东营电厂吹填软土地基处理技术

东营电厂吹填软土地基处理技术王国辉1，2,张晓东3,李友东1,郭月亮1（1河北建设勘察研究院有限公司，石家庄 050031，2 河北省岩土工程技术研究中心，石家庄 050031，3 中石油江苏液化天然气项目经理部江苏如东 226400）摘要：东营电厂大面积吹填完成后，吹填区地基承载力不能满足后续施工要求，必须进行地基处理，地基处理采用预排水动力固结法。

结合工程施工介绍了预排水动力固结法加固吹填软土地基的基本原理和设计、施工时的注意事项。

针对施工时出现的问题，通过改进井点管的结构，解决了“淤井”的难题。

通过在井点排间的三遍机械碾压，有效解决了排出粉土地基中孔隙水的难题。

静力触探和载荷试验结果表明地基处理效果满足设计要求。

实践证明，预排水动力固结法是一种非常有效的加固大面积吹填软土地基方法。

关键词：地基处理；吹填土；预排水动力固结法；轻型井点；强夯1 工程概况东营电厂位于东营市港城的北侧，东临渤海，位于港城的防波堤内。

厂区2007年8月份开始围堤吹填，12月12日围堤回填主体工程完成，2008年1月开始厂区吹填软土地基加固。

场地吹填土成分以粉土、粉质粘土和粉砂为主，吹填厚度一般在3.0~4.0m之间，且吹填区域内积水较多（见图1）。

图1 地基加固前的施工现场厂区主要构、建筑物采用桩基础，为满足后续桩基施工机械设备进场要求，厂区内的吹填土必须进行预处理。

预处理要求厂区地基承载力达到100kPa，规划路基部分地基承载力达到150kPa，地基处理深度约5m。

2 工程地质条件厂区的地层条件自上而下依次为：①人工吹填粉土：灰色，均匀，流塑，摇振反应迅速，厚度一般在3.0~4.0m之间，平均厚度约3.30m。

吹填深度范围内较粗颗粒土和细颗粒土互层分布。

该层土的物性指标如下：塑限20.2%、液限28.9%、塑性指数8.7、含水量31.8%、重度21.2 kN/m3、液性指数1.33、渗透系数为1.8×10−4 cm/s、粒径小于0.1mm 的颗粒占39%。

②淤泥质粉质粘土（Q4al）：灰色，土质较为均匀，层理明显，流塑状态。

含有机质，有臭味。

无摇振反应，稍有光滑，韧性、干强度中等。

厚度一般在1.50～3.90m之间，平均厚度2.68m。

③粉土（Q4al）：灰色，均匀，饱和，密实。

摇振反应中等，无光泽反应，韧性、干强度低。

厚度一般在2.30～13.10m之间，平均厚度9.68m。

3 地基处理方案的选择针对场地吹填土含水量高、孔隙比大、强度低，渗透性差、多呈流塑状态，在动荷载作用下极易产生沉降和液化的特点，同时考虑到本场地吹填土的形成时间短，表层基本无承载能力，大型设备无法进场施工的现状，经反复的技术和经济对比，确定了采用预排水动力固结法进行本工程地基处理。

预排水动力固结法是基于饱和软土的动力特性、动力固结机理和排水固结机理将强夯技术和井点降水技术有机结合起来的一种复合式地基处理方法，充分发挥了井点降水和强夯法的技术优势。

预排水动力固结法是先人工插设井点，通过轻型井点排水过程中采用碾压的方式进行辅助排水，降低处理区域的地下水位和土体含水量，使处理区域表面快速形成一定的承载能力，再进行适当能量的夯击，地基土在循环动力荷载作用下加速排水和固结，从而达到地基强度提高的目的。

4 地基处理设计4.1 预排水井点和强夯点的布置为保证碾压（辅助排水措施）和夯击过程中不破坏井点管，事先要规划好碾压设备和夯击设备的行走路线，井点管和夯点布置时应考虑拟采用的碾压机械和夯击设备的履带（轮胎）宽度、履带（轮胎）间距、夯锤直径等参数，以保证排水效果和施工进度。

根据上述布点原则，井点排按三密一疏的方式布置，密处排距1.2m，疏处排距为2.4m，井排内井点间距为1.5m（见图2）。

根据处理深度要求，预排水井点的井点深度为5m。

图2 排水井点和夯点布置图根据井点管的布置方式，低能量强夯的夯点间距采用4.8m×6.0m，夯锤直径不大于2.0m。

低能量强夯采用两遍点夯，一遍满夯。

碾压和强夯时不破坏井点管的目的是为保证碾压和低能量强夯后地基土中的产生的超孔隙水压力能够通过启动井点而迅速降低，从而保证排水效率和加固效果。

4.2 井点管结构井点管采用直径32mm的PVC管，长度6.0m，上部2m为壁管，下部4m为滤管，滤水孔直径5mm，滤水孔按十字交叉布置。

滤管外包裹2层120目尼龙滤布，滤布外填入中粗砂，在井管外行程5~7cm的砂滤层，井孔上部50cm用粘土密封。

4.3 辅助降水措施井点排水一定时间后，地基土孔隙水压力明显降低，出水量变小。

但此时地基土中依然存在大量上层滞水，为了保证排水效果，当出水量较小时，采用钢轮振动压路机或其它机械在井点排之间进行碾压，边碾压、边排水。

反复的碾压作用（相当于一定的动力荷载）使得地表下一定深度范围内土层受到扰动和压密，使地基土中的超孔隙水压力迅速增大，碾压的同时通过井点的排水使超孔隙水压力又迅速降低，这样就可以使地基土中的地下水被迅速排出，从而提高排水速度和排水效果。

碾压也可以对浅层地基进行加固，改善地基土的强度，提高其承载力。

根据井点排水在地基土表层形成的硬壳层的厚度，第一遍碾压时先采用自重较轻的装载机进行，第二遍、第三遍碾压采用振动压路机或履带式吊车进行。

当地下水位低于3.0m，且排水井点的出水量很小时，开始第一次动力固结。

4.4 动力固结由于地基处理深度为5m，动力固结方法选用低能量强夯。

低能量强夯采用两遍点夯，一遍满夯的施工工艺。

点夯的夯击能采用1200～1500PN.m，每个夯点夯击2-3击，满夯的夯击能采用800PN.m。

夯点按梅花形布置，主夯点间距4.8m×6.0m，满夯锤印搭接1/4。

5 地基处理施工5.1 井点管的埋设井点管埋设施工时采用射水法成孔，成孔至5.0m后将制作好的井点管放入孔中，在井点管和孔壁之间填入粗砂，孔口50cm用粘土进行封孔。

图3 井点管结构图由于场地的吹填粉土呈饱和流塑状，且具有触变性，射水法成孔后，拔出射水枪后井孔下部很快就淤死了，井点管不能顺利下入孔内。

通过上下攒动井点管，可勉强把井点管下放到位，但从孔口填入的中粗砂不能到达井点管的底部，井点管的下部的滤水结构仍只有两层120目滤布，没有形成稳定、完整的滤水结构。

初期抽水时，泥沙透过滤布进入了井点管内，造成了大面积的“淤井”和“死井”现象。

为解决上述问题，我们把制作好的井点管插入由一层100目滤布缝制的袋子内，袋子的长度与井点管等长。

射水法成孔后，将袋子和井点管一起放入孔内，利用饱和、流塑粉土的触变性，边向袋子内填砂，边上下攒动袋子，最终形成了一个直径约150mm 的井点，保证了井点管周围均有厚约60mm 的砂滤层。

采取上述措施后，井点出水量稳定，基本杜绝了“淤井”、“死井”现象的发生。

但上述成井方法施工复杂，工作量大，成井速度慢。

为克服此缺点，我们改进了井点管结构：在井点管的透水孔外侧绑扎3~4块小竹劈，竹劈外面螺旋形（间距10cm ）缠绕直径为4mm 的麻绳，以增大井点管的过水面积，竹劈外的两层120目尼龙滤布改为1层100g 针刺式无纺土工布，土工布做成布套状（改进后的井点管结构见图3）。

这种井点管可直接插入井孔内。

实践证明，采用这种结构的井点管埋设速度快、质量有保证，且抽水效果也很好。

5.2 预排水（辅助排水）井点管埋设完成后，40个左右井点为一组，先在井点顶部插上50cm 左右的钢丝软管，再将钢丝软管连接到汇水管上，汇水管采用直径63mm 的PVC 管。

开始抽水时，单位时间出水量较大，可达 2.65m 3/h 。

之后，单位时间出水量逐渐下降，连续抽水70h 后，出水量降到0.27m 3/h 。

为增强排水效果，采用12t 履带式挖掘机在井点排间进行了第一次碾压，碾压后出水量迅速增大，达到2.28m 3/h ，抽水42.5h 后又进行了第 2次碾压。

第2次碾压27h 后进行第 3次碾压。

出水量增大都比较明显，但与第1次碾压相比，效果明显减小（见图4）。

碾压后在井点排间形成了深约10~15cm 的碾压痕迹和沿纵、横向的不规则的裂缝。

碾压10min 后，由地层深处沿不规则的裂缝和井点管开始不断向地表渗水，出水持续时间达4~5h ，且出水量很大。

可见，碾压作用对地基土中孔隙水的排出是非常有利的，孔隙水的排出使表层地基土的强度和承载力得到提高。

预排水及三遍碾压完成后，吹填土表面形成了厚度约140cm 的硬壳层。

5.3 低能量强夯施工第三遍碾压后开始低能量强夯，此时地下水位降至地表下3.2m 。

强夯按两遍点夯，一遍满夯进行，点夯的单击夯击能采用1200kN ⋅m ，满夯的夯击能采用800kN ⋅m 。

强夯时尽量保护井点管的完整。

第一遍低能量点夯后立即启动井点排水，待地基土中的超孔隙水压力消散85%后，进行第二遍低能量点夯，第二遍夯后重新启动井点排水，超孔隙水压力消散85%后拔出井管，进行第三遍满夯的施工。

第1遍强夯后，井点排水系统的单位时间出水量为2m 3/h ，持续5.5小时后出水量才有所下降；第2遍强夯后，单位时间出水量又增加至2.56m 3/h ，持续5小时后出水量才有所下降。

同时，每遍强夯5-10min 后，夯坑内开始不断向上涌水。

可见，强夯荷载作用下对于加速场地的排水效应是非常明显的。

图4出水量随时间的变化过程点夯夯击一击后的夯坑深度为20~35cm ，夯击两击后的夯坑深度为45~57cm ，夯坑周围有隆起现象，据此确定点夯的夯击数为2击，满夯每点一击，锤印相互搭接。

强夯完成后地表的最终累积沉降量为50.8cm 。

6 地基检测 6.1 静力触探试验地基处理前后进行了静力触探对比试验，地基处理前吹填区（3.3m 以上）地基的锥尖阻力平均值为0.1MPa 。

经过降水、碾压和3遍强夯后，地层深度5m 范围内（触探深度4.5m+强夯后地表沉降0.5m ）土层的锥尖阻力平均值可达4.0～4.5 MPa 以上（静力触探对比曲线见图5），表明地基土层的强度和承载力得到显著改善。

6.2 现场荷载板试验强夯完成7天后进行了5个试验点的载荷板试验，P -S 曲线见图6。

取沉降值s =0.01b =8mm 对应的荷载作为地基承载力特征值，处理后地基承载力特征值份别为210、148、150、152、150kPa ，满足地基处理要求。

7 结语“预排水动力固结法”是一种排水效率高、施工速度快、施工成本较低、处理后地基承载力较高的加固大面积吹填软土地基的加固处理方法。

施工初期的场地排水效果决定后续的碾压、强夯等工序能否进行，因此场地的预排水效果是决定“预排水动力固结法”成败的关键。

影响场地预排水效果的关键因素是预排水方法和井点结构的选择。

对于大面积吹填软弱地基，采用48121620锥头阻力qc(MPa)轻型井点进行预排水时，为防止“淤井”现象的发生，井点管外必须形成稳定的滤水结构。