吹填軟土場地地基預(yù)處理方法探討

王勇　應(yīng)付釗　何國富

摘要：本文通過一個工程實例，介紹了在沿海吹填軟土場地上進行地基預(yù)處理的設(shè)計、試驗、施工處理方法，以及處理后所取得的效果。本項目根據(jù)場地的特點，采取結(jié)合道路先分割后處理，并按照“先簡單、后復(fù)雜，先淺部、后深部，先清淤、后擠淤、再回填，強排水”的原則進行清淤換填，取得了較好的效果，對類似吹填土場地的地基預(yù)處理具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：吹填軟土；清淤換填；地基預(yù)處理；強夯

1.引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，在東部沿海地區(qū)，能用于工程建設(shè)的土地資源越來越緊張，通過圍海吹填造地形成建設(shè)場地，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源及吹填時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，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低，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。國內(nèi)外對吹填土進行加固處理的方法很多，而吹填土場地預(yù)處理方案常常會對整個項目的工期、經(jīng)濟性、安全和基礎(chǔ)方案產(chǎn)生很大的影響。

2.工程地質(zhì)情況

山東某項目包括32座10萬m³儲罐，占地約60萬m²，建設(shè)場地是采用圍海吹填造地形成的。項目場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、細砂組成且嚴重液化，吹填土中包含吹填粘土夾層和表層淤泥層。

場地約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狀態(tài)，且其厚度分布規(guī)律性不強，無法預(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)項目要求，在場地吹填完成4個月后就開始進行施工，要求在18個月內(nèi)項目完成，具備進油條件。因此，本項目的場地預(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、機械無法進場；

②吹填場地形成時間短、含水量高、松散、嚴重欠固結(jié)、嚴重液化；

③場地吹填后地面標高基本等于場地設(shè)計標高；

④需滿足在18個月內(nèi)具備進油條件，其中，場地預(yù)處理需要在6個月內(nèi)完成。

3.場地預(yù)處理方案確定

現(xiàn)在國內(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)兩個方面來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、強夯法、動力排水固結(jié)法、高真空擊密法、碎石樁法、CFG樁法、強夯置換法、二灰樁法和水泥攪拌樁法等，化學(xué)方法主要是針對相對均勻的粘性吹填土采用新型固化劑進行固化處理。

張季超等人曾在表層有淤泥的吹填場地上，采用先吹填2～3m的砂，再插入塑料排水板，根據(jù)“先輕后重，逐級加能，少擊多遍，逐層加固”原則，采用動力排水固結(jié)法進行地基預(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，采用動力排水固結(jié)法進行地基預(yù)處理，也取得了一定的效果。真空預(yù)壓對欠固結(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、排水與低能量強夯結(jié)合的高真空擊密法也在許多吹填土場地上獲得了成功。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)用相對較少。

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

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

擬建場地吹填后地面標高基本等于場地設(shè)計標高，許多區(qū)域表層淤泥為可流動狀，因此，除采用清淤換填外，較可行的方案有：先鋪土工布墊層（由于竹荊笆會對大量構(gòu)筑物基礎(chǔ)的設(shè)計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，然后進行真空預(yù)壓或者動力排水固結(jié)。其中，真空預(yù)壓方案試驗和施工的工期至少在10個月以上，不滿足本項目工期要求；動力排水固結(jié)在本項目中應(yīng)用具有如下特點：

①由于場地的面積大、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)備和低能級強夯設(shè)備在1.0m厚吹填砂上面行走存在一定的安全風險；

③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、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，會造成整個場地處理后整體均勻性較差；

⑤鋪設(shè)土工布、吹砂、插管和強夯試驗、施工的總工期較長（至少約7個月），對總項目工期影響較大；

⑥同時會對罐基礎(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個月），對罐基礎(chǔ)地基處理方案和基礎(chǔ)方案影響小，能滿足本項目各項要求，但缺點也很明顯，回填料需求量大、需要有淤泥堆場及費用較高。

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

4.場地預(yù)處理

由于場地表面的淤泥具有較好的流動性，原換填方最初是采用擠淤換填方式進行處理的，但隨著換填的推進，表層淤泥的流動性不均勻逐步體現(xiàn)出來，即表層流動性好、深層流動性差、淤泥深的地方流動性好、淤泥淺的地方流動性差，加上回填料吸收部分淤泥中的自由水，造成回填后場地的地面標高不斷抬升。在回填了近40000m²后，最大抬升高度達到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。在對回填后場地進行補勘時，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。

在這種情況下，原換填方退出，由我公司負責后續(xù)的場地換填、平整工作。首先，我們對整個場地情況及工期要求等進行了分析，找出其中主要的矛盾點有以下幾個方面：

①表層淤泥夾層分布范圍廣且大部分連成一片，處理起來相互影響大；

②表層淤泥夾層的流動性不均勻；

③表層淤泥夾層的厚度不均勻，且深度分布情況無法探明；

④現(xiàn)場交通通道少，各種車輛通行相互影響大；

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

為選擇合理的施工方案，先在幾個典型區(qū)域進行了清淤換填的試驗。在試驗中發(fā)現(xiàn)，由于場地中含水量大且砂土擾動后易液化，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來，會以清淤點為中心形成一個半漏斗狀的區(qū)域，淤泥下面的砂、水和四周流淌來的淤泥混合在一起，無法判別何時應(yīng)該停止清淤、開始回填，這會造成很多的砂被當作淤泥清除，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，即不會將砂錯當淤泥清除，又不會將下部的淤泥遺留在場地中，同時，充分考慮場地內(nèi)作用面長、相互影響大、車輛通行相互影響、工期緊張等因素，是本項目在場地預(yù)處理階段的主要矛盾。

經(jīng)過多次現(xiàn)場查看、組織專題討論會及咨詢相關(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行清淤換填：

①根據(jù)罐組布置的特點，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施工道路，將整個場地分割為8個獨立的小區(qū)域：

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

③結(jié)合詳勘報告，在施工中判別淤泥深度，對較深處采用分臺階回填處理。

根據(jù)場地表層淤泥有一定的流動性，淤泥分布面積廣的特點，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道路，具有以下幾個優(yōu)點：

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)其自身的特點采用不同的清淤換填方案；

③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。

先簡單、后復(fù)雜：將場地的臨時道路回填出來后，在整體上對各個區(qū)域進行分別評價，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地交付下道工序，各工序交叉施工，加快工程進度。

先淺部、后深部：對單個分割區(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，且會將淤泥較淺部位的部分砂土擾動作為淤泥清除。

先清淤、后擠淤、再回填：施工中先清淤，同時保證淤泥面一直低于回填地面1.5m以上，以避免地面標高的抬升，同時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；然后再用推土機進行拋填。整個施工過程一直按這種順序分段進行循環(huán)推進。

強排水：在清淤換填的過程中，發(fā)現(xiàn)積水較多時，及時用泵進行排水。當清淤的時候出水較多時，砂容易因擾動而液化，大大增加水、砂和淤泥攪在一起被清除的概率，同時加強排水還可以降低場地的水位，加強后續(xù)地基處理的效果。

在清淤換填過程中，根據(jù)清淤的開挖情況現(xiàn)場調(diào)整清淤面低于回填面的深度，宜保持在1.5m以上以加強擠淤的效果。當發(fā)現(xiàn)淤泥的深度大于3.0m時，分二個臺階進行清淤回填，第一個臺階的處理方法與不分臺階的方法相同。

清淤換填完成后，對罐基礎(chǔ)影響以外的區(qū)域，采用3000kN.m能級強夯消除場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，同時減少長期運行中的地面沉降；對罐基礎(chǔ)影響以內(nèi)的場地采用1500kN.m能級強夯滿夯一遍，滿足設(shè)備運行要求。

5.處理效果

采用上述方案進行清淤換填后，整個場地的地面標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，通過換填后的補充勘察發(fā)現(xiàn)，換填層下的殘留淤泥都很薄，基本都在0.5m以內(nèi)，對后續(xù)場地預(yù)處理和罐基礎(chǔ)地基（超高能級強夯/置換）處理的施工和效果基本沒有影響。

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

換填完成后場地預(yù)處理均能順利進行，且處理效果滿足設(shè)計要求，同時罐基礎(chǔ)所在區(qū)域僅需要進行一遍1500kN.m能級滿夯，即可進行超高能級強夯/置換處理，這也節(jié)約了大量的施工工期和費用。經(jīng)過超高能級強夯/置換處理的罐基礎(chǔ)，在整個充水預(yù)壓期間，環(huán)墻沉降觀測點平均沉降基本在65mm左右，最大觀測點沉降不超高110mm，其對徑點不均勻沉降和相鄰點不均勻沉降均遠小于規(guī)范限制，取得了很好的效果，按時完成了項目要求，相比其它方案節(jié)約了大量的工期和工程投資。

6.小結(jié)

通過本項目對吹填土場地的地基預(yù)處理，可以得到如下結(jié)論：

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

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

（3）結(jié)合場地特點，采用“先簡單、后復(fù)雜、先淺部、后深部、先清淤、后擠淤、再回填、強排水”的原則進行清淤換填是合理的。