吹填軟土場(chǎng)地地基預(yù)處理方法探討

王勇　應(yīng)付釗　何國(guó)富

摘要：本文通過(guò)一個(gè)工程實(shí)例，介紹了在沿海吹填軟土場(chǎng)地上進(jìn)行地基預(yù)處理的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工處理方法，以及處理后所取得的效果。本項(xiàng)目根據(jù)場(chǎng)地的特點(diǎn)，采取結(jié)合道路先分割后處理，并按照“先簡(jiǎn)單、后復(fù)雜，先淺部、后深部，先清淤、后擠淤、再回填，強(qiáng)排水”的原則進(jìn)行清淤換填，取得了較好的效果，對(duì)類似吹填土場(chǎng)地的地基預(yù)處理具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：吹填軟土；清淤換填；地基預(yù)處理；強(qiáng)夯

1.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在東部沿海地區(qū)，能用于工程建設(shè)的土地資源越來(lái)越緊張，通過(guò)圍海吹填造地形成建設(shè)場(chǎng)地，成為改變土地緊缺現(xiàn)狀的必由之路。圍海吹填造地一般采用近海新近沉積的海底砂土作為吹填料，由于吹填土是由水力吹填形成的，因此其成分和分布規(guī)律與所吹填的泥砂來(lái)源及吹填時(shí)的水力條件有著密切的關(guān)系。

吹填土的性質(zhì)一般具有三高一低的特點(diǎn)，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低，含粘粒較大的吹填土滲透系數(shù)小，吹填土的土層分布不均勻，大部分場(chǎng)地表層都含有一定區(qū)域的淤泥，常需要晾曬一年甚至幾年后才方便利用。國(guó)內(nèi)外對(duì)吹填土進(jìn)行加固處理的方法很多，而吹填土場(chǎng)地預(yù)處理方案常常會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的工期、經(jīng)濟(jì)性、安全和基礎(chǔ)方案產(chǎn)生很大的影響。

2.工程地質(zhì)情況

山東某項(xiàng)目包括32座10萬(wàn)m³儲(chǔ)罐，占地約60萬(wàn)m³，建設(shè)場(chǎng)地是采用圍海吹填造地形成的。項(xiàng)目場(chǎng)地基巖埋深大部分在8～16m之間，基巖頂面較平緩，基巖之上就是吹填土，吹填土主要有中、細(xì)砂組成且嚴(yán)重液化，吹填土中包含吹填粘土夾層和表層淤泥層。

場(chǎng)地約3/4的區(qū)域分布有表層淤泥層，最厚處約5.4m，具有腥臭味，混砂，大部分區(qū)域表層淤泥呈可流動(dòng)狀態(tài)，且其厚度分布規(guī)律性不強(qiáng)，無(wú)法預(yù)先探明，表層淤泥層分布范圍見圖1中陰影顯示區(qū)域。

根據(jù)項(xiàng)目要求，在場(chǎng)地吹填完成4個(gè)月后就開始進(jìn)行施工，要求在18個(gè)月內(nèi)項(xiàng)目完成，具備進(jìn)油條件。因此，本項(xiàng)目的場(chǎng)地預(yù)處理需要考慮下列因素：

①表層淤泥分布范圍廣、厚度變化大，且施工人員、機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)；

②吹填場(chǎng)地形成時(shí)間短、含水量高、松散、嚴(yán)重欠固結(jié)、嚴(yán)重液化；

⑨場(chǎng)地吹填后地面標(biāo)高基本等于場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高；

④需滿足在18個(gè)月內(nèi)具備進(jìn)油條件，其中，場(chǎng)地預(yù)處理需要在6個(gè)月內(nèi)完成。

3.場(chǎng)地預(yù)處理方案確定

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了很多適用于吹填土的處理方法，這些方法主要從物理和化學(xué)兩個(gè)方面來(lái)改善吹填土的工程性質(zhì)，物理方法一般有清淤換填、真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓、強(qiáng)夯法、動(dòng)力排水固結(jié)法、高真空擊密法、碎石樁法、CFG樁法、強(qiáng)夯置換法、二灰樁法和水泥攪拌樁法等，化學(xué)方法主要是針對(duì)相對(duì)均勻的粘性吹填土采用新型固化劑進(jìn)行固化處理。

張季超等人曾在表層有淤泥的吹填場(chǎng)地上，采用先吹填2～3m的砂，再插入塑料排水板，根據(jù)“先輕后重，逐級(jí)加能，少擊多遍，逐層加固”原則，采用動(dòng)力排水固結(jié)法進(jìn)行地基預(yù)處理，取得了較好的效果。青島濱海曾采用先在吹填土場(chǎng)地表面鋪設(shè)竹荊笆和土工布，其上吹填0.5m的砂，再插入塑料排水板，采用動(dòng)力排水固結(jié)法進(jìn)行地基預(yù)處理，也取得了一定的效果。真空預(yù)壓對(duì)欠固結(jié)、滲透系數(shù)較大的新近吹填土也具有較好的處理效果。徐士龍等人將高真空降、排水與低能量強(qiáng)夯結(jié)合的高真空擊密法也在許多吹填土場(chǎng)地上獲得了成功。振沖碎石樁在砂性吹填土中成功應(yīng)用的案例較多，在含粘性土較多吹填土中則應(yīng)用相對(duì)較少。

在采用上述方法對(duì)地基進(jìn)行處理后，場(chǎng)地的承載力均有明顯地提高，一般可以達(dá)到80～120kPa，若場(chǎng)地內(nèi)需要建造載荷大、不均勻沉降控制嚴(yán)格的建、構(gòu)筑物時(shí)，常常采用剛性樁基承臺(tái)基礎(chǔ)方案。

采用固化劑對(duì)吹填土進(jìn)行處理，對(duì)地基土的物理性質(zhì)和均勻性有一定的要求，明顯不適合本項(xiàng)目。由于場(chǎng)地表層淤泥的厚度變化大且無(wú)法通過(guò)勘察預(yù)先查明其分布情況，碎石樁法、CFG樁法、強(qiáng)夯置換法、二灰樁法和水泥攪拌樁法等無(wú)法布置合理的樁間距以達(dá)到均勻的處理效果，再加上淤泥表面施工設(shè)備無(wú)法進(jìn)入，這些方法顯然也不適合本項(xiàng)目。

擬建場(chǎng)地吹填后地面標(biāo)高基本等于場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高，許多區(qū)域表層淤泥為可流動(dòng)狀，因此，除采用清淤換填外，較可行的方案有：先鋪土工布?jí)|層（由于竹荊笆會(huì)對(duì)大量構(gòu)筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工造成不利影響，不考慮采用），在土工布上吹填約1.0m厚的砂，再插塑料排水板，然后進(jìn)行真空預(yù)壓或者動(dòng)力排水固結(jié)。其中，真空預(yù)壓方案試驗(yàn)和施工的工期至少在10個(gè)月以上，不滿足本項(xiàng)目工期要求；動(dòng)力排水固結(jié)在本項(xiàng)目中應(yīng)用具有如下特點(diǎn)：

①由于場(chǎng)地的面積大、表層淤泥處于可流淌狀，土工布的鋪設(shè)難度大，需要先在場(chǎng)地中搭設(shè)一定的腳手架通道；

②吹填砂設(shè)備、插管設(shè)備和低能級(jí)強(qiáng)夯設(shè)備在1.0m厚吹填砂上面行走存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)；

⑨由于表層淤泥的厚度變化大，不同厚度分布范圍難確定，試驗(yàn)、施工參數(shù)的確定較困難；

④由于淤泥滲透系數(shù)小，表層淤泥厚度大于4.0m的區(qū)域處理效果較差，會(huì)造成整個(gè)場(chǎng)地處理后整體均勻性較差；

⑤鋪設(shè)土工布、吹砂、插管和強(qiáng)夯試驗(yàn)、施工的總工期較長(zhǎng)（至少約7個(gè)月），對(duì)總項(xiàng)目工期影響較大；

⑥同時(shí)會(huì)對(duì)罐基礎(chǔ)的地基處理方案選擇造成較多的限制。

清淤換填方案適用范圍廣、施工速度快（清淤換填約需3個(gè)月），對(duì)罐基礎(chǔ)地基處理方案和基礎(chǔ)方案影響小，能滿足本項(xiàng)目各項(xiàng)要求，但缺點(diǎn)也很明顯，回填料需求量大、需要有淤泥堆場(chǎng)及費(fèi)用較高。

結(jié)合本項(xiàng)目旁邊的預(yù)留地可以做堆放淤泥場(chǎng)地，當(dāng)?shù)亻_山碎石來(lái)源豐富可以作為清淤回填料，當(dāng)?shù)厣霸淳o張、供應(yīng)不足等情況，同時(shí)，本項(xiàng)目采用動(dòng)力排水固結(jié)進(jìn)行預(yù)處理后，罐基礎(chǔ)基本只能采用鉆孔灌注樁基承臺(tái)方案，總體費(fèi)用較高。綜合上述各項(xiàng)因素，本工程采用清淤換填結(jié)合局部低能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行場(chǎng)地預(yù)處理。

4.場(chǎng)地預(yù)處理

由于場(chǎng)地表面的淤泥具有較好的流動(dòng)性，原換填方最初是采用擠淤換填方式進(jìn)行處理的，但隨著換填的推進(jìn)，表層淤泥的流動(dòng)性不均勻逐步體現(xiàn)出來(lái)，即表層流動(dòng)性好、深層流動(dòng)性差、淤泥深的地方流動(dòng)性好、淤泥淺的地方流動(dòng)性差，加上回填料吸收部分淤泥中的自由水，造成回填后場(chǎng)地的地面標(biāo)高不斷抬升。在回填了近40000m²后，最大抬升高度達(dá)到1.5m以上，致使回填量大大增加，且局部發(fā)現(xiàn)有將下面砂層擠出混入淤泥的現(xiàn)象，造成擠淤換填工作不得不提前終止。在對(duì)回填后場(chǎng)地進(jìn)行補(bǔ)勘時(shí)，還發(fā)現(xiàn)許多區(qū)域回填層下夾雜有約2m厚的未擠出淤泥，這在后續(xù)罐基礎(chǔ)的地基處理中不得不重新開挖、換填，造成很大的浪費(fèi)。

在這種情況下，原換填方退出，由我公司負(fù)責(zé)后續(xù)的場(chǎng)地?fù)Q填、平整工作。首先，我們對(duì)整個(gè)場(chǎng)地情況及工期要求等進(jìn)行了分析，找出其中主要的矛盾點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

①表層淤泥夾層分布范圍廣且大部分連成一片，處理起來(lái)相互影響大；

②表層淤泥夾層的流動(dòng)性不均勻；

③表層淤泥夾層的厚度不均勻，且深度分布情況無(wú)法探明；

④現(xiàn)場(chǎng)交通通道少，各種車輛通行相互影響大；

⑤工期緊張，必須考慮清淤換填、低能級(jí)強(qiáng)夯和罐基礎(chǔ)地基處理的交叉作業(yè)。

為選擇合理的施工方案，先在幾個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行了清淤換填的試驗(yàn)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于場(chǎng)地中含水量大且砂土擾動(dòng)后易液化，在淤泥分布深度1.5m以上的地方，隨著清淤深度的增加，四周的淤泥不斷流淌過(guò)來(lái)，會(huì)以清淤點(diǎn)為中心形成一個(gè)半漏斗狀的區(qū)域，淤泥下面的砂、水和四周流淌來(lái)的淤泥混合在一起，無(wú)法判別何時(shí)應(yīng)該停止清淤、開始回填，這會(huì)造成很多的砂被當(dāng)作淤泥清除，造成工程量大增。在淤泥的分布深度大于3.0m的地方，隨著清淤深度的增加，四周的淤泥不斷流淌形成的半漏斗狀的區(qū)域越來(lái)越大，清淤深度的增加非常困難，若中途停止清淤開始回填，未清出淤泥會(huì)在回填層下形成淤泥夾層，影響后續(xù)的工程質(zhì)量。

綜上所述，如何制定合理的清淤換填施工方案，即不會(huì)將砂錯(cuò)當(dāng)淤泥清除，又不會(huì)將下部的淤泥遺留在場(chǎng)地中，同時(shí)，充分考慮場(chǎng)地內(nèi)作用面長(zhǎng)、相互影響大、車輛通行相互影響、工期緊張等因素，是本項(xiàng)目在場(chǎng)地預(yù)處理階段的主要矛盾。

經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)查看、組織專題討論會(huì)及咨詢相關(guān)專家，并與罐基礎(chǔ)的地基處理方案綜合考慮，決定采取如下方案進(jìn)行清淤換填：

①根據(jù)罐組布置的特點(diǎn)，先在今后永久道路的位置采用拋石擠淤回填的方式回填出臨時(shí)施工道路，將整個(gè)場(chǎng)地分割為8個(gè)獨(dú)立的小區(qū)域：

②按照“先簡(jiǎn)單、后復(fù)雜、先淺部、后深部、先清淤、后擠淤、再回填、強(qiáng)排水”的原則進(jìn)行清淤換填，回填料采用碎石含量超過(guò)50%的開山料；

③結(jié)合詳勘報(bào)告，在施工中判別淤泥深度，對(duì)較深處采用分臺(tái)階回填處理。

根據(jù)場(chǎng)地表層淤泥有一定的流動(dòng)性，淤泥分布面積廣的特點(diǎn)，先在規(guī)劃的道路位置采用拋石擠淤回填的方式回填出臨時(shí)道路，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①消除不同區(qū)域之間的相互影響，大大減小清淤換填的難度；

②不同區(qū)域可以根據(jù)其自身的特點(diǎn)采用不同的清淤換填方案；

⑧大大增加施工的作業(yè)面，增加交通道路，加快工程施工的進(jìn)度；

④可以完成一塊，交工一塊，提供交叉作用的可能。

由于回填道路較窄（8～10m），且表層淤泥有一定的流動(dòng)性，采用拋石擠淤回填的方式，基本可以擠出下部大部分淤泥快速形成交通通道，同時(shí)這些區(qū)域是道路，即使有部分淤泥未擠出影響也不大。

先簡(jiǎn)單、后復(fù)雜：將場(chǎng)地的臨時(shí)道路回填出來(lái)后，在整體上對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行分別評(píng)價(jià)，先施工清淤面積小、淤泥深度小、方便處理的罐組，最后施工清淤換填工作量大的罐組，這樣可以盡快將部分場(chǎng)地交付下道工序，各工序交叉施工，加快工程進(jìn)度。

先淺部、后深部：對(duì)單個(gè)分割區(qū)域先換填淤泥較淺的部分，再換填淤泥較深的部分，若先回填淤泥較深部位容易在下部留下淤泥包，且會(huì)將淤泥較淺部位的部分砂土擾動(dòng)作為淤泥清除。

先清淤、后擠淤、再回填：施工中先清淤，同時(shí)保證淤泥面一直低于回填地面1.5m以上，以避免地面標(biāo)高的抬升，同時(shí)保證一定的壓力能將回填土下的淤泥擠出；清淤到一定程度后，再進(jìn)行堆土擠淤，盡量減少換填層下的淤泥殘留量；然后再用推土機(jī)進(jìn)行拋填。整個(gè)施工過(guò)程一直按這種順序分段進(jìn)行循環(huán)推進(jìn)。

強(qiáng)排水：在清淤換填的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)積水較多時(shí)，及時(shí)用泵進(jìn)行排水。當(dāng)清淤的時(shí)候出水較多時(shí)，砂容易因擾動(dòng)而液化，大大增加水、砂和淤泥攪在一起被清除的概率，同時(shí)加強(qiáng)排水還可以降低場(chǎng)地的水位，加強(qiáng)后續(xù)地基處理的效果。

在清淤換填過(guò)程中，根據(jù)清淤的開挖情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整清淤面低于回填面的深度，宜保持在1.5m以上以加強(qiáng)擠淤的效果。當(dāng)發(fā)現(xiàn)淤泥的深度大于3.0m時(shí)，分二個(gè)臺(tái)階進(jìn)行清淤回填，第一個(gè)臺(tái)階的處理方法與不分臺(tái)階的方法相同。

清淤換填完成后，對(duì)罐基礎(chǔ)影響以外的區(qū)域，采用3000kN.m能級(jí)強(qiáng)夯消除場(chǎng)地淺層的液化及欠固結(jié)現(xiàn)象，作為一般建、構(gòu)筑物的地基持力層，同時(shí)減少長(zhǎng)期運(yùn)行中的地面沉降；對(duì)罐基礎(chǔ)影響以內(nèi)的場(chǎng)地采用1500kN.m能級(jí)強(qiáng)夯滿夯一遍，滿足設(shè)備運(yùn)行要求。

5.處理效果

采用上述方案進(jìn)行清淤換填后，整個(gè)場(chǎng)地的地面標(biāo)高得到了較好的控制，很少發(fā)現(xiàn)有將砂誤做淤泥清除的現(xiàn)象，通過(guò)換填后的補(bǔ)充勘察發(fā)現(xiàn)，換填層下的殘留淤泥都很薄，基本都在0.5m以內(nèi)，對(duì)后續(xù)場(chǎng)地預(yù)處理和罐基礎(chǔ)地基（超高能級(jí)強(qiáng)夯/置換）處理的施工和效果基本沒有影響。

通過(guò)切割分塊施工，先將簡(jiǎn)單場(chǎng)地完成換填、平整后交給強(qiáng)夯單位施工，即完成一塊交付一塊，可以滿足后續(xù)場(chǎng)地的預(yù)處理和罐基礎(chǔ)地基處理的施工進(jìn)度要求，基本做到了不誤工、不窩工。現(xiàn)場(chǎng)的施工車輛非常多，有外運(yùn)淤泥的、運(yùn)換填填料的、運(yùn)夯坑填料的、來(lái)回調(diào)動(dòng)的挖機(jī)、推土機(jī)及其它運(yùn)行車輛，由于先回填出了較多的施工通道，現(xiàn)場(chǎng)的施工機(jī)械通道得到了合理的規(guī)劃和保證，切實(shí)有效做到了交叉作業(yè)、合理布局、組織有序。

換填完成后場(chǎng)地預(yù)處理均能順利進(jìn)行，且處理效果滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)罐基礎(chǔ)所在區(qū)域僅需要進(jìn)行一遍1500kN.m能級(jí)滿夯，即可進(jìn)行超高能級(jí)強(qiáng)夯/置換處理，這也節(jié)約了大量的施工工期和費(fèi)用。經(jīng)過(guò)超高能級(jí)強(qiáng)夯/置換處理的罐基礎(chǔ)，在整個(gè)充水預(yù)壓期間，環(huán)墻沉降觀測(cè)點(diǎn)平均沉降基本在65mm左右，最大觀測(cè)點(diǎn)沉降不超高110mm，其對(duì)徑點(diǎn)不均勻沉降和相鄰點(diǎn)不均勻沉降均遠(yuǎn)小于規(guī)范限制，取得了很好的效果，按時(shí)完成了項(xiàng)目要求，相比其它方案節(jié)約了大量的工期和工程投資。

6.小結(jié)

通過(guò)本項(xiàng)目對(duì)吹填土場(chǎng)地的地基預(yù)處理，可以得到如下結(jié)論：

（1）吹填土場(chǎng)地的地基預(yù)處理方案，應(yīng)結(jié)合工期、費(fèi)用和施工可行性綜合考慮，同時(shí)應(yīng)考慮對(duì)基礎(chǔ)形式和基礎(chǔ)地基處理方案的影響。

（2）當(dāng)場(chǎng)地面積較大時(shí)，宜先進(jìn)行合理的分割，減少相互的影響，同時(shí)增加作業(yè)面和交通通道，提供進(jìn)行交叉作業(yè)的良好條件。

（3）結(jié)合場(chǎng)地特點(diǎn)，采用“先簡(jiǎn)單、后復(fù)雜、先淺部、后深部、先清淤、后擠淤、再回填、強(qiáng)排水”的原則進(jìn)行清淤換填是合理的。