濱海人工吹填區(qū)地基處理方法探討

馮安民

（錦州玉帛鐵道勘察設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司，遼寧 錦州 121017）

1.工程概況

該項(xiàng)目地位于盤(pán)錦市遼濱經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，場(chǎng)地所處地貌單元屬遼東灣沿海區(qū)，后經(jīng)吹填形成的場(chǎng)地，地形較平坦。根據(jù)鉆探揭示，場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)由第四系全新統(tǒng)人工填筑層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積地層（Q4mc）組成。地層多為飽和松散的粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、軟塑～流塑的黏土等，壓縮性高，承載力低，工程性質(zhì)較差。按其時(shí)代、成因及工程地質(zhì)性質(zhì)，劃分為如下工程地質(zhì)層：

1.1 第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml)

①1素填土（吹填土）：灰褐色，主要由粉砂、細(xì)砂、淤泥質(zhì)土吹填形成，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差。據(jù)調(diào)查，素填土（吹填土）沉積年限約4~5 年。層厚1.6~11.8m，層底高程-7.71~2.65m。

①2素填土：碎石由花崗巖破碎形成，可見(jiàn)最大塊徑120mm，碎石間隙內(nèi)充填黏性土及砂土。結(jié)構(gòu)松散。層厚0.6~3.2m，層底高程0.87~3.61m。

1.2 第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積地層（Q4mc)

②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：黑灰色，流塑，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，含粉土及粉砂薄夾層，且局部夾層較多，近互層。層厚：0.6~5.3m，層底高程：-6.44~0.25m。

③粉質(zhì)黏土：灰褐色，灰黑色，含較多有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片，有腥臭味，刀切面無(wú)光澤，干強(qiáng)度低，韌性低，無(wú)搖振反應(yīng)，呈軟塑狀態(tài)，含粉土及粉砂薄夾層，且局部夾層較多，近互層。為新進(jìn)沉積土。層厚：0.3~19.7m，層底高程：-21.38~-2.66m。

④粉砂：灰褐色，石英、長(zhǎng)石質(zhì)，顆粒較均勻，磨圓度較好，充填較多黏性土、有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片，多與黏性土互層分布。該層為新進(jìn)沉積土，飽和，松散－稍密狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚：0.3~7.8 m，層底高程：-16.45~-3.68m。

⑤粉砂：灰褐色，石英、長(zhǎng)石質(zhì)，顆粒較均勻，磨圓度較好，充填較多黏性土、有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片，多與黏性土互層分布。該層為新進(jìn)沉積土，飽和，稍密狀態(tài)。該層分布不連續(xù)，層厚：0.5~7.8 m，層底高程：-17.14~-11.56 m。

⑥粉砂：灰褐色，石英、長(zhǎng)石質(zhì)，顆粒較均勻，磨圓度較好，充填少量黏性土，飽和，中密。該層分布連續(xù)，層厚：0.4~5.7m，層底高程：-27.25~-14.67m。

⑦細(xì)砂：灰褐色，石英、長(zhǎng)石質(zhì)，顆粒較均勻，磨圓度較好，充填少量黏性土，飽和，密實(shí)。該層分布連續(xù)，層厚：0.5~12.7m，層底高程：-29.02~-18.80m。

⑧粉質(zhì)黏土：灰褐色，軟可塑～硬可塑，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等。該層分布不連續(xù)，層厚：0.2~4.3 m，層底高程：-32.16~-21.88m。

⑨細(xì)砂：灰褐色，石英、長(zhǎng)石質(zhì)，顆粒較均勻，磨圓度較好，充填少量黏性土，飽和，密實(shí)。本次鉆探未鉆穿該層，最大揭露層厚52.8m。

上述②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③粉質(zhì)黏土層以海相沉積為主，其它地層以海陸交互相為主。

場(chǎng)地內(nèi)地下水位較高，且與海水連通，水力聯(lián)系密切，主要以海水滲透為主，其水位主要受海水潮汐控制。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有中腐蝕性；對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在干濕交替時(shí)有中腐蝕性；在長(zhǎng)期浸水作用時(shí)有微腐蝕性。場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，設(shè)計(jì)特征周期為0.55s。

2.地基處理方案

2.1 場(chǎng)區(qū)處理分類(lèi)

場(chǎng)區(qū)待處理區(qū)域按功能主要分為三類(lèi)：第一類(lèi)場(chǎng)地包括室外地坪、綠化帶等不均勻沉降要求不嚴(yán)格及不需要消除液化沉陷的場(chǎng)地；第二類(lèi)場(chǎng)地包括廠區(qū)道路、停車(chē)場(chǎng)、管溝帶、室內(nèi)地坪等需適當(dāng)控制沉降及部分消除液化沉陷的場(chǎng)地；第三類(lèi)場(chǎng)地為荷載較大且沉降要求受控的鋁粉倉(cāng)庫(kù)、炭塊倉(cāng)庫(kù)、室內(nèi)中小型動(dòng)力設(shè)備等室內(nèi)地坪場(chǎng)地。

2.2 場(chǎng)地地基處理原則

Ⅰ類(lèi)場(chǎng)地：地基處理后，改善地表以下2m 地基土的不均勻性，地基承載力特征值均不小于70kPa。

Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地：地基處理后，部分消除吹填土的液化沉陷，液化等級(jí)由現(xiàn)在的嚴(yán)重提高至中等。改善地表以下4m 以?xún)?nèi)的吹填土地基土的不均勻性，有效加固深度內(nèi)的吹填土地基承載力特征值均不小于100kPa，變形模量不小于6MPa。建立淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土豎向排水通道，加快排水固結(jié)進(jìn)程，適當(dāng)減小工后沉降。

Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地：地基處理后，全部消除吹填土的液化沉陷，液化等級(jí)由現(xiàn)在的嚴(yán)重提高至輕微，可靠提高吹填土及地基土的均勻性。吹填土地基承載力特征值均不小于130kPa，變形模量不小于8MPa。建立淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土豎向排水通道，加快排水固結(jié)進(jìn)程，提高復(fù)合地基壓縮模量，滿(mǎn)足工后沉降要求。

3.樁基設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

振沖碎石樁樁間距：根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）7.2.2 條第4 款1）規(guī)定，樁間距應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，并應(yīng)符合下面規(guī)定：因處理深度較大，選用75KW 振沖器，布樁間距可采用1.5m~3.0m?？紤]到場(chǎng)地處理深度地基土為素填土（吹填土）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土壓縮模量小，地基處理后壓縮模量提高較大，應(yīng)采用較大的置換率才能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)院關(guān)于沉降的要求。因處理范圍大，為節(jié)省工程造價(jià)，為優(yōu)化地基處理設(shè)計(jì)提供依據(jù)，采用較低置換率（較大的樁間距），本次振沖碎石樁的樁間距取1.6m、1.8m、2.0m。

沉管砂石樁樁間距：根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）7.2.2 條第4 款2）規(guī)定，沉管砂石樁樁間距不宜大于砂石樁直徑的4.5 倍（4.5×0.4=1.8m)，對(duì)松散的地基土，應(yīng)根據(jù)擠密后要求達(dá)到的孔隙比確定。根據(jù)場(chǎng)地填土原位測(cè)試成果判定，結(jié)合以往吹填土區(qū)域地基處理工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)要求沉管砂石樁振密消除或部分消除地基土液化時(shí)，應(yīng)采用較小的樁間距，保證處理效果。故確定沉管砂石樁的樁間距取1.2m、1.3m、1.4m。

4.施工情況

4.1 施工設(shè)備投入

本次地基處理施工共計(jì)組織施工設(shè)備4 臺(tái)，包括強(qiáng)夯設(shè)備1 臺(tái)，沉管砂石樁設(shè)備2 臺(tái)，振沖碎石樁設(shè)備1 臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)施工采用自發(fā)電。檢測(cè)設(shè)備包括載荷試驗(yàn)設(shè)備、土基回彈模量設(shè)備、標(biāo)貫（重型動(dòng)力觸探）試驗(yàn)采用機(jī)械提升自動(dòng)落錘標(biāo)貫（重型動(dòng)力觸探）設(shè)備及檢測(cè)試驗(yàn)成孔鉆探設(shè)備。

4.2 強(qiáng)夯施工情況

根據(jù)地基處理方案，本次強(qiáng)夯施工，夯擊能為1000kNm、1500kNm、2000kNm、2500kNm、3000kN，共計(jì)5 種。夯錘重量采用13t、22t，夯錘采用圓形，直徑2.4m?，F(xiàn)場(chǎng)施工按強(qiáng)夯試驗(yàn)方案技術(shù)要求完成。強(qiáng)夯施工區(qū)塊平面布置圖，如下：

根據(jù)強(qiáng)夯施工現(xiàn)場(chǎng)沉降測(cè)量統(tǒng)計(jì)，夯擊能1000kNm 的平均夯沉量為0.75m；夯擊能1500kNm 的平均夯沉量為0.65m；夯擊能2000kNm 的平均夯沉量為0.85m；夯擊能2500kNm 的平均夯沉量為1.07m；夯擊能3000kNm 的平均夯沉量為1.00m。

根據(jù)夯沉量統(tǒng)計(jì)sy7 區(qū)夯沉量較大，根據(jù)施工記錄，sy7 區(qū)施工時(shí)周?chē)孛姘l(fā)生隆起，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)平均隆起高度400mm，統(tǒng)計(jì)夯沉量時(shí)第二遍點(diǎn)夯夯沉量較大，經(jīng)分析sy7 區(qū)第二遍點(diǎn)夯前降雨，受降雨影響，回填區(qū)受雨水浸泡，吹填層含水量增加，造成第二遍點(diǎn)夯夯沉量較大。

4.3 沉管砂石樁施工情況

根據(jù)地基處理試驗(yàn)方案，本次沉管砂石樁施工，沉管砂石樁的樁間距1.2m，1.3m，1.4m。樁徑為400mm，樁長(zhǎng)為8.8m，11.0m，13.8m?，F(xiàn)場(chǎng)施工按沉管砂石樁試驗(yàn)方案技術(shù)要求完成。沉管砂石樁施工區(qū)塊平面布置圖，如下：

受回填區(qū)材料及強(qiáng)夯影響，沉管砂石樁施工時(shí)先將表層回填山皮石清除1 米，然后正常施工，終孔投料、砂石料振密、樁套管拔出等施工工序嚴(yán)格按照沉管砂石樁試驗(yàn)參數(shù)，控制施工。正式施工前，在試樁時(shí)，樁管提升過(guò)程中，樁尖自動(dòng)打開(kāi)受到地層裹包影響，導(dǎo)致樁管內(nèi)的砂石流入孔內(nèi)受阻，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)解決，施工時(shí)在樁尖上部安裝圓形套筒。有效解決投料問(wèn)題。沉管砂石樁施工結(jié)束后統(tǒng)一采用振動(dòng)碾碾壓2 遍處理。

4.4 振沖碎石樁施工情況

根據(jù)地基處理試驗(yàn)方案，本次振沖碎石樁施工，沉管砂石樁的樁間距1.6m，1.8m，2.0m。樁徑為800mm，樁長(zhǎng)為17.3m，23.0m。現(xiàn)場(chǎng)施工按振沖碎石樁試驗(yàn)方案技術(shù)要求完成。施工情況如下：

實(shí)際施工時(shí)經(jīng)過(guò)試樁，并參照地質(zhì)勘察鉆孔資料，設(shè)備的功效及我公司以往類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，最終施工樁長(zhǎng)為23.0m。本次振沖器采用75kW 振沖器，施工過(guò)程中成孔水壓按200-600kPa 控制，造孔速度平均1m/min。振沖器密實(shí)電流按75A-80A 控制。

5.地基處理結(jié)論

5.1 強(qiáng)夯地基處理

綜合考慮造價(jià)、工期、施工工藝適用情況，強(qiáng)夯夯擊能在1000kNm~1500kNm 范圍時(shí)，地表以下2m 地基土可得到改善，強(qiáng)夯處理后地基承載力特征值可滿(mǎn)足70Kpa 設(shè)計(jì)要求。可用于室外地坪、綠化帶等不均勻沉降要求不嚴(yán)格及不需要消除液化沉陷的場(chǎng)地。

強(qiáng)夯夯擊能在2000kNm~3000kNm 范圍時(shí)，地表以下4m地基土可得到改善，強(qiáng)夯處理后地基承載力特征值≥100Kpa，變形模量≥6MPa，土基回彈模量35.2~47.2MPa，平均值41.9MPa，可用于廠區(qū)道路、停車(chē)場(chǎng)、管溝帶、室內(nèi)地坪等需適當(dāng)控制沉降及部分消除液化沉陷的場(chǎng)地。局部根據(jù)設(shè)計(jì)具體要求，可選擇性使用沉管砂石樁。

5.2 沉管砂石樁地基處理

沉管砂石樁施工樁徑400mm，樁間距1.2m、1.3m、1.4m。樁長(zhǎng)8.8m、11.0m、13.8m。綜合考慮造價(jià)、工期、施工工藝適用情況，建議采用樁徑400mm，樁間距1.3m、1.4m。樁身材料的用量約為理論樁體的1.35。根據(jù)施工情況，沉管砂石樁施工前先鋪填一層山皮石作為施工作業(yè)面，回填厚度不小于1000mm。待沉管砂石樁施工完成后，在進(jìn)行表層碾壓或夯實(shí)處理。

在廠區(qū)道路、停車(chē)場(chǎng)、管溝帶、室內(nèi)地坪等需適當(dāng)控制沉降及部分消除液化沉陷的場(chǎng)地適當(dāng)選取沉管砂石樁+強(qiáng)夯的地基處理方案。

5.3 振沖碎石樁地基處理

振沖碎石樁施工樁徑800mm，樁間距1.6m、1.8m、2.0m。樁長(zhǎng)17.3m、23.0m。綜合考慮造價(jià)、工期、施工工藝適用情況，采用樁徑800mm，樁間距1.8m、2.0m。樁身材料的用量約為理論樁體的1.34。

在荷載較大且沉降要求受控的鋁粉倉(cāng)庫(kù)、炭塊倉(cāng)庫(kù)、室內(nèi)中小型動(dòng)力設(shè)備等室內(nèi)地坪場(chǎng)地采用振沖碎石樁+強(qiáng)夯的地基處理方案。