邢树军，黄明光

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引言

黄骅港地区地质多为吹填淤泥或淤泥质软土，长期以来，大面积地基处理方式主要为排水固结法，包括真空预压法、堆载预压法、真空联合堆载预压法等，通过打设竖向塑料排水板和铺设横向排水系统，地基在附加真空或堆载等外荷载的作用下，将软土内自由水转化为超孔隙水并逐渐消散，从而提高土体地基承载力。

传统的排水固结法存在较多的问题，如真空预压法存在漏气、处理周期长的缺点，而堆载预压法需要较多的填土，在环保和交通管控下，填土的运输日趋困难。因此，对于吹填时间较长、吹填淤泥或淤泥质土仅为夹层的场地，尝试采用其它的地基处理方案可以解决存在的各种问题。

排水板加降水强夯法地基处理在河北省京唐港、曹妃甸港等临近港口有较多的应用。其设计原理为采用降水点形成的负压力与强夯产生的正压力协同作用，将软土中的自由水变为超孔隙水并通过管道排出，从而提高地基承载力。最终形成厚度约6～8 m的硬层，达到场地使用要求。多用于均载不超过80 kPa的道路、堆场、辅助场地等区域。具有施工速度快、无需大量材料和能源消耗等特点。

1 工程概述

排水板加降水强夯法是一种组合地基处理方法，首先打设塑料排水板，之后采用井点管降水并结合强夯的方法处理粉土、淤泥质粉质粘土的地质，最终使表层6～8 m的土层达到地基承载力80 kPa以上，含水量降低20 %左右的效果。

塑料排水板采用C型板，打设深度为处理土层的底端，起到减小淤泥质土层的固结半径作用，并提供密集竖向排水通道，利于超孔隙水迅速消散，并通过排水板芯将水排出。

降水系统采用单双排、深浅降水管间隔布置，并在场地周位设置封管，利用水循环真空泵抽真空提供降水负压，使整个降水管系统形成负压，通过降水管下部的滤膜将超孔隙水抽出。

强夯采用普通强夯施工，按照特定的时间及夯点进行多遍强夯。强夯对土体产生正向压力，增加土体内的超孔隙水压力，与降水产生的负压一起作用，加速超孔隙水的排出。

2 地质概况

本工程使用场地为新建变电站和周边场地、道路，占地范围为东西向80 m，南北向90 m。场地中间为拟建的变电站单体，周围为场地和道路。

场地位于黄骅港神华港区进港南侧路以南，电厂以北。场地由吹填港池疏浚土形成，因场地吹填时间较长，场地表层基本干燥，高程与道路区基本相当。

2.1 地质情况

勘察结果表明，场地现状顶高程平均约5.7 m，区域内岩土层分布较有规律，在勘察深度范围内自上而下各土层特征描述如下：

1）人工填土层

①1冲填土（粉土），该层主要分布于勘察区的表层，分布连续，层厚约1.4～2.6 m不等，平均标贯击数N=3.0击。

①2冲填土（粉砂），该层分布连续，层厚约1.0～1.4 m不等，平均标贯击数N=6.3击。

①3冲填土（淤泥质土），高塑性，该层分布连续，层厚约3.2～4.1 m不等。

上述第一大层层底高程为0.15～0.32 m。

2）海相沉积层

②1粉土，该层分布连续，层厚约1.8～3.3 m不等，平均标贯击数N=10.0击。

②2淤泥质粘土，高塑性，该层分布较连续，层厚约0.7～2.1 m不等。

②3粉土，该层分布连续，层厚约1.3～7.1 m不等，平均标贯击数N=12.2击。

②4粘土，高塑性，该层分布连续，层厚约3.4～6.8 m不等，平均标贯击数N=5.4击。

上述第二大层层底高程为-12.65～-13.23 m。

3）海陆交互相沉积层

③1粉砂，平均标贯击数N=41.5击。

③2粉土，局部钻孔中揭示。

③3粉质粘土，平均标贯击数N=8.5击。

③4粉土，局部钻孔中揭示。

③5粉细砂，局部钻孔中揭示。

4）湖沼相沉积层

④粉质粘土。

2.2 地质分析

本工程第一大层为软土层，尤其以①3冲填土（淤泥质土）为承载力最低的土层，其十字板强度仅为10.88 kPa，折合地基承载力特征值约为35 kPa，远低于设计要求的80 kPa。第二大层以下的地基承载力除②2层为70 kPa外，其余均达到100 kPa以上，因此需要地基处理的土层为第一大层，底高程约为0.0 m，厚度约7.0 m。场地稳定水位高程约为5.40 m。

3 设计方案

设计方案应依据上部荷载条件和根据工程地质情况，进行地基沉降计算、地基承载力预估等。

3.1 设计荷载及设计要求

1）设计荷载

本工程为变电站小区的大面积处理，主要服务于场地和道路的地基，同时为变电站建筑单体提供基本的地基承载力，为桩基打设提供基础条件，设计场地大面积荷载为60 kPa。

2）沉降要求

根据港区道路和场地要求，使用期间残余沉降不超过300 mm，不均匀沉降不超过千分之一，即10 mm/10 m。

3.2 设计方案

1）地基处理边界选择

本工程场地位于进港南侧路和电厂之间，占地红线北侧距离进港南侧路边线20 m，南侧距离电厂管廊边线50 m。

考虑到本区域以外的空地规划为铁路及相关设施，尚未进行地基处理。本次处理应尽量考虑后期的地基处理对变电所建筑的影响，因此，本次地基处理边界选择原则定为：①避免后续项目地基处理对本工程建筑物产生振动等影响；②处理边界与南侧管廊保持合适的距离，避免对管廊产生影响。

根据已有经验，一般2 000 kN夯击能的强夯施工配合开挖隔振沟对周边的振动影响在20 m左右，考虑到后期建设的地基处理方案尚未明确，且后期建设用地产权单位与本工程相同，因此东西两侧地基处理边线分别外扩40 m，南侧地基处理边线外扩20 m，距离管廊30 m，并开挖隔振沟，配合管廊上设置位移和沉降监测点。北侧地基处理边线外扩10 m，距离已建道路边线15 m。

2）塑料排水板深度和布置

本工程打设塑料排水板的原因是表层粉砂下存在厚度3.2～4.1 m淤泥质土，间距3.5 m的降水管无法达到渗透半径，因此需要加密本土层的渗透半径。根据计算，塑料排水板间距采用0.8 m，深度打至-4.0 m（穿透淤泥质土底粉土层），使排水板上下端头均处于排水层中，利于土体双向固结。塑料排水板采用国标C型板。

排水沟设置：为满足土体孔隙水顺利排出，场地周围设置一圈排水沟，同时排水沟也起到隔振沟作用，以减小强夯对道路和管廊的影响。排水沟采取明挖，深度1.5～2.5 m（沟底坡度1 %）。

图1 塑料排水板和排水沟断面布置

3）真空降水管和真空泵布置

排水板打设完成后即布置降水管，施工区域外围设双排管封管，封管离施工区域边线2 m，真空管长4 m及6 m，点距1.75 m，间隔布置。处理区内单排和双排真空降水管间隔布置，单排管，排距7 m，真空管长4 m，点距3.5 m；双排真空降水管，排距7 m，真空管长4 m及6 m，点距1.75 m，间隔布置。最终降水管形成间距3.5 m，单双排管间隔布置的状态。排水管竖管采用DE32的PVC管或镀锌钢管，横管采用DE65规格。

因场区北侧为道路，为方便施工设备进出，真空降水管采用南北向布置。

图2 降水管及排水沟平面布置（场地西北角）

降水采用水循环真空泵，按照每700～800 m2布置一台泵，施工过程中始终保持分区外围排水畅通。

3）强夯及满夯布置

场地抽真空达到要求并且降水水位低于施工面以下2.5 m后，撤掉单排管，即可进行强夯及满夯施工，主要施工顺序为：

①小能量满夯两遍，夯击能600～800 kN·m，每遍每点夯击3击，满夯过程中要求双排管正常降水；

②满夯间隔10～14天以上开始点夯施工，点夯2遍，夯击能量1 200～1 500 kN·m；第一遍点夯期间双排管正常降水，点夯完毕之后方可撤掉双排管进行第二遍点夯施工；

③点夯间隔10～14天，待孔隙水压力消散后全场地再用600 kN·m能量满夯2遍，每点累计夯击4击；

④场地按高程挖填整平，再用200 kN以上振动压路机碾压6～8遍，达到无明显压痕。

4 监测和检测

4.1 检测和检测项目

为保证施工效果，设计布置了施工过程中的监测和施工后的检测，包括：

1）沉降监测：施工期间随时测量每击夯沉量及每遍地面平均夯沉量，做好记录。

2）孔隙水压力监测：施工期间应进行孔隙水压力监测，孔隙水消散超过70 %后方可进行下一遍强夯。

3）地下水位监测：设地下水位仪，设置深度6 m，监测降水深度，指导强夯施工。

4）临近管廊基础位移观测点：在临近管廊基础位置设3个位移观测点，监测施工期间对管廊基础的影响，位移报警值：2 mm。

5）地基承载力检测：施工完成后21天采用标贯兼十字板试验进行深层地基承载力检测，采用静载试验检测表层承载力。

6）物理力学指标检测：取2个原状孔进行物理力学指标检测。

4.2 检测和检测结果

1）沉降监测结果：施工期间打设塑料排水板产生沉降量平均200 mm，强夯及满夯平均产生沉降400 mm，总沉降量600 mm，占压缩土层总厚度约10 %，考虑到上层粉土和粉砂层压缩系数较小，主要沉降产生在①3冲填土（淤泥质土）土层，产生在此层的沉降量约为层厚的15 %，与排水固结法对淤泥质土沉降量相当。

2）孔隙水压力监测结果：孔隙水压力监测表明，强夯对深度4～6 m之间产生的超孔隙水压力较大，6 m以下产生的超孔隙水压力不明显，与土层基本对应。孔隙水压力消散时间约为3～5天。

3）地下水位监测结果：地下水位在真空降水约15天左右，可达到降水深度2.5 m。

4）临近管廊基础位移观测点结果：在临近管廊基础位置设3个位移观测点，监测结果显示，强夯施工过程中，管廊设置的水平位移监测点位移值分别为1.3 mm，0.9 mm和-0.1 mm，均未达到2 mm的限值，可以验证在隔振沟和强夯边界预留30 m净距的措施下，可以满足管廊变形要求。

5）地基承载力检测结果：

十字板检测表明，淤泥质土层十字板数值由处理之前10 kPa增长到30 kPa以上，换算地基承载力特征值达到80 kPa。上层粉砂和粉土标贯击数从3～5击增长到5～9击，地基处理效果明显。

静载试验结果表明，载荷板面积2.0 m2，在极限加荷载160 kPa的条件下，沉降量约为27 mm，地基承载力可满足80 kPa。

图6 典型静载荷试验曲线

6）物理力学指标检测：取2个原状孔进行物理力学指标检测，显示①3冲填土（淤泥质土）含水量从平均50 %降低到平均41 %，直剪试验摩擦角从1.5 kPa增长到10.2 kPa。

5 结语

本工程采用排水板加降水强夯法在黄骅港地区属于首次应用，相比真空预压或堆载预压法，本设计方案具有总施工速度块、造价低、施工现场整洁等特点。

经检测，本次地基处理效果基本达到预期，本区的软土层即淤泥质土层经处理后变为粘土层，地基承载力和物理力学指标均有较大提高。

综上所述，对于黄骅港地区吹填时间较长，且土层为非连续厚层软土的地质情况，可以选择采用排水板加降水强夯的地基处理工艺，本次设计对于本地区类似的工程，可作为参考使用。