某城市綜合體項(xiàng)目吹砂回填軟土地基處理方案論證及選取

華佳偉

（上海綠地景匯置業(yè)有限公司， 上海 200335）

0 引言

對(duì)于沿海、江河灘涂吹填砂土造地的工程項(xiàng)目，地基通常表現(xiàn)為欠固結(jié)、軟弱沉陷，這對(duì)前期巖土勘探和后續(xù)的建(構(gòu))筑物施工準(zhǔn)備造成了很大的困難，也是建設(shè)面臨的首要任務(wù)。為了使場(chǎng)地穩(wěn)定，滿足各種施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)以及后續(xù)施工開挖的要求，必須對(duì)吹填后的軟土地基進(jìn)行預(yù)處理。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目位于長(zhǎng)江入?？?，上海崇明島與江蘇啟東市之間的孤島上，大部分區(qū)域經(jīng)過(guò)圍堰人工吹填形成。其中該項(xiàng)目B 區(qū)塊南北向（短邊）長(zhǎng)約1300m，東西向（長(zhǎng)邊）長(zhǎng)約3000m，總占地面積約300 萬(wàn)平米。首期建設(shè)用地（住宅及商業(yè)區(qū)域，不包含高爾夫球場(chǎng)）約1257 畝，合838206 平方米，擬建建筑物多為別墅，建筑物最大高度<60m；整個(gè)社區(qū)品質(zhì)要求非常高。另外，作為高檔社區(qū)的配套設(shè)施，新村沙B 區(qū)塊場(chǎng)地北側(cè)擬堆土建造高爾夫球場(chǎng)。

1.2 場(chǎng)地及地質(zhì)條件

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)文件，場(chǎng)地水面標(biāo)高為+0.85m（黃海高程，以下同），目前場(chǎng)地平均標(biāo)高為+2.70m，建成后，住宅區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高在5.0～5.3m，市政道路在2.5～2.7m，高爾夫球場(chǎng)的堆土高度在7.0～9.3m。

1.3 地基土工程性能評(píng)述

擬建場(chǎng)地屬于潮坪地貌類型，根據(jù)初步勘察資料揭示，在50m 深度范圍內(nèi)揭露的地基土均屬于第四紀(jì)沉積物。場(chǎng)地內(nèi)地層從其結(jié)構(gòu)特性、土性不同和物理力學(xué)性質(zhì)上的差異可劃分為3 個(gè)層及不同層次的亞層、各層土描述如下：

1 層吹填土，場(chǎng)地內(nèi)均有分布，灰黃色，層底標(biāo)高1.71～-4.57m，平均厚度3.29m，主要由粉性土夾少量碎石子組成，局部夾淤泥，土質(zhì)不均。

2 層淤泥，場(chǎng)地內(nèi)部分地段有分布，灰色，層底標(biāo)高-0.26～-5.58m，平均厚度2.64m，吹填產(chǎn)物，土質(zhì)極為軟弱。

3 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，場(chǎng)地內(nèi)部分地段有分布，灰色，層底標(biāo)高-1.94～-8.43m，平均厚度3.13m，原灘面沉積物，夾有粉性土，土質(zhì)不均。

2 吹砂回填軟土地基預(yù)處理要求

由于該工程開發(fā)計(jì)劃較為緊張按計(jì)劃。為滿足該工期要求，建議分階段進(jìn)行地基處理，第一階段快速地基處理后，場(chǎng)地能滿足建筑物范圍內(nèi)常規(guī)施工設(shè)備的操作及行走要求，建筑物范圍內(nèi)能夠進(jìn)行工程樁施工等施工作業(yè)；后期再根據(jù)具體的社區(qū)道路、管線鋪設(shè)情況，進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)，解決建筑物與社區(qū)道路及入室管線的沉降、差異沉降問(wèn)題。為對(duì)地基處理后效果進(jìn)行量化，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，本次地基處理設(shè)計(jì)標(biāo)按以下幾點(diǎn)控制：

（1）地基處理后，淺層地基承載力特征值不小于60kPa；

（2）控制淺層地基的均勻性，減少場(chǎng)地使用期內(nèi)由于地基不均勻性產(chǎn)生的不均勻沉降；

3 吹砂回填軟土地基處理方法討論

吹填土大部分區(qū)域?qū)偾饭探Y(jié)土，是典型的軟土地基類型，由于工期限制要求，地基處理的方法有一定局限性。根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)，堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、深層攪拌法、強(qiáng)夯法、沖擊壓實(shí)法、井點(diǎn)降水聯(lián)合強(qiáng)夯法等軟基處理方法具有一定的可行性，具體對(duì)比如下：

3.1 堆載預(yù)壓法

A） 原理及其作用：堆載預(yù)壓法是指利用預(yù)荷載使地基排水固結(jié)，使地基強(qiáng)度得以提高，承載力顯著增強(qiáng)。隨后卸去荷載再建造建筑物，可以有效減小施工后沉降。

B） 適用范圍：厚度較大的飽和軟土地基。在軟黏土地基上則需采用超載預(yù)壓法。

C） 主要特點(diǎn)：使用的材料與器具比較簡(jiǎn)單并且施工操作方便。但較長(zhǎng)的預(yù)壓時(shí)間以及較多的預(yù)壓材料。

D） 本場(chǎng)地使用的限制性：堆載材料來(lái)源與預(yù)壓時(shí)間。

3.2 真空預(yù)壓法

A) 原理及其作用：在軟粘土中設(shè)置豎向塑料排水帶或砂井，上鋪砂層，再覆蓋薄膜封閉，借助濾水管及排水通道，將薄膜與土體間的水氣抽出，使膜內(nèi)排水帶、砂層部分等處于真空狀態(tài)，利用負(fù)壓作用，使土預(yù)先固結(jié)以減少地基后期沉降。

B) 適用范圍：僅對(duì)于軟粘性土的處理具有一定適用性。

C) 主要特點(diǎn)：加固過(guò)程中土體不會(huì)造成側(cè)向擠出，不會(huì)造成地基失穩(wěn)，加固速度快，工期短。施工設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，無(wú)需大量堆載材料。

D) 本場(chǎng)地使用的限制性：持續(xù)充足的電力供應(yīng)以及地基水平變形。

3.3 深層攪拌法

A) 原理及其作用：將特制的攪拌機(jī)械下沉至預(yù)定的加固深度，由下而上提升攪拌軸的旋轉(zhuǎn)翼片并壓入固化劑（水泥漿或生石灰），在地基深處將軟土和固化劑(漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，產(chǎn)生物理-化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間凝結(jié)成圓柱狀加固土體，進(jìn)而提高地基強(qiáng)度。

B) 適用范圍：適用于各種土質(zhì)地基的加固，但對(duì)于有機(jī)物含量大的土、硫酸鹽含量大的土的加固效果較差。

C) 主要特點(diǎn)：最大限度的利用了原土，設(shè)計(jì)比較靈活，可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)需要選擇各種加固形式并且對(duì)周圍原有建筑物的影響很小，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中進(jìn)行施工。并且與鋼筋混凝土樁基相比，節(jié)省了較多的鋼材，降低了造價(jià)。

D) 本場(chǎng)地使用的限制性：成本昂貴，近海場(chǎng)地鹽分較高，固化劑固化效果較差。

3.4 強(qiáng)夯法

A) 原理及其作用：使具有較大質(zhì)量和規(guī)格的重錘（通常為十幾噸至上百噸）從幾米至幾十米的高處使其自由下落，對(duì)土體進(jìn)行動(dòng)力夯擊，使一定范圍內(nèi)的土體強(qiáng)制壓密進(jìn)而減少壓縮性，善地基土抗液化能力，提高土層的強(qiáng)度和均勻程度。

B) 適用范圍：主要適用于顆粒粒徑大于0.05mm 的粗顆粒土，如砂土、碎石土、粉煤灰、回填土、粘性土等，對(duì)飽和的粉土和粘性土的加固效果不明顯。

C) 主要特點(diǎn)：使用工地常用簡(jiǎn)單設(shè)備，工藝與操作簡(jiǎn)單，加固效果顯著，節(jié)省加固原材料并且施工費(fèi)用低。

D) 本場(chǎng)地使用的限制性：場(chǎng)地部分區(qū)域土層粘粒含量高，排水困難，土層較軟，難以施工或處理效果差。

3.5 沖擊壓實(shí)法

A) 原理及其作用：沖擊壓實(shí)技術(shù)在上世紀(jì)90年代出現(xiàn)，是一種沖擊和揉搓作用相結(jié)合的全新壓實(shí)方法，在壓實(shí)作業(yè)中較大地增加對(duì)土石的壓實(shí)能量，進(jìn)而改善土體的原狀結(jié)構(gòu)，使土體孔隙率減小，抗剪能力提高，將土體未來(lái)的沉降量在沖擊、振動(dòng)、壓實(shí)過(guò)程中提前實(shí)現(xiàn)，達(dá)到更好的基礎(chǔ)壓實(shí)效果。

B) 適用范圍：適用于深度不超過(guò)3m 的土層；

C) 主要特點(diǎn)：原地壓實(shí)節(jié)省施工場(chǎng)地，沖擊力大壓實(shí)效果好。

D) 本場(chǎng)地使用的限制性：對(duì)土層中的含水量要求較高。

3.6 井點(diǎn)降水聯(lián)合強(qiáng)夯法

A) 原理及其作用：此方法是對(duì)強(qiáng)夯法的進(jìn)一步調(diào)整，在強(qiáng)夯前進(jìn)行高真空降水，降低土層含水量，隨后進(jìn)行強(qiáng)夯，采取少擊多遍施工方式，有效縮短強(qiáng)夯間歇時(shí)間，降低場(chǎng)地的地下水位及土層含水量，加快強(qiáng)夯后超孔隙水壓力消散，減少施工工期。

B) 適用范圍：對(duì)軟弱地基的加固較為使用。

C) 主要特點(diǎn)：施工設(shè)備較為簡(jiǎn)單，施工速度較快，節(jié)省工期。

D) 本場(chǎng)地使用的限制性：適用于有一定承載力的場(chǎng)地，對(duì)于承載力低下類型的場(chǎng)地，強(qiáng)夯施工設(shè)備難以施工行走。

4 吹砂回填軟土地基處理方案討論

4.1 處理方案討論

4.1.1 A類場(chǎng)地

A類場(chǎng)地淺層無(wú)軟弱①2層淤泥及①3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土分布；第①1層吹填土土性以粉性、砂性土為主，靜探Ps值在2.0～4.0MPa左右。

4.1.2 B類場(chǎng)地

該場(chǎng)地吹填土以粉性土為主，呈松散狀態(tài)，吹填土未得到有效固結(jié)。該類型場(chǎng)地可考慮的處理方式有：堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、水泥土攪拌樁、高真空降水聯(lián)合低能量強(qiáng)夯。堆載預(yù)壓土方量要求極大、工期要求長(zhǎng)，因此不適合本工程；深層攪拌樁是處理軟土地基的一種好方法，但本工程地基處理面積很大，若采用該方法勢(shì)必帶來(lái)很高的工程造價(jià)，且處理后影響后期場(chǎng)地建設(shè)基礎(chǔ)施工，亦不宜作為本場(chǎng)地吹填土處理方式；降水聯(lián)合強(qiáng)夯處理方法處理軟弱土層在上海地區(qū)已積累了較多的工程經(jīng)驗(yàn)，具有工期短、費(fèi)用低、適用于大面積的地基處理經(jīng)驗(yàn)，只要合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)、控制施工流程，該方法對(duì)于處理B 類型吹填土場(chǎng)地能取得較好效果。對(duì)于真空預(yù)壓處理方式，由于吹填土含粉性顆粒較多，難以形成大面積負(fù)壓區(qū)，造價(jià)較降水聯(lián)合強(qiáng)夯方式高，綜合考慮，B 類型場(chǎng)地不宜選擇真空預(yù)壓方式。

4.1.3 C類場(chǎng)地

該類型場(chǎng)地的第①2層淤泥較厚，呈流塑狀態(tài)。地基土承載力無(wú)法滿足強(qiáng)夯設(shè)備的施工，因此不宜采用強(qiáng)夯的施工方法。對(duì)于真空預(yù)壓處理方式，由于吹填土以下為粉性土，難以形成大面積負(fù)壓區(qū)，因此C類場(chǎng)地亦不適合真空預(yù)壓的地基處理方式。根據(jù)地基處理經(jīng)驗(yàn)，可以選用：排水固結(jié)＋振動(dòng)碾壓。

經(jīng)考察，該處理方式在臨港吹填土處理中取得顯著的效果。該方法首先通過(guò)設(shè)置主、次排水溝、排水碎石墊層等梯級(jí)表層排水系統(tǒng)，以及土體內(nèi)設(shè)置塑料排水板形成豎向排水通道，使土體經(jīng)過(guò)充足時(shí)間（一般需2個(gè)月左右）排水，使土體強(qiáng)度得到固結(jié)提高，然后再其上鋪設(shè)20～30cm的道碴或碎石，通過(guò)大噸位的（21t以上）的振動(dòng)壓路機(jī)在其進(jìn)行多次迂回振動(dòng)碾壓（沖擊壓實(shí)），達(dá)至改善土體強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的作用，使場(chǎng)地淺部形成一定厚度的硬殼層，使其可滿足一般施工設(shè)備的施工行走。

A 類場(chǎng)地土性較好，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，僅需常規(guī)整平即可。高爾夫球場(chǎng)需要堆土造型，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮，堆載預(yù)壓最為合適。因此，本項(xiàng)目主要針對(duì)B 類場(chǎng)地、C 類場(chǎng)地進(jìn)行地基處理，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。

4.2 處理方案的論證選取

4.2.1 A類場(chǎng)地處理方案

根據(jù)A類場(chǎng)地特性，該場(chǎng)地土性較好，僅需常規(guī)整平即可滿足施工設(shè)備操作及行走要求。

4.2.2 B類場(chǎng)地處理方案

根據(jù)B 類場(chǎng)地特性，B 類場(chǎng)地地基處理建議采用：井點(diǎn)降水聯(lián)合強(qiáng)夯的地基處理方式。

4.2.3 C類場(chǎng)地處理方案

根據(jù)C類場(chǎng)地特性，C類場(chǎng)地地基處理建議采用：排水固結(jié)＋振動(dòng)碾壓。根據(jù)淺層軟土的厚度，C類場(chǎng)地分為C1、C2兩種類型，采用排水固結(jié)+振動(dòng)碾壓地基處理時(shí)，通過(guò)調(diào)整塑料排水板的長(zhǎng)度及布置密度、碾壓施工遍數(shù)，以達(dá)到預(yù)期的地基處理效果。但C類場(chǎng)地上述處理方案成本較高，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，因地制宜，考慮該區(qū)域采砂便利，且僅增加部分運(yùn)輸成本，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)論證，可將C類場(chǎng)地人為轉(zhuǎn)化為B類場(chǎng)地，故最終確定，C類場(chǎng)地的處理方案為：回填砂土+井點(diǎn)降水聯(lián)合強(qiáng)夯，以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效果。

5 試驗(yàn)方案及測(cè)試結(jié)果

各區(qū)域預(yù)處理有效深度和承載能力有不同要求，在綜合考量場(chǎng)地地質(zhì)條件以及工程實(shí)際情況后，共選取工程中4個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試夯,每個(gè)試驗(yàn)區(qū)面積約900m2(30m×30m)，其中第4個(gè)試驗(yàn)區(qū)將人為創(chuàng)造條件將C型場(chǎng)地轉(zhuǎn)化為B型場(chǎng)地。

為對(duì)試夯過(guò)程進(jìn)行全方位動(dòng)態(tài)觀測(cè)，在試夯前設(shè)置地表沉降觀測(cè)記錄點(diǎn)、孔隙水壓力觀測(cè)點(diǎn)、地表土水平位移觀測(cè)點(diǎn)以及地下水位觀測(cè)井等。試夯后使用靜力觸探和標(biāo)貫試驗(yàn)方法來(lái)檢測(cè)加固結(jié)深度與固結(jié)度,對(duì)加固后地基承載力的檢測(cè)則采用載荷板試驗(yàn)進(jìn)行確定。

通過(guò)試夯區(qū)試夯前后靜力觸探、標(biāo)貫試驗(yàn)和載荷板試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以得出,試夯在地基固結(jié)度、固結(jié)深度和承載能力等方面可以滿足吹砂回填軟土地基預(yù)處理后的設(shè)計(jì)要求,得到的施工參數(shù)達(dá)到了工期、效果與經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)結(jié)合，可用于大面積場(chǎng)地降水強(qiáng)夯預(yù)處理施工中。結(jié)合該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件，在取砂較為便利，除產(chǎn)生運(yùn)輸成本外，并無(wú)購(gòu)買砂源的額外支出，可將上述C類場(chǎng)地人為轉(zhuǎn)換為B類場(chǎng)地，因此綜合考慮以上因素后的選擇在本工程中最終選用的是降水強(qiáng)夯法。

本工程地基預(yù)處理的測(cè)試結(jié)果證明，選用降水強(qiáng)夯法對(duì)吹砂回填軟土地基場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)處理是可行的,在時(shí)間緊迫的狀況下更具有優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)目建(構(gòu))筑物種類繁多，并要求對(duì)地基預(yù)處理后達(dá)到不同效果,針對(duì)此情況，綜合考慮各種因素后，采用降水強(qiáng)夯法分片分區(qū)的進(jìn)行處理，達(dá)到工期、效果與經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)結(jié)合。本工程地基預(yù)處理的測(cè)試結(jié)果證明，選用降水強(qiáng)夯法對(duì)吹砂回填軟土地基場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)處理是可行的,在時(shí)間緊迫的狀況下更具有優(yōu)勢(shì)。