范光平 沈武杰 梁永梅
(1.江苏靖江新华港务有限公司，江苏常州 213000;2.江苏江阴市华澄建筑安装工程有限公司，江苏江阴 214400;3.镇江市丹徒区航道管理处工程科，江苏镇江 212000)
轻型井点结合塑料排水板复合加固法[1]是一种综合了堆载预压、真空预压、电渗降水和强夯工艺的软基加固方法。该法通过塑料排水板插入需加固深度，形成排水通道，上部端头置入距表层2m～3m的粘土层，然后插入井点管并与塑料排水板成一体式轻井塑排井点，由于井点管与塑料排水板的紧密结合，使井点达到延伸处理10m范围土体的目的。
1 施工工艺与加固效果
该工艺可以实现以下三个效果:
1)替代堆载预压的实现。置入土体一定深度的塑料排水板形成的排水通道，通过紧密连接的轻井塑排一体式井点抽真空，使地下水位降低到一定程度，进行强夯，强夯的过程就是一种对土体的加载作用，1000kN·m瞬时冲击力对土体的荷载使土体产生强大的超静孔隙水压力，通过塑料排水板的排水通道经轻型井点管向土体外排出，加快了孔压的消散，土体得到固结，也就是说本工艺将堆载预压过程中的静压改变成动压，加快了土体的固结处理[2]。2)替代真空预压的实现[3]。经过多轮强夯，表层4m～5m的土体在夯击能的作用下得到加固密实，相当于在塑料排水板上覆盖了多层密封，由于井点管仍与塑料排水板紧密相连，因此抽真空条件没被破坏，相反由于多轮夯击，塑料排水板在淤泥质土中易产生的涂抹作用在冲击作用下被消除，进一步加强了抽真空的效果，对4m～5m以下的淤泥质土体由于正压和负压的叠加，其值等于真空度和4m～5m的土体堆载之和，完成了真空—堆载的联合预压。3)一体式井点结合强夯纵深处理的实现[4]。常规井点降水由于受井点管的限制，一般处理深度仅为井点管长度+1m，由于一体式井点通过塑料排水板向纵深延伸，塑料排水板作为排水通道，且上部又连接轻型井点管，从而使地下水在负压作用下被井点管排出土体。因此，通过连接真空泵完成快速抽气的作用，加快了土体的孔压消散;土体中置入的塑料排水板既是排水通道，同时又为强夯夯击能向下延伸创造了条件，即土体的土阻力得到减少，夯击能通过排水板向下发挥作用，达到了塑料排水板的插入深度配以一定能量的夯击能满足深层处理的目的。具体施工工艺流程见图1。
2 适用范围
本技术用于处理软弱地基加固，适用于我国沿海、渤海地区新吹填含砂但有淤泥夹层、淤泥质粉土以及含泥量较高的淤泥质粉砂土。适合大面积堆场及道路的施工，在大面积施工时，成本低，工期快。经该工法处理后，能达到理想的承载力要求(10t/m2～15t/m2以上)。由于设计塑料排水板结合轻型井点，利用强夯夯击能作为荷载，因此由塑料排水板的入土深度建立排水通道，同时作为强夯夯击传递能量的通道，为深层加固创造了条件。
3 案例分析
靖江新港作业区公用码头段，采用轻型井点结合塑料排水板复合加固方法加固软基。本工程场地表层为冲填土，层厚为2.0m～3.0m，以下为素填土、淤泥(塘泥)及粉质粘土夹粉砂，均属欠固结土，因此在考虑沉降需重点计算该部分的沉降，特别是新吹填层本身的渗透性较好，但沉降量大，自身作为荷载对下部的淤泥质粉质粘土层沉降有一定的作用，在沉降计算中可将吹填层作为荷载。另外，深层的土质因为渗透性较好，上部荷载产生的沉降基本完成。因此沉降计算时可以只考虑新吹填砂及杂填土荷载对淤泥质粉质粘土层的压缩量。
3.1 主要问题
结合本项目的使用要求，土层特性以及沉降计算分析，本次地基处理主要需要解决的问题如下:
1)土层的表层为新吹填砂，其下为较厚的淤泥质粉质粘土层，工程性质很差，承载能力较低，上部使用荷载作用下将会产生较大的沉降和差异沉降。2)道路区域不经处理承载力、回弹模量太小，工后沉降和差异沉降都较大，容易使精密设备装运进场过程中受到颠簸损坏，较难承受重型设备进场。3)表层土具有液化趋势，若不消除液化，重型设备行走时，易使土层液化，一旦发生液化，将完全丧失强度和承载力，导致地面发生沉降和不均匀沉降。4)场地内土层的含水量很高，且外围水补给量很大，地下水位受潮汐影响较大，地基处理过程中不仅需要降低土层的含水量，还必须要考虑对外围水的隔断。故综合以上工程特点，本工程道路以及周围的围堰区域重点需要消除表层吹填土层的液化性，解决表层土和其下的淤泥质粉质粘土层的承载力问题，先期完成大部分的沉降，解决工后沉降和差异沉降带来的一系列工程问题。
3.2 加固效果
加固效果从地下水位、孔压消散曲线和室内土工试验三方面进行分析。通过加固过程中孔压的变化得到加固时程;通过加固前后土体参数对比，显示加固效果。
1)孔隙水压力变化。
地基土中孔隙水压力的变化与地基土所受到的应力变化和排水条件等密切相关。试验区孔压测点的孔压计埋设深度分别为2.5m，5m，7.5m，10m，12.5m，15m。埋设孔压的目的主要是观测强夯后软土地基中超孔隙水压力的消散情况，同时结合孔压数值的变化，直观的分析夯击能对土体加固效果的影响深度。监测频率为施工期每天一次，荷载稳定期为2d一次。
从各孔压监测数据及曲线变化分析，在抽水施工期内，孔压逐渐下降。随着深度的增加，孔压变化速率逐渐变缓。当雨水较多时，将导致孔隙水压力的上升。强夯过程中，2.5m深度处孔压基本未受影响，5m，7.5m，10m处孔压增长较快，超过10m深度孔压变化不大。由于井点降水作用，处于水位线以上的土层孔压基本不受影响，强夯加固的有效深度约为10.0m。孔压的消散速率随深度的增加而逐渐变缓，在2.5m深度处孔压在打强之后的几小时内基本消散完毕，5m深孔压在4d～5d左右消散可达到90%，7.5m及10m深度处孔压则需要6 d～8 d才能消散90%左右。部分测点2.5m处孔压出现了负值，其原因可能为抽水所致，抽水的同时在土体内形成了真空。
2)地下水位变化。
为了配合孔隙水压力的观测，在试验区中心点和周边埋设地下水位管，观测地基中不同时期地下水位的变化情况，以供对孔隙水压力和加固效果进行分析。地下水位井采用φ70mm水位管，一端用φ5mm～φ6mm钻头打数排小孔长度约50cm。监测频率为施工期每天一次，荷载稳定期为2d一次。
在试验区场地共设有2个水位监测管，其中水位管1位于场地B区(先强夯后排水)，水位管2位于场地A区(先排水后强夯)。在试验期间每天进行一次监测，中间因暴雨等原因有少许间隔。监测得到的水位数据如图2所示。
从水位监测数据来看，试验区场地由于进行井点降水，水位降低约3.0m～4.5m，降水效果明显。同时，水位一直处于变化波动状态，原因可能在于:
a.由于离江边较近，受到江水涨潮影响较大。
b.由于天气原因，大量降雨导致地下水位上升所致。
在每次强夯施工前，均对地下水位进行测量，当水位降至一定深度(约4.0m)以下方可进行施工，否则强行施工会造成夯坑出水，土体破坏等严重后果。
c.室内土工试验数据分析。在加固前后现场取样进行室内土工试验研究，测定土体的强度、变形等物理力学性质指标，为软基加固效果评价分析提供依据。试验内容主要包括基本物理参数如密度、孔隙比等和基本力学参数如压缩系数、压缩模量、固结系数等。试验原理方法详见GB/T50123-1999土工试验方法标准。地基处理前后取土进行室内试验得到的土体物理力学参数统计列入表1，表2。
表1 处理前各土层物理力学性质
表2 处理后各土层物理力学性质
通过室内试验结果对比分析发现，经过“软弱地基轻型井点结合塑料排水板复合加固方法”处理后，土体密实度、压缩模量及φ值等均有所提高。表层2.0m～3.0m由于是冲填砂层，且在处理后要进行推平处理，扰动较大，其强度和变形等参数变化不大。处理后4.0m～6.0m深度范围内土层按平均值计算的孔隙比减小了5.4%，压缩模量提高了78.0%，反映土体强度指标的C，φ值则分别增长了34.0%和3.5%，各项指标在该深度范围内的增长率最大，说明夯击能的有效功也最大，处理效果最好。15m深度处的各项物理力学指标变化不大，进一步验证了“轻井塑排加固法”可以有效加固地基强度。
4 结语
文章简要介绍了该加固方法的施工工艺、适用工况。并通过靖江新港作业区公用码头段案例，分析了该加固方法的加固效果，通过孔压消散和室内土工试验结果，得到以下结论:
1)设计塑料排水板结合轻型井点，利用强夯夯击能作为荷载，塑料排水板的入土深度建立排水通道，为深层加固创造了条件。经该工法处理后，能达到理想的承载力要求。
2)通过孔压消散时程曲线以及水位变化曲线可得出，该法可以用于相似的软土地基加固工程中，并为响应工程提供了参考依据。
3)加固前后土体孔隙比减小了5.4%，压缩模量提高了78.0%，反映土体强度指标的 C，φ值则分别增长了34.0%和3.5%，各项指标在该深度范围内的增长率最大，说明夯击能的有效功也最大，处理效果最好。
[1]叶 吉，叶凝雯.软弱地基轻型井点管结合塑料排水板复合加固方法[P].ZL200910251451，2009.
[2]高有斌，沈 扬，徐士龙，等.高真空击密法加固后饱和吹填砂性土室内试验[J].河海大学学报(自然科学版)，2009，37(1):86-90.
[3]付新永，徐 兵，包伟力.不同深度和间距塑料排水板加固效果试验研究[J].山西建筑，2009，35(31):80-81.
[4]包旭范，高 强，周顺华，等.强夯加固软土地基机理的有限元分析[J].中国铁道科学，2005，26(2):8-14.
