人工島吹填砂地基處理試驗(yàn)研究

張虎平 胡殿才

(中交上海航道勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200120)

0 引言

我國(guó)陸地油田產(chǎn)量正呈逐年下降趨勢(shì)，而灘海石油勘探今年取得了重大突破，油氣產(chǎn)量逐年上升。近岸灘海水深一般小于5 m，建設(shè)人工島實(shí)現(xiàn)海油陸采，是一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效的近岸灘海油氣開發(fā)的新方法。

某人工島為灘海石油勘探開發(fā)而建，面積約為27.5萬(wàn)m2，采用吹填粉土、粉細(xì)砂形成，吹填砂厚度7 m～12 m，為滿足石油鉆井平臺(tái)振動(dòng)荷載及抗震設(shè)防要求，需對(duì)吹填砂地基進(jìn)行地基處理。為優(yōu)選地基處理方案，在現(xiàn)場(chǎng)開展了一系列的地基處理試驗(yàn)研究。

吹填粉土和粉砂顆粒較細(xì)，且系吹填成陸，土體處于松散～稍密狀態(tài)，承載力低，結(jié)構(gòu)比較松散，地基承載力不能滿足鉆機(jī)井口槽和島上建筑物地基設(shè)計(jì)荷載要求，在地震或鉆機(jī)平臺(tái)振動(dòng)荷載作用下，吹填粉土和粉砂極易發(fā)生地震液化并導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大沉降及不均勻沉降，影響結(jié)構(gòu)安全和使用功能。因此必須進(jìn)行密實(shí)加固，提高承載力和密實(shí)度(達(dá)到使用要求)，消除液化，以滿足鉆機(jī)及島上建筑物正常使用要求。

本文針對(duì)地基處理目標(biāo)及吹填土的特點(diǎn)，進(jìn)行了振沖密實(shí)法和強(qiáng)夯法的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，對(duì)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)，為后續(xù)大面積地基處理方案的確定提供可靠的依據(jù)。

1 設(shè)計(jì)條件

1.1 工程地質(zhì)條件

地表以下勘探深度內(nèi)揭露的土層自上而下為:

①吹填土:稍濕～飽和，松散～稍密，以粉砂為主，含少量貝殼碎片，厚度為8.0 m ～10.6 m，粘粒含量約為13.6%;②粉質(zhì)粘土:灰色～灰黑色，飽和～過(guò)飽和，流塑狀態(tài)，厚度約1.0 m～3.0 m;③粉土:灰～深灰色，飽和，中密狀態(tài)，厚度為4.9 m～11.2 m;④1粉質(zhì)粘土:灰色，濕，軟塑～可塑狀態(tài)，具有中～高壓縮性，厚度為2.9 m～7.1 m;④2粉土:灰色，濕、稍密，具有中壓縮性，厚度為2.3 m～5.9 m;⑤粉質(zhì)粘土:灰黃色，可塑～硬塑，具有中壓縮性，層厚度5.9 m。

1.2 地下水位

吹填剛結(jié)束時(shí)，地下水位基本與吹填土面持平;在吹填結(jié)束2個(gè)月后，地下水位大約下降至地面以下4.0 m。

2 地基處理目標(biāo)

根據(jù)上部使用要求，確定地基處理目標(biāo)如下。

2.1 地基工后沉降及承載力要求

1)工后沉降要求:工后沉降不大于30 cm。

2)地基承載力要求:地基承載力設(shè)計(jì)值不小于150 kPa。

2.2 抗地震液化要求

滿足抗震設(shè)防烈度7度(0.185g)抗震設(shè)防要求。

3 試驗(yàn)研究

3.1 地基處理試驗(yàn)方案

根據(jù)地質(zhì)資料分析，本工程加固的重點(diǎn)為上部的吹填土，為了確定最優(yōu)的加固方案，試驗(yàn)采用了振沖密實(shí)法和強(qiáng)夯法進(jìn)行比選，試驗(yàn)方案見表1，表2。

表1 振沖密實(shí)法試驗(yàn)方案

表2 強(qiáng)夯地基處理法試驗(yàn)方案

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.2.1 振沖密實(shí)方案試驗(yàn)結(jié)果與分析

1)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果分析。

為了檢驗(yàn)振沖密實(shí)法的加固效果，施工結(jié)束14 d后，在各試驗(yàn)小區(qū)選擇代表性點(diǎn)進(jìn)行了標(biāo)貫試驗(yàn)檢測(cè)，其典型測(cè)試結(jié)果見圖1。根據(jù)標(biāo)貫檢測(cè)結(jié)果可知，吹填粉砂層的標(biāo)貫平均值由加固前的6.2擊增大到加固后的13.7擊～25.2擊，達(dá)到了中密狀態(tài)，其中部分深度處甚至達(dá)到了密實(shí)狀態(tài)。

另外，由圖1的測(cè)試結(jié)果可以看出:

a.Z5區(qū)(正三角形，2.5 m間距)的加固效果最好，Z6區(qū)(正三角形，3.0 m間距)的加固效果最差，Z3區(qū)(正三角形，2.5 m間距)及Z4區(qū)(正三角形，2.5 m間距)加固效果介于前二者之間。表明振沖點(diǎn)的布置形式和間距對(duì)地基加固效果的影響較大，綜合考慮地基處理要求等因素，對(duì)于本工程推薦采用正三角形振沖點(diǎn)布置形式，2.5 m間距;

b.本工程上部2 m范圍內(nèi)的加固效果較差，主要是淺部上覆土壓力較小的原因造成的，對(duì)于淺部的吹填砂可以通過(guò)后期的振動(dòng)碾壓來(lái)提高地基強(qiáng)度。

2)沉降量分析。

根據(jù)施工前后進(jìn)行的地面標(biāo)高測(cè)量結(jié)果，振沖施工結(jié)束后地基的沉降量為0.37 m ～0.74 m，平均值約為0.54 m，吹填砂的厚度約為8 m(見圖1)，相當(dāng)于吹填土的壓縮量約為6.8%，該數(shù)據(jù)可供吹填工程的預(yù)留標(biāo)高設(shè)計(jì)提供參考。

圖1 振沖密實(shí)法地基加固效果對(duì)比圖

3.2.2 強(qiáng)夯方案試驗(yàn)結(jié)果與分析

1)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果分析。采用強(qiáng)夯法加固吹填砂土，在7 m以上加固效果較好。隨著強(qiáng)夯能量的增大，地基加固影響深度并不明顯(見圖2)。

圖2 強(qiáng)夯法地基加固效果對(duì)比圖

2)沉降量分析。根據(jù)施工前后進(jìn)行的地面標(biāo)高測(cè)量結(jié)果，振沖施工結(jié)束后地基的平均沉降量約為0.43 m，強(qiáng)夯引起的地面沉降顯著。

3.2.3 兩種設(shè)計(jì)方案比選

1)地基處理效果。采用振沖密實(shí)法加固吹填粉砂的效果優(yōu)于強(qiáng)夯法，且振沖密實(shí)法的加固深度要大于強(qiáng)夯法。

2)加固土的工程性質(zhì)及厚度。對(duì)于吹填厚度小于7 m的粉砂，采用振沖密實(shí)法和強(qiáng)夯法均可取得較好的加固效果;對(duì)于厚度較大的吹填土，強(qiáng)夯法在深部的加固效果難以保證。

3)加固時(shí)機(jī)選擇。對(duì)于新吹填的粉砂，由于整個(gè)場(chǎng)地處于飽和狀態(tài)，場(chǎng)地表層尚未形成硬殼層，采用振沖密實(shí)法施工效率較高;隨著吹填完工時(shí)間的增長(zhǎng)，場(chǎng)地內(nèi)的水位下降，有利于土體在夯擊作用下密實(shí)，若吹填砂厚度適中，可以考慮采用強(qiáng)夯法進(jìn)行施工。

4)對(duì)周邊環(huán)境的影響。強(qiáng)夯施工會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，對(duì)島體結(jié)構(gòu)的影響較大，而采用振沖密實(shí)法對(duì)島體的影響較小。

綜上所述，對(duì)于吹填砂厚度較大的人工島，優(yōu)先推薦采用振沖密實(shí)法。

4 大面積施工檢測(cè)與監(jiān)測(cè)

1)檢測(cè)。對(duì)于大面積的地基處理，重點(diǎn)在于施工過(guò)程質(zhì)量的控制。為降低工程造價(jià)，地基檢測(cè)頻率可適當(dāng)降低，檢測(cè)手段應(yīng)以靜力觸探試驗(yàn)和標(biāo)貫試驗(yàn)為主，載荷板試驗(yàn)為輔。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)，地基處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)監(jiān)測(cè)。從開始進(jìn)行地基處理就對(duì)島體的沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，從圖3可以看出，沉降主要發(fā)生在地基處理期，地基處理完成后約1年內(nèi)場(chǎng)地的工后沉降約在10 cm以內(nèi)，且趨于穩(wěn)定，表明地基處理效果較好。

圖3 人工島分層沉降過(guò)程線圖

5 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)于新近吹填的厚度大于7 m的吹填粉砂，若其粘粒含量在15%以內(nèi)，采用振沖密實(shí)法進(jìn)行地基加固效果較好;

2)對(duì)于吹填完成時(shí)間較長(zhǎng)、地下水位明顯降低，且吹填厚度小于7 m的吹填砂，采用強(qiáng)夯法施工效率高，加固效果較好;

3)吹填粉砂的壓縮率約在7%，在進(jìn)行吹填標(biāo)高設(shè)計(jì)時(shí)需按該比例進(jìn)行標(biāo)高設(shè)計(jì);

4)對(duì)于大面積的吹填砂地基處理檢測(cè)，應(yīng)以深層的靜力觸探和標(biāo)貫為主，載荷板試驗(yàn)為輔。

[1]中交上海航道勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司.冀東南堡油田西線進(jìn)海路及1號(hào)人工端島工程地基處理試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)[R].2006.

[2]上海航源港口工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司.冀東南堡油田1號(hào)人工端島試驗(yàn)區(qū)地基處理方案分析[R].2007.

[3]河北冀東建設(shè)工程有限公司.冀東南堡油田1號(hào)人工端島無(wú)填料試驗(yàn)區(qū)地基檢測(cè)報(bào)告[R].2007.

[4]河北冀東建設(shè)工程有限公司.冀東南堡油田1號(hào)人工端島強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)地基檢測(cè)報(bào)告[R].2007.