傅宏林 （安徽建工集团股份有限公司总承包分公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

软土地基作为一种特殊欠固结土，在我国滨海地区和内陆湖泊区域广泛分布。因其具有高含水率、高压缩性、低渗透性等物理特征[1]，且表现出易变形、易剪缩、易流变等工程力学特性[2-3]，使得软土地基承载力与稳定性往往无法满足工程建设要求。若不采取地基处理措施，在长期附加荷载及流变特性作用下易发生时效变形与工程破坏[4-5]，进而影响建筑物正常使用。因此，软土地基如何加固处理成为工程界亟待解决的重点问题。目前，软土地基加固常使用复合地基法、置换法、挤密法、排水固结法等方法[6-7]。然而，复合地基法施工质量要求严格且造价高；置换法不适用于处理深厚软弱土层；挤密法（如强夯法、振冲法）需以软土微观结构不被破坏为基础，否则排水通道会因软土过分扰动发生破坏导致大量自由水无法排除，最终形成“橡皮土”[8]。排水固结法主要分为静力、动力排水固结，可有效处理软土地基沉降与稳固难题。然而，静力排水固结法（如堆载预压、真空预压法）需以牺牲大量预压时间为代价，且地层强度增长缓慢、固结效果不佳[9]。动力排水固结法是在强夯法基础上通过增设竖向排水、改进强夯工艺形成的，且已广泛应用于软土地基加固工程中[10-11]。

通过结合软土地基各加固处理工艺特点，本文提出一种适用于处理软土地基的动力联合排水固结法——气动组合冲击排水固结地基处理法。为了验证工艺处理效果，以某公用码头EPC 总承包工程为例，从工艺原理、工艺流程、操作要点、质量控制等方面介绍该工艺，以期为后续类似工程提供技术支持。

2 施工工艺原理

气动组合冲击排水固结地基处理施工技术是被动与主动排水及变能量强夯工艺的结合，整个地基处理过程需进行三周期排水和三遍强夯，第一和第二周期排水后各进行一遍变能量点夯，第三周期排水后进行一遍满夯。将组合管的内管抽成真空状态，组合管周边土层内会形成高负压环境，进而促使土层孔隙水快速向组合管汇聚。而后进行间歇性跳排，通过气管向组合管内压入高压气体，组合管内蓄存的水受压后通过内管排出。同时，压入组合管内的高压气体还能扩散到周围土体中，起到打通渗水通道、挤压土体孔隙水并促使其向邻排组合管内积聚的作用。高负压环境下土体被动排水，高压气体下土体主动排水，被动与主动相结合，孔隙水压力消散迅速，排水效率大大提高，为变能量强夯、避免发生“橡皮土”现象创造了条件。强夯施工能置换夯实地基并形成致密硬壳层，同时，地基表面及其内部在冲击能量作用下会形成较多的贯通裂隙，可进一步促进土体孔隙水的主动排出[12]。因此，排水与强夯互相结合促进，可达到高效处理地基的目的。

3 施工工艺流程与操作要点

3.1 工艺流程

气动组合冲击排水固结地基处理施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程图

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

基于地质勘察报告开展强夯影响范围地下管线等设施探查保护。同时，核对并修改施工图纸与施工现场存在的几何尺寸、位置、标高等误差，编制地基处理专项施工方案，确定合理的施工程序、顺序与工艺流程，确保施工顺利和现场布置合理。

3.2.2 清淤回填与井点测量定位

施工区域先排水再清除植物根茎、腐殖土、淤泥等，而后分层回填粘性土至地基处理设计标高（施工操作面），分层厚不宜大于30cm。整平碾压后在地基顶面整体铺设不小于50cm 厚、级配良好且最大粒径不超过10cm 的毛石垫层，再进行气动组合冲击排水固结地基处理。为确保气动组合管下管定位准确，利用GPS 装置根据气动组合管平面布置图进行井点测量定位。

3.2.3 钻孔下管与回填管周虑砂

气动组合管主要包括外管、内管、气管及水平管，如图2 所示。外管由长8m、管径11cm 的PE 管制作而成，矩形分布，间距4m×5m。沿管底4m 范围内采用梅花型方式、间距10cm×10cm 设置管壁透水孔，孔径为1cm。管壁采用无纺布或100 目尼龙滤网包裹，以避免排水过程中细小土颗粒堆积导致外管淤堵、排水性能降低等。内管由长7.5m、管径3.2cm 的PVC 管制作而成，置于组合管外管内，顶部用橡胶塞固定，气管由长7m、管径1.2cm 的PU 管制作而成，内管与气管均进行管底开口处理。水平管由管径5cm 的PVC 管制作而成，根据组合管排距线性通长布置。

图2 气动组合管结构大样图

气动组合管下管采用打拔机配套219 型钻杆成孔，钻杆中空，长9m、外径21.9cm、壁厚2cm。钻孔前将组合管置于钻杆内部并关闭钻杆端部盖板，然后利用打拔机将内含组合管的钻杆垂直打入土体内，控制垂直误差在1%以内。达到设计深度后，提升钻杆并将组合管留在孔内，成孔后立即在井管与孔壁间填充砂石作为滤料，钻孔顶部靠近地面部分用粘土回填并捣实，防止漏气。

3.2.4 安装气动组合管网系统

气动组合管下管完成后安装抽水控制系统，该系统由复式真空排水机组泵体、密封连接件、管道和控制系统组成。具体安装步骤为水平管一端通过三通接头、钢丝软管连接各管，另一端则分区汇至集水总管，集水总管一端再汇入往复式真空排水机组，往复式真空排水机组再连接一条排水软管将抽出的水排入邻近排水渠，最后再用缠绕膜逐一包裹各个接头，形成密封的管网系统。管网连接完成后，检查抽水控制系统并进行试抽水，待达到正常出水量且水质由浑浊变清澈后方可进入第一排水周期。

3.2.5 降水与强夯

整个地基处理过程需进行三周期降水和三遍点夯，前两周期后分别进行一次变能量点夯，第三周期降水后进行一次满夯。三个周期降水采用真空降水逐步增压的方式，根据地层差异灵活调整布管间距、深度及夯击能量等施工参数，进而有效控制组合管降水范围与工后差异沉降。第一周期降水5～7d，地下水位降至地面以下2.5m 后进行第一遍变能量点夯，能量为1800～2000kN·m。第二周期降水6～8d，地下水位降至地面以下4.5m 且第一遍点夯后超孔隙水压力消散80%以上方可开始第二遍变能量点夯，能量为2000～2300kN·m。第一遍强夯夯点与第二遍采用长5m、宽5m的正方形分布，如图3（a）所示，每夯点4～6 击，当最后两击平均沉降量小于10cm 时可停锤。第三周期要求第二遍点夯后超孔隙水压力消散70%以上方可进行第三遍满夯。

图3 夯击平面布置图

三个周期降水过程中，若地下水位降幅偏低需提前采取间接性气动增压的措施，增压不低于0.4MPa。第三周期降水结束后，根据强夯施工进度分区域渐进式降压，即将强夯施工的数排区域一次性降压到常压，跳排拔除气动组合管后进行满夯施工，强夯施工暂未影响到的区域要持续保持间接性施压。场地经过点夯初平后，进行满夯1/4 锤搭接，如图3（b）所示，每夯点1～2 击，能量800～1200kN·m。强夯过程中，当夯坑周围土体隆起值过大或深度超过1.5m 时应暂时收锤并加强排水与点夯遍数，以避免形成“橡皮土”等破坏现象。

4 质量控制

气动组合式冲击排水固结地基处理施工应符合《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）、《建筑地基基础工程施工规范》（GB 51004-2015）等规范要求[13-15]，允许偏差及检验方法如表1 所示。施工前严格按照设计点位进行测量放线，并以夯点为中心，利用10cm 长木桩与白灰画圈定位，保证夯锤就位、夯击位置准确。实时监测并记录复核施工过程每点的夯锤落距、夯击能量、夯击击数及周围环境沉降量等参数，确保符合设计要求。施工过程中吊车应保持平稳垂直，一旦出现夯击位置不清或偏锤等问题，应重新对点、分析偏锤原因并及时调正，坑底填平后方可继续施工。

表1 气动组合式冲击排水固结地基处理施工允许偏差及检验方法[13-15]

5 结论

本工程基于气动式组合冲击排水固结地基施工工艺，采用“真空降水、逐步增压，主动、被动排水与变能量强夯相结合”的软土地基处理关键技术，形成致密硬壳层的同时可进一步促进土体孔隙水排出，极大地提升了排水效率，有效避免了“橡皮土”及地基土体隆起等破坏现象。能够有效提高软土地基强度，控制施工后差异沉降，对处理大面积软土地基加固效果明显，经济与社会效益显著，可为类似软土地基处理工程提供参考与技术支持。