濰坊港中港區(qū)西作業(yè)區(qū)無填料振沖地基處理技術

朱洪濤，邢樹軍，范瑩瑩

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

關鍵字：吹填；粉土地基；無填料振沖；地基加固

引 言

濰坊港中港區(qū)位于萊州灣南岸白浪河入海口的西側，為濰坊港重點發(fā)展的港區(qū)，是以散雜貨運輸為主、臨港工業(yè)區(qū)原材料及產(chǎn)成品運輸為輔的綜合性港區(qū)，擬建的6～8多用途泊位及9～11通用泊位兩個工程，碼頭總長度約 1 347 m，陸域縱深675 m，陸域總面積約91萬m2。由于工程陸域面積大，地基加固方案選取是否恰當，不僅對堆場工程的質(zhì)量、工期、造價都有重大影響，更重要的是，地基處理效果直接關系到整個工程能否按期建成，以及建成后能否按設計要求的正常使用，發(fā)揮最大效益。

1 概 況

擬新建的多用途及通用泊位堆場陸域由港池航道疏浚土吹填形成，大部分區(qū)域沖填土主要為粉土（面積約79萬m2），具有含水率高，飽和度高，強度低，極易震動液化的特點，大部分粉粒含量（0.075～0.005 mm）均在88 %～90 %范圍（如表1所示），平均標貫擊數(shù)N＜1擊，分層厚度為 5.8～10.0 m；場地西側水門區(qū)域在吹填過程中集結了大量粉細砂細顆粒與淤泥質(zhì)粘土（面積約12萬m2），該區(qū)域的吹填土處于松散狀態(tài)且含泥量較高，含水率接近飽和狀態(tài)；原始場地上部為全新統(tǒng)中后期海相沉積的粉土，下部為全新統(tǒng)早期沖-海相沉積的粉土和粉質(zhì)黏土等。工程要求地基處理完成后地基承載力特征值不小于 120 kPa，殘余沉降不大于50 cm。

表1 吹填粉土顆粒平均分布

2 地基處理方案

由于粉土顆粒較細，按規(guī)范及傳統(tǒng)不可采用無填料振沖處理。國內(nèi)外一般認為無填料振沖適用于處理黏粒含量小于10 %的粗砂和中砂地基，而粉細砂、吹填粉細砂顆粒較細而均勻，難以自行塌孔形成擠密效果，對于粉細砂及吹填細砂地基，是否可以采用不加填料的振沖法進行加固是有爭議的[1]，近年來，唐山港曹妃甸港區(qū)采用多點共振（或脅迫）無填料振沖工藝處理粉細砂地基取得了較好的處理效果，嚴格意義上講它與規(guī)范中所指簡單的傳統(tǒng)無填料振沖施工工藝有一定區(qū)別，多點共振無填料振沖可以在合理間距內(nèi)布置 2～3個振沖頭的同時施振，克服粉細砂不易塌孔的難題，突破深層松散粉細砂地基加固機制的瓶頸[2]，對于粉土地基采用無填料振沖基本沒有成功的案例。

臨近本工程東側中港區(qū)液體化工泊位曾進行場地排水+無填料振沖處理施工，該工程場地地基條件同本工程類似，為新吹填粉土地基，該處理方法預先采用水上挖掘機晃動吹填粉土，在飽和松散的粉土受到動力重復荷載作用時，破壞原吹填土內(nèi)部結構，土體將發(fā)生體積的收縮，體積的快速收縮將導致超孔隙水壓力來不及消散而急劇上升，破壞土的原有結構直到產(chǎn)生液化，待超孔隙水壓力消散后，使吹填砂顆粒重新排列而趨于密實，達到排水固結的目的。之后依靠振沖器的反復強力振動、水沖以及水平振擠等作用，使振沖器周圍的初步排水固結的吹填粉土層再次發(fā)生短暫液化或結構破壞，粉土顆粒在液化后重新排列，在上負荷重力和振動作用下，向低勢能位置轉(zhuǎn)移，顆粒間孔隙減少，使得處理范圍內(nèi)的土層形成更為密實的結構，從而提高吹填粉土層的承載力和抗液化能力，達到加固密實的目的，最終地基處理完成后地基承載力特征值可達到 120 kPa。綜合考慮擬建工程的使用荷載及臨近工程無填料振沖施工經(jīng)驗，擬預先經(jīng)場地擾動預排水+無填料振沖的試驗區(qū)典型施工，待檢驗合格后可以推廣應用于后續(xù)堆場陸域吹填粉土地基大面積采用。

3 典型施工處理

在粉土吹填區(qū)選取3 000 m2進行典型施工，先采用一臺SLW220型水上挖機對典型施工區(qū)域進行預先進行擾動排水，擾動點距 1.5～2.0 m，擾深1.2～1.5 m，連續(xù)三日每日各擾動一遍，沿場地周邊分塊開挖排水溝，人工配合機械輔助排水，同時對場地內(nèi)較軟區(qū)域機械補充進行擾動，以滿足后續(xù)施工設備進場要求。

擾動排水地基初步固結后，結合新近吹填粉土顆粒分布及鄰近已完成工程的施工經(jīng)驗，需合理制定無填料振沖的主要相關設計參數(shù)。

1）造孔水壓及出水量

由于新近吹填粉土粉粒含量較高，施工時注意造孔時水壓和水量都不必很大，以避免水量過大或壓力過高致使孔口回水量增大流速增高，以帶走大量細顆粒形成淤積，降低處理效果。初步擬定水壓控制在0.3～0.6 MPa，水量控制在200～400 L/min，使振沖器盡快沉入土中，直到達到設計處理深度，并將水量調(diào)至最小。

2）留振時間

新近吹填粉土相對粉砂及中粗砂孔隙比要小，超孔隙水壓力的消散比較緩慢，同樣達到液化所需要的時間也較長，液化的影響范圍較廣，因此應有足夠的分段留振時間，使振動及振密加固地基土得到最大程度的發(fā)揮，使得每段留振范圍內(nèi)的土體得到充分液化，這樣才能最大程度的加固地基土體?？紤]振沖器下沉至設計深度后留振60 s，之后慢速上拔，每上拔0.5 m留振20～30 s，然后依次上拔、留振直到孔口。

3）振沖點布置形式及間距

為了減少細顆粒較多產(chǎn)生流態(tài)區(qū)，擴大擠密區(qū)范圍，通過降低水壓、控制振沖器的運動速率和上提間距，適當拉大振動點之間的間距，來克服顆粒較細擠密效果差的弊端。初步擬定振沖點間距2.6 m，正三角形布置（采用三點脅迫共振），采用三次振沖施工法（三次下沉、三次提升），振動深度7 m。

由于淺層地基土土質(zhì)及圍壓小，表層2～3 m地基土振沖效果相對稍差，因此無填料振沖完成后，進行場地排水，上部需要疊加小能量滿夯施工，初步擬定滿夯兩遍，夯擊能1 000 kN·m，后利用振動壓路機進行碾壓密實，提高表層地基土的密實度及承載力。

4 效果分析

粉土地基的孔隙水壓力消散比較緩慢，隨著孔隙水壓力消散，地基強度增長隨之增長，即存在一個強度增長時間效應問題[3]，因此處理完成后地基需留有一定的強度增長期，結合已有工程經(jīng)驗，在地基處理全部完成后2周以上，采用標準貫入試驗、靜力觸探及載荷板試驗進行地基處理效果檢測，具體檢測結果匯總見表2～3、圖3。

表2 典型施工區(qū)加固前后地基土指標

表3 靜力觸探結果

圖3 典型施工區(qū)域載荷試驗曲線

對比典型施工區(qū)處理前后地基土標貫試驗結果可知，無填料振沖的加固處理完成后，處理效果較為顯著，吹填粉土層標貫擊數(shù)均提高到不小于10擊，同時處理后場地平均沉降約50～60 cm，處理范圍內(nèi)消除了地基液化和沉降；由載荷試驗可知，終止載荷為 240 kPa，處理后地基承載力特征值為均不小于 120 kPa；同時觸探結果表明處理后的吹填粉土地基均勻性已得到較大的改善，可以在地基淺層形成一均勻的相對硬層，從而有效消除地基的不均勻沉降。綜合判斷場地預排水+無填料振沖法處理本場地地基能夠達預期的目的，可以大面積應用于新近吹填粉土區(qū)。

5 結 語

典型施工區(qū)檢測合格后，6#～11#通用及多用途堆場吹填粉土區(qū)開展大面積無填料振沖施工，施工完成后采用標貫試驗、載荷板試驗等手段檢測，地基承載力特征值均達到120 kPa的設計要求，且場地液化情況基本消除。后續(xù)臨近的12#～14#通用散貨工程、歡樂海游艇碼頭工程等項目的陸域堆場粉土地基均采用了擾動預排水+無填料振沖的處理方法，取得了滿意的處理效果。

1）無填料振沖法處理中粗砂及粉細砂地基加固中已有廣泛的應用，但在粉土地基中應用較少，通過中港區(qū)新建件雜貨及通用堆場的典型施工及后續(xù)工程的大面積應用，場地擾動排水后的無填料振沖加固工藝可應用于本港區(qū)粘粒含量≤10 %的新近吹填粉土地基中，該方案具有施工效率高、明顯節(jié)約工程投資等優(yōu)勢，具有較大的社會和經(jīng)濟效益。

2）細顆粒含量的多少對無填料振沖的施工參數(shù)和地基加固質(zhì)量有較大的影響，采用無填料振沖法進行粉土地基加固前，必須先在典型區(qū)域做試驗區(qū)，驗證有關技術參數(shù)及無填料振沖在本場區(qū)的適用性。