤的基础上直接回填厚度1.3～7.5 m 的飞行区及航站区场地挖方区玄武岩风化残积土，顶部厚度约1.5 m 填土由于考虑载重汽车行驶进行了分层碾压处理。现场形成了硬-软-硬的地层结构，若不进行地基处理，将会产生较大工后沉降。

图1 地基处理试验段位置Fig.1 The Location of Ground Treatment Test Section

1 地基处理试验方案

1.1 工程地质条件

根据本工程勘察报告［2］，±0.00 m 标高为17.00 m，勘察期间地面标高为11.12～16.99 m，属填方区，为玄武岩台地地貌单元，地层从上至下分别为：

①1素填土（Q4ml）：杂色、棕红色，松散状为主，主要填料为飞行区及航站区挖方玄武风化残积土、少量挖方第四系下更新统海相沉积粘土，混少量植物根系，堆积时间约1.5 年，未经人工压实，顶部1.5 m 为经压实后的硬壳层，该层整体均匀性差。

①2杂填土（Q4ml）：杂色、棕红色，松散状，成分以飞行区及航站区挖方玄武风化残积土为主，夹有少量块径30～80 cm的混凝土块、生活垃圾、断树枝等。

②淤泥质粉质粘土（Q4h）：黑色，主要呈软塑状，由淤泥质土夹砂组成，局部手捻砂感较重，具腥臭味，土质污手，为塘底淤积。

③粘土（Qel）：棕红色，可塑状，为玄武岩风化残积土，夹风化碎块，标贯击数N=10～13 击，液性指数IL=0.23～0.74，平均0.39，压缩模量Es=5.88 MPa。

④强风化玄武岩、⑤中风化玄武岩：货运站区域未揭露。

⑥粘土（Q1m）：灰白色、灰黄色，可塑状，标贯击数N=8～12 击，液性指数IL=0.07～0.71，平均0.29，压缩模量Es=5.93 MPa。

⑦粗砂（Q1m）：灰白色，中密状为主，饱和状，石英质，级配不良，标贯击数N=11～26击。

1.2 水文地质条件

地下水主要赋存于第②、③、⑥、⑦层的孔隙型潜水，大气降水补给，大气蒸发及向低洼地段排泄。地下水的潜水稳定水位高程9.31～11.27 m，埋藏深，可不考虑其影响。

1.3 地基处理方案的选择

按本工程飞行区地基处理经验［3，4］，强夯法在处理效果、进度和投资造价上有很大优势，应优先选用［5，6］。而货运区场地局部上覆厚层填土下存在淤泥质土层，不能直接采用强夯法。若采用大开挖清淤后回填再加固，可满足承载力及沉降控制要求，但该法工期长、造价高，还会由于地层软弱产生开挖后基坑坍塌的风险。

针对以上工程特点，在上覆厚层填土下存在第②层软弱土层先采用强夯置换法进行加固处理，再采用强夯法对上覆厚层填土处理以减少地基沉降。第②层淤泥质土缺失区域直接采用强夯法处理。

1.4 试验段的选择

采用强夯+强夯置换法加固时，夯击能量、加固深度、夯击次数、夯击遍数及停夯标准等都直接影响工程的进度及造价。若强夯参数取值偏低，会达不到设计要求，若强夯参数偏高，缺乏经济性造成浪费。

由于本工程场地地质条件的差异，货运区场地地基处理设计参数不能直接套用飞行区的设计参数，应针对拟建场地的地层特点，从加固效果、工期、经济效益等角度出发，选择有代表性地段进行试验［7-9］。根据地基处理加固深度［10］、工程地质条件，对货运区划分为强夯法试验一区、强夯法试验二区、强夯法试验三区、强夯+强夯置换法试验区共4个区，如图2所示。各区淤泥质土及上覆填土厚度参数如表1所示。

图2 地基处理试验段分区Fig.2 The Partition of Ground Treatment Test Section

表1 各分区的地层厚度参数Tab.1 The Soil Thickness Parameters

1.5 设计参数

结合设计地坪标高及现场地标高，强夯法试验一、二、三区直接采用强夯法加固；强夯+强夯置换法试验区先采用强夯置换法对②淤泥质粉质粘土进行置换，能量为1 500 kN·m，再根据现状标高与设计地坪标高超填1.5 m厚土层，如表2所示。

强夯法停夯标准为点夯、满夯最后两击平均夯沉量分别≤10 cm、≤5 cm。

强夯置换法采用柱锤冲扩至②淤泥质粉质粘土层底后，采用边填料边冲击至现状地面，收锤标准为冲击数最后两击平均沉降量≤10 cm。柱锤直径1.2 m，重量15 t，填料采用碎石，粒径不大于3 cm，夯扩墩直径2 m，墩长6.0 m，填料量为18.84 m3。

表2 地基处理设计参数Tab.2 The Design Parameters of Ground Treatment

1.6 地基处理目标

均匀性目标：处理后①1素填土、①2杂填土标准贯入击数N≥5 击，修正后重型动力触探锤击数N63.5≥5击，表面压实度≥90%；

承载力目标：处理后fak≥120 kPa，单墩承载力特征值Ra≥500 kN；

工后沉降目标：处理后3个月内的沉降≤100 mm。

2 地基处理施工阶段沉降观测

2.1 夯沉量观测

夯沉量既是控制工期及施工造价的重要指标，也是判断夯击过程是否收敛及分析加固效果的必要手段。通过对夯沉量进行观测，可优化强夯法的设计及施工，典型的夯沉量曲线、各区的夯沉量观测结果分别如图3、表3所示。

图3 典型夯击次数与累计夯沉量关系Fig.3 Typical Curves of Tamping Times and Settlement

由观测结果可知：

⑴第一击夯沉量最大，以后每一击的夯沉量基本上是随着夯击数的增加而减少的，也就说明随着夯击数的增加，土层在被夯击时是逐渐被压密，地基土的变形模量越来越大，所以每击夯沉量越来越小。

表3 各区夯沉量结果Tab.3 The Results of Tamping Settlement

⑵从强夯法试验一区、二区、三区夯沉量数据来看，受地表硬壳层影响，夯击能越大，停夯击数越高，夯沉量越大的规律并不明显。

2.2 地面平均沉降观测

夯区地基处理的地面平均沉降观测是夯前与夯后的地面高程之差，即地基处理区域土体的压缩沉降量。地基处理过程中，对各试验区强夯前、第一遍点夯、第二遍点夯、满夯、碾压后按10 m间距进行沉降观测，典型沉降曲线如图4所示。

图4 典型施工阶段地面平均累计沉降曲线Fig.4 Typical Curves of Surface Settlement

由观测结果分析可知：

⑴强夯法试验一区、二区、三区、强夯+强夯置换法试验区在施工阶段的累计沉降量分别为390 mm、310 mm、430 mm、415 mm。

⑵各区的施工沉降在地基处理前后有明显减少，说明主固结沉降增加，工后沉降减少。

⑶由于强夯法试验一区表层为①2杂填土，局部较软弱，存在地表硬壳层的厚度不一以及回填土的堆积时间不一等因素，导致强夯法试验一区的地面平均沉降量较大。

3 地基处理工后试验

3.1 标准贯入试验对比分析

标准贯入试验是评价地基加固均匀性及其效果的重要手段，强夯法试验一区、二区、三区地基处理前后均布置了18个标准贯入试验孔，共计36个，试验频次为1 次∕m。各区地基处理前后分别完成了66、72 次试验，累计138次。典型N-h对比曲线如图5所示。

图5 典型N-h对比曲线Fig.5 Typical N-h Curves

由试验结果分析可得：

⑴由于硬壳层的影响，各区1 m处标准贯入试验锤击数均较大。

⑵强夯法试验一区顶部地层为①2杂填土，标准贯入试验孔揭露较多生活垃圾、木头碎屑、混凝土碎块等，导致试验数据离散性大，结果失真。

⑶强夯法试验二区夯后1～6 m 每米深度处标准贯入击数平均值N分别为8.8、7.8、7.5、7.3、11.2 击，均大于5 击，比夯前分别增加63.2%、35.4%、22.2%、13.4%、4.7%，0～5 m 内加固效果明显。5～6 m 处以原状土③粘土或⑥粘土为主，加固效果不明显。

⑷强夯法试验三区夯后1～8 m 每米深度处标准贯入击数平均值N分别为10.3、9.3、8.2、7.6、7.1、6.5、10.8 击，均大于5 击，比夯前分别增加72.5%、38.6%、28.1%、22.9%、14.0%、11.2%、-3.3%，1～7 m 内加固效果明显。7～8 m处为⑥粘土，由于统计原因呈负数。

3.2 重型动力触探试验分析

为分析强夯置换法的置换加固效果，采用重型动力触探试验评价置换墩的长度及着底情况，强夯置换法处理后共完成DT1～DT3 共3 个孔的重型动力触探试验，典型N63.5-h曲线如图6所示。

图6 DT3典型N63.5-h曲线Fig.6 Typical N63.5-h Curves of DT3

由试验结果分析可得：

⑴0～1.5 m为强夯置换碎石桩上回填土。

⑵从试验结果看DT1～DT3修正后重型动力触探击数N63.5≤5约占1∕6，局部达不到设计要求。

⑶按施工方的施工记录看，设计院固定了每个置换点的填料为18.84 m3，该填料没考虑填料的压缩及骨料在挤密过程的横向扩径，施工单位仅按设计要求进行备料，导致置换点的加固体碎石含量少，后续施工宜提高填料的方量。

⑷设计要求强夯能量1 500 kN·m，而现场试验得出的修正后重型动力触探击数较小，强夯能量宜适当增加。

3.3 载荷试验分析

地基承载力是加固效果的重要指标，在强夯法试验一区、二区、三区分别完成3 个平板载荷试验点，共计9 个，编号分别为1#～9#，平板载荷试验点在休止期后进行。在强夯+强夯置换法试验区共计完成3 个单墩载荷试验点，编号分别为10#～12#。典型的P-s曲线如图7所示。

图7 典型P-s曲线Fig.7 Typical P-s Curves

由12 个点的试验结果可知，一区、二区、三区1#～9#试验点均满足fak≥120 kPa；强夯+强夯置换法试验区10#、12#试验点Ra≥500 kN，11#试验点Ra=400 kN，未满足设计要求，结合本文3.2 节重型动力触探试验的分析，后续应加大置换能量及提高填料方量。

Heinzerling等[31]研究了8例使用ICIs免疫相关性严重心脏不良反应的病例，其中1例88岁转移性黑色素瘤患者使用帕博利珠单抗后出现心脏骤停，电除颤抢救4次，冠状动脉造影结果发现伴有冠状动脉痉挛所导致的冠脉一过性狭窄，超声心动图提示LVEF降至45%，临床伴随心功能不全症状。Plimack等[32]在1项非随机、开放的ⅠB期研究中应用帕博利珠单抗治疗局部晚期或转移性泌尿道癌(KEYNOTE-012)，其中有33例PD-L1阳性患者，4例出现严重不良反应，心脏骤停1例。帕博利珠单抗治疗晚期转移性泌尿道癌(KEYNOTE-052)的试验中出现了1例Ⅲ级心力衰竭[33]。