论文部分内容阅读
内容摘要： 通过对工程实例的介绍，对强夯或强夯置换法在沿海吹填土区域道路地基处理中的应用进行了论述，提出在施工中应特别注意的问题，并对强夯法与其他地基处理方法的综合运用进行了探讨，为以后类似工程的地基处理提供参考。
关键词 ： 吹填土；强夯；强夯置换；道路地基处理；工后沉降
[中图分类号] 0213 [文献标识码] A
一．前言
进入新世纪，随着社会及经济的发展，沿海城市迎来了新一轮的发展期。开发港口、发展工业区、建设城市新区等等，急需大量的土地资源。在这种情况下，许多地方通过围海造地拓展城市空间，进行工业及民用设施的建设，以缓解城市人多地少的窘境。在围海造地的地基上进行工程建设的难点就是其地基土为吹填土，吹填土是用挖泥船和泥浆泵把海中的泥沙通过水力吹填堆筑在一起而形成的沉积土。在吹填过程中，泥沙结构遭到破坏，并以细小颗粒的形式缓慢沉积。因而吹填土具有塑性指数大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高压缩性、渗透性小等特点。而且由于其沉积时间短，一般处于欠固结状态，土质弱，强度低，因此必须经过地基处理后方可作为建筑物地基。地基处理方法的选择是否得当，对工程质量、建设周期及工程造价影响较大。本文结合某钢铁基地主干道项目道路地基处理的工程实践，对吹填土路基的处理方案进行比选分析，提出合理的地基处理方案，以达到安全合理，经济高效的目的。
二．工程概况
根据总体规划，本钢铁基地总占地面积约12.1526平方公里，临近海边，其中陆域面积约为3.4578平方公里，约占总面积的28.45％，海域面积约8.6948平方公里，约占总面积的71.55％，规划年产量1000万吨钢铁，目前主要进行厂区内主干道的建设。主干道分两期建设，一期修建钢铁大道，创业大道，环厂西路，环厂南路四条道路，四条道路总长度约为15.8公里，道路宽度除环厂南路为20m外，其余均为24m。为双向六车道的一级公路，设计车速为30km，最大载重量为平板挂车-120级。四条道路占地范围较广，横贯厂区东西南北四个方向。在道路建设的过程中，须同时考虑厂区雨排水，电力等管线的敷设。
场地原始地貌为岗丘、丘间谷地和海滩、海岸冲蚀阶地、浅海地貌，现场已进行挖山填海或围堰吹砂填海，部分岗丘已开挖整平，海滩已被填高。陆域地形起伏较大，高程变化在3～30m间。海域部分由浅海、海漫滩-海岸组成，海底地形北高南低，浅海退潮时最大水深约4m。
根据总图布置，此次建设的道路有约12.4公里路面处在海域范围内，也即是处在吹填土的范围内，而且局部路段还含有淤泥。根据地质报告，这些土含水量高，压缩性大，强度低，土层厚，土质不均匀，未经处理不宜直接作為道路路基。而且要求处理的范围较大，因此对本项目来说，选择合理的道路地基处理方案，提高吹填土地基承载力，以达到经济、可靠、合理、周期短、易于施工并减少道路工后沉降是工程建设的关键。
三．地基处理方法的选用
3.1规范的要求及控制目标
根据《公路路基设计规范》，软土路基上公路路基的设计包括道路的沉降计算，路堤的稳定计算及相应的处治方法的设计。软土地基处治设计包括稳定处置设计和沉降处治设计，当计算的稳定安全系数小于本规范要求时，应针对稳定性进行处治设计，本工程不需要对道路的稳定性进行设计；当路面设计使用年限（沥青路面15年，水泥混凝土路面30年）内的残余沉降(简称工后沉降)不满足要求时，要对沉降进行处治。规范要求的容许工后沉降见下表所示。
容许工后沉降
道路等级,工程位置 桥台与路堤相邻处 涵洞、通道处 一般路段
高速公路、一级公路 小于等于0.10m 小于等于0.20m 小于等于0.30m
二级公路 小于等于0.20m 小于等于0.30m 小于等于0.50m
通过选取几个典型的勘探点进行沉降计算，发现其沉降都远远超过30cm，并且地基土的承载力也远远小于设计要求。因此对本工程而言，需要进行地基处理以降低道路的沉降，提高道路地基的承载力，以免影响行车及管线的敷设安全。
3.2 地基处理方法的选择
根据道路等级及使用情况，本次对道路地基处理要求地基承载力特征值达到150KPa,密实度达到0.93。考虑道路两侧预埋管线的需要，处理范围为道路两侧以外各6m，整个处理宽度达到36m，全部处理面积将近45万平方米。要求处理的深度在6~8m，局部达到10m以上。为选择合理的地基处理方案，我们需要对常规的处理方法有所了解，在进行综合考虑后再确定最终的方案。软土地基上的地基处理，常规方法有真空预压、堆载预压、强夯、振冲碎石桩法，水泥搅拌桩法等，这些方法都各自有其适用范围，施工费用也各不相同，针对本项目的实际特点，经过多方比较，最终选择强夯法作为道路地基处理方法。
四．强夯法的特点及施工中的应注意的问题
4.1强夯技术的特点 4.1.1强夯法的适用范围：
可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土，结合其它技术措施（如强夯置换等）亦可用于加固软土地基。 应用范围广泛：可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、桥梁、港口码头、核电站、人工岛等。 4.1.2强夯法的加固效果
地基经强夯处理后，可明显提高地基承载力、压缩模量、增加干密度、减少孔隙比，降低压缩系数、增加场地均匀性，消除湿陷性、膨胀性，防止振动液化。有效加固深度：单层8000kN·m高能量级强夯处理深度达12m，多层强夯处理，深度可达24~54m，一般能量强夯处理深度在6~8m。本次设计取所取夯击能为3000kN·m~4000kN·m，已能满足设计要求。目前，国内使用的夯击能均在5000kN·m以下，更高一些的夯击能在国外的工程中使用较多。 4.1.3强夯法的优点
施工机具简单：强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时，可辅以龙门架等设施。 节省材料：一般的强夯处理是将原状土施以能量，无需添加建筑材料，大大缩短施工周期。 节省造价：由于强夯工艺无需材料，节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料外，没有其它消耗。 施工快捷：只要工艺适合，特别是对粗颗粒非饱和土的强夯，周期更短；但是，雨天影响比较严重。
4.2强夯法应注意的问题
虽然强夯法在大面积的吹填土地基上进行处理有不可比拟的优越性，但在实际设计施工时还是有些需要注意的问题：
1，当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有害影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振措施。为减小有害影响，必要时，可采取其他方法进行地基处理或调整施工顺序。在本工程中，其中的一条道路环厂南路因与已经施工完成的防浪墙相距较近，也没有空间采取隔振措施，为避免对防浪墙造成不利影响，此条道路地基处理改为造价较高的振冲碎石桩进行处理。
2，在强夯法的设计中，夯击能，夯击次数，夯击遍数，两遍夯击之间的时间间隔，夯击点的布置，夯击影响深度，基础的应力扩散范围等等这些参数都会影响最终的夯击效果。因此在大面积的强夯施工前，应根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯并通过测试，与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果。若不满足要求，须调整设计参数。在进行试夯时，也可采取不同的设计参数进行比较，择优选用。例如在相同夯击能作用下，是采用重锤低落距还是采用轻锤高落距，哪种试验效果更优，都可以在试夯时进行验证。强夯试验面积可根据现场情况确定，本工程选取的面积为30x30m。并根据不同的地质情况选择不同的试验点。
3，当场地地表土软弱或地下水位高的情况，宜采用人工降低地下水位，或在表层铺填一定厚度的松散性材料。这样做的目的是在地表形成硬层，以支撑起重设备，确保机械设备通行和施工，又可加大地下水与地表面的距离，防止夯击时夯坑积水。同时在动荷作用下，含水量较大的软土，粘土，砂土均易产生液化，土体一旦液化，则其孔隙水压力消散很慢，强度很难恢复，影响强夯的施工加固效果。在现场施工时，水位一般降至地表以下2~3m，并利用自然地形确定排水方向，挖好明沟排水。
4，在强夯中，要注意杜绝“橡皮土”的出现。“橡皮土”即为强夯时土体只发生剪切变形，而无任何体积变形的土体。其特征是：孔压大，强度低，材料易剪切破坏，只出现剪切变形，起不到压实土体的作用。一旦形成橡皮土，很容易形成“丢锤”现象，夯锤周围的土体大量隆起，绝大部分夯能被无为耗散。虽然表面上锤底土被夯沉，甚至夯沉量较大，但此时土体仅有剪切变形，而无压缩变形，因此土体实质上未得到加固。所以此种情况要避免发生。
5，强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的變化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。载荷试验点一般情况下不少于3点，复杂场地根据情况适当增加检验点数。
五． 结论
目前，本工程正在施工中，已施工完成的部分路段经检测已能达到设计要求。其实，不同的工程地质情况千差万别，而现有的成熟的地基处理方案也很多，如何兼顾经济，可靠，合理，周期短等因素，选择巧妙合理的方案是结构工程师应着重考虑的问题。随着科技的进步，在进一步加强对吹填土或软土微观结构的研究，结合物理、化学、力学等学科，积极开展实验研究及现场试验，探索新的有效处理途径，在当前社会具有非常重要的现实意义。
参考文献
【1】 《建筑地基处理技术规范》 JGJ79-2012
【2】 《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2011
【3】 《公路路基设计规范》 JTGD30-2004
【4】 陈伟沪城市道路软土路基的沉降计算问题[J]. 安徽建筑, 2008，15（5）：155-157
【5】 李俊. 强夯法加固地基研究和优化设计应用 [硕士学位论文] 长沙：中南大学 2006
【6】 朱银乐沿海吹填土区域道路地基处理方法探讨 .城市道桥与防洪, 2010，7（7）：25-28
【7】 白彦峰滨海软土地区道路地基处理方案比选 中国市政工程, 2011，156（6）：1-3
作者简介：
彭春霞（1971- ），女，湖北蕲春人，高级工程师，大学学士，主要从事结构设计工作
关键词 ： 吹填土；强夯；强夯置换；道路地基处理；工后沉降
[中图分类号] 0213 [文献标识码] A
一．前言
进入新世纪，随着社会及经济的发展，沿海城市迎来了新一轮的发展期。开发港口、发展工业区、建设城市新区等等，急需大量的土地资源。在这种情况下，许多地方通过围海造地拓展城市空间，进行工业及民用设施的建设，以缓解城市人多地少的窘境。在围海造地的地基上进行工程建设的难点就是其地基土为吹填土，吹填土是用挖泥船和泥浆泵把海中的泥沙通过水力吹填堆筑在一起而形成的沉积土。在吹填过程中，泥沙结构遭到破坏，并以细小颗粒的形式缓慢沉积。因而吹填土具有塑性指数大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高压缩性、渗透性小等特点。而且由于其沉积时间短，一般处于欠固结状态，土质弱，强度低，因此必须经过地基处理后方可作为建筑物地基。地基处理方法的选择是否得当，对工程质量、建设周期及工程造价影响较大。本文结合某钢铁基地主干道项目道路地基处理的工程实践，对吹填土路基的处理方案进行比选分析，提出合理的地基处理方案，以达到安全合理，经济高效的目的。
二．工程概况
根据总体规划，本钢铁基地总占地面积约12.1526平方公里，临近海边，其中陆域面积约为3.4578平方公里，约占总面积的28.45％，海域面积约8.6948平方公里，约占总面积的71.55％，规划年产量1000万吨钢铁，目前主要进行厂区内主干道的建设。主干道分两期建设，一期修建钢铁大道，创业大道，环厂西路，环厂南路四条道路，四条道路总长度约为15.8公里，道路宽度除环厂南路为20m外，其余均为24m。为双向六车道的一级公路，设计车速为30km，最大载重量为平板挂车-120级。四条道路占地范围较广，横贯厂区东西南北四个方向。在道路建设的过程中，须同时考虑厂区雨排水，电力等管线的敷设。
场地原始地貌为岗丘、丘间谷地和海滩、海岸冲蚀阶地、浅海地貌，现场已进行挖山填海或围堰吹砂填海，部分岗丘已开挖整平，海滩已被填高。陆域地形起伏较大，高程变化在3～30m间。海域部分由浅海、海漫滩-海岸组成，海底地形北高南低，浅海退潮时最大水深约4m。
根据总图布置，此次建设的道路有约12.4公里路面处在海域范围内，也即是处在吹填土的范围内，而且局部路段还含有淤泥。根据地质报告，这些土含水量高，压缩性大，强度低，土层厚，土质不均匀，未经处理不宜直接作為道路路基。而且要求处理的范围较大，因此对本项目来说，选择合理的道路地基处理方案，提高吹填土地基承载力，以达到经济、可靠、合理、周期短、易于施工并减少道路工后沉降是工程建设的关键。
三．地基处理方法的选用
3.1规范的要求及控制目标
根据《公路路基设计规范》，软土路基上公路路基的设计包括道路的沉降计算，路堤的稳定计算及相应的处治方法的设计。软土地基处治设计包括稳定处置设计和沉降处治设计，当计算的稳定安全系数小于本规范要求时，应针对稳定性进行处治设计，本工程不需要对道路的稳定性进行设计；当路面设计使用年限（沥青路面15年，水泥混凝土路面30年）内的残余沉降(简称工后沉降)不满足要求时，要对沉降进行处治。规范要求的容许工后沉降见下表所示。
容许工后沉降
道路等级,工程位置 桥台与路堤相邻处 涵洞、通道处 一般路段
高速公路、一级公路 小于等于0.10m 小于等于0.20m 小于等于0.30m
二级公路 小于等于0.20m 小于等于0.30m 小于等于0.50m
通过选取几个典型的勘探点进行沉降计算，发现其沉降都远远超过30cm，并且地基土的承载力也远远小于设计要求。因此对本工程而言，需要进行地基处理以降低道路的沉降，提高道路地基的承载力，以免影响行车及管线的敷设安全。
3.2 地基处理方法的选择
根据道路等级及使用情况，本次对道路地基处理要求地基承载力特征值达到150KPa,密实度达到0.93。考虑道路两侧预埋管线的需要，处理范围为道路两侧以外各6m，整个处理宽度达到36m，全部处理面积将近45万平方米。要求处理的深度在6~8m，局部达到10m以上。为选择合理的地基处理方案，我们需要对常规的处理方法有所了解，在进行综合考虑后再确定最终的方案。软土地基上的地基处理，常规方法有真空预压、堆载预压、强夯、振冲碎石桩法，水泥搅拌桩法等，这些方法都各自有其适用范围，施工费用也各不相同，针对本项目的实际特点，经过多方比较，最终选择强夯法作为道路地基处理方法。
四．强夯法的特点及施工中的应注意的问题
4.1强夯技术的特点 4.1.1强夯法的适用范围：
可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土，结合其它技术措施（如强夯置换等）亦可用于加固软土地基。 应用范围广泛：可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、桥梁、港口码头、核电站、人工岛等。 4.1.2强夯法的加固效果
地基经强夯处理后，可明显提高地基承载力、压缩模量、增加干密度、减少孔隙比，降低压缩系数、增加场地均匀性，消除湿陷性、膨胀性，防止振动液化。有效加固深度：单层8000kN·m高能量级强夯处理深度达12m，多层强夯处理，深度可达24~54m，一般能量强夯处理深度在6~8m。本次设计取所取夯击能为3000kN·m~4000kN·m，已能满足设计要求。目前，国内使用的夯击能均在5000kN·m以下，更高一些的夯击能在国外的工程中使用较多。 4.1.3强夯法的优点
施工机具简单：强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时，可辅以龙门架等设施。 节省材料：一般的强夯处理是将原状土施以能量，无需添加建筑材料，大大缩短施工周期。 节省造价：由于强夯工艺无需材料，节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料外，没有其它消耗。 施工快捷：只要工艺适合，特别是对粗颗粒非饱和土的强夯，周期更短；但是，雨天影响比较严重。
4.2强夯法应注意的问题
虽然强夯法在大面积的吹填土地基上进行处理有不可比拟的优越性，但在实际设计施工时还是有些需要注意的问题：
1，当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有害影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振措施。为减小有害影响，必要时，可采取其他方法进行地基处理或调整施工顺序。在本工程中，其中的一条道路环厂南路因与已经施工完成的防浪墙相距较近，也没有空间采取隔振措施，为避免对防浪墙造成不利影响，此条道路地基处理改为造价较高的振冲碎石桩进行处理。
2，在强夯法的设计中，夯击能，夯击次数，夯击遍数，两遍夯击之间的时间间隔，夯击点的布置，夯击影响深度，基础的应力扩散范围等等这些参数都会影响最终的夯击效果。因此在大面积的强夯施工前，应根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯并通过测试，与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果。若不满足要求，须调整设计参数。在进行试夯时，也可采取不同的设计参数进行比较，择优选用。例如在相同夯击能作用下，是采用重锤低落距还是采用轻锤高落距，哪种试验效果更优，都可以在试夯时进行验证。强夯试验面积可根据现场情况确定，本工程选取的面积为30x30m。并根据不同的地质情况选择不同的试验点。
3，当场地地表土软弱或地下水位高的情况，宜采用人工降低地下水位，或在表层铺填一定厚度的松散性材料。这样做的目的是在地表形成硬层，以支撑起重设备，确保机械设备通行和施工，又可加大地下水与地表面的距离，防止夯击时夯坑积水。同时在动荷作用下，含水量较大的软土，粘土，砂土均易产生液化，土体一旦液化，则其孔隙水压力消散很慢，强度很难恢复，影响强夯的施工加固效果。在现场施工时，水位一般降至地表以下2~3m，并利用自然地形确定排水方向，挖好明沟排水。
4，在强夯中，要注意杜绝“橡皮土”的出现。“橡皮土”即为强夯时土体只发生剪切变形，而无任何体积变形的土体。其特征是：孔压大，强度低，材料易剪切破坏，只出现剪切变形，起不到压实土体的作用。一旦形成橡皮土，很容易形成“丢锤”现象，夯锤周围的土体大量隆起，绝大部分夯能被无为耗散。虽然表面上锤底土被夯沉，甚至夯沉量较大，但此时土体仅有剪切变形，而无压缩变形，因此土体实质上未得到加固。所以此种情况要避免发生。
5，强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的變化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。载荷试验点一般情况下不少于3点，复杂场地根据情况适当增加检验点数。
五． 结论
目前，本工程正在施工中，已施工完成的部分路段经检测已能达到设计要求。其实，不同的工程地质情况千差万别，而现有的成熟的地基处理方案也很多，如何兼顾经济，可靠，合理，周期短等因素，选择巧妙合理的方案是结构工程师应着重考虑的问题。随着科技的进步，在进一步加强对吹填土或软土微观结构的研究，结合物理、化学、力学等学科，积极开展实验研究及现场试验，探索新的有效处理途径，在当前社会具有非常重要的现实意义。
参考文献
【1】 《建筑地基处理技术规范》 JGJ79-2012
【2】 《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2011
【3】 《公路路基设计规范》 JTGD30-2004
【4】 陈伟沪城市道路软土路基的沉降计算问题[J]. 安徽建筑, 2008，15（5）：155-157
【5】 李俊. 强夯法加固地基研究和优化设计应用 [硕士学位论文] 长沙：中南大学 2006
【6】 朱银乐沿海吹填土区域道路地基处理方法探讨 .城市道桥与防洪, 2010，7（7）：25-28
【7】 白彦峰滨海软土地区道路地基处理方案比选 中国市政工程, 2011，156（6）：1-3
作者简介：
彭春霞（1971- ），女，湖北蕲春人，高级工程师，大学学士，主要从事结构设计工作