摘 要：隨著我國國民經濟的快速發展，越來越多吹填形成的灘地需進行地基處理，針對不同的地層情況，必須采用適宜的地基處理方案。本文就東營港某項目吹填地基處理深度達8m進行了經驗總結，同時對地基處理施工實踐中遇到的一些問題進行了探討。
關鍵詞：吹填 淤泥 液化 真空 輕型井點 強夯 實錄
1. 工程概況
某項目位于東營港區，場地為海邊吹填形成的灘地，地勢低洼平坦，后經人工回填整平，地勢相對平坦。在地貌單元上，勘察場地屬于第四紀黃河三角洲沖積平原。
根據東營港地基處理經驗，東營港區地基處理深度一般為4～5m，多采用預排水動力固結法或高真空擊密法;對第③層淤泥質粉質粘土的處理多采用深層攪拌樁;地基承載力要求較高時，多采用鉆孔灌注樁或PHC管樁。
本工程場區地層主要為表層新近素填土和第四系全新統陸相沖擊、海相沉積和海陸交互相沉積形成的粉土層、粉質粘土層及砂土層。工程地質剖面圖見圖1，物理力學參數見表1。
各土層物理力學參數表 表1
巖土
編號 |
天然
含水量w(%) |
天然
孔隙比
e |
液限wL(%) |
重力
密度γ（kN/m3） |
壓縮
模量Es
(MPa) |
承載力
特征值(kPa) |
|
②粉土 |
27.8 |
0.981 |
28.9 |
17.3 |
2.92 |
100 |
|
③淤泥質粉質粘土 |
48.6 |
1.285 |
46.2 |
17.5 |
3.30 |
65 |
|
④粉土 |
26.8 |
0.797 |
28.4 |
18.9 |
7.82 |
140 |
|
備注：第②層飽和粉土為輕微液化土層，場地為輕微液化土地。 |
本工程處理后地基需達到以下要求：
?、盘幚砗蟮牡乇淼鼗休d力特征值應大于130kPa;
?、铺幚砩疃鹊降冖蹖佑倌噘|粉質粘土。
2. 試驗處理方案
2.1設計方案的選擇
?、俦卷椖刻幚砩疃纫蟮降冖蹖佑倌噘|粉質粘土，處理深度約8m，根據當地經驗，若采用深層攪拌樁進行地基處理，首先需對場地進行預處理，滿足人員及設備行走要求，之后再進行地基處理。這種方法工期長，成本高。
?、诓捎酶哒婵論裘芊ǎて陂L、成本高。
?、鄄捎贸Ｒ庮A排水動力固結法，強夯夯擊能低，處理深度無法滿足要求。采用高能量預排水動力固結法，成本低，處理深度可以滿足要求。
深層攪拌樁、高真空擊密法、高能量預排水動力固結法三種方案經濟分析對比如表2所示。
三種方案經濟分析對比 表2
|
序號 |
地基處理形式 |
單方造價(元/m2) |
|
1 |
深層攪拌法 |
110 |
|
2 |
高真空擊密法 |
70 |
|
3 |
高能量預排水動力固結法 |
50 |
2.2處理方案
根據當地施工經驗，在充分分析本工程《巖土工程勘察報告》的基礎上，特制定以下處理方案：
?、盘幚矸桨福翰捎贸凉苌皹?強夯施工。
⑵施工順序：先施工砂樁，再進行強夯處理。
?、窃O計參數：
砂樁：砂樁直徑Φ400mm，間距為3.0m，等邊三角形布置，樁長7.5～8.7m，要求砂樁進入第④層粉土(Q4al)不小于50cm。
強夯：強夯點夯2遍，滿夯1遍，點夯夯擊能為4000kN.m，夯點按6m×6m間距布置，滿夯夯擊能為2000kN.m。
2.3處理過程
為驗證設計方案的可行性，同時為大面積地基處理施工提供相關參數。本工程選擇了兩個試驗區進行地基試處理。
2.3.1試驗一區
試驗一區位于場區中部北側，試驗面積24m×24m。砂樁施工完成，進行孔隙水壓力計埋設，之后開始點夯施工。點夯夯擊能為4000kN.m，點夯施工過程中，因表層土(①素填土)以飽和粉土為主，強夯機周圍經擾動液化。點夯1擊夯沉量平均值為92.5㎝，夯坑過深拔錘困難，繼續夯擊夯坑周圍地面隆起明顯，機械下陷嚴重，隨即停止夯擊。第1、2遍點夯擊數均為1擊。
兩遍夯擊之間間隔時間通過孔隙水壓力計進行觀測，經實測，3天孔隙水壓力消散率達到75%以上，5天達到90%以上。為確保孔隙水壓力得到充分消散，強夯過程中兩遍夯擊之間間隔時間為5天。試驗一區孔隙水壓力消散曲線如圖2所示。
按照設計方案進行二遍點夯后，地基處理未得到有效加固，為此，增加了強夯遍數，后續施工中，共對該區進行了6遍點夯，夯擊能4000kN.m，第3、4遍點夯夯擊次數為2擊，第5、6遍點夯夯擊次數為3擊。經統計：第5遍、第6遍點夯最后兩擊平均夯沉量分別為29.6cm和32.2cm。
點夯施工完成后，地下水位上升至地表，大量水進入①層雜填土中，致使①層雜填土含水處于飽和狀態，因此造成表層松軟，經長時間地下水仍無法自行滲出，1m以下滿足設計要求，采用輕型井點降水對該區進行降水試驗，縱向排水管長6m。根據現場實測單泵排水量約為0.3m³/小時，出水量很小。該區采用1000kN.m夯擊能滿夯結束后，試樁區內地表泛水較明顯，該降水方案作用較小，表層約1m地層無法固結，①層素填土、②層粉土中的水位下降不明顯，停泵后水位又恢復。針對試驗情況，及時對降水方案進行了調整，重新下設了井點管，將縱向排水管長度調整為4.0m進行降水，效果良好，之后采用600kN.m夯擊能進行了滿夯。
2.3.2試驗二區
試驗二區位于場區中部北側，試驗面積24m×24m，根據試驗一區施工情況，我方對試驗二區強夯夯擊能進行了調整，第1、2遍點夯夯擊能1000kN.m，第3、4遍點夯夯擊能2000kN.m，第5、6遍點夯夯擊能4000kN.m，滿夯夯擊能1000KN.m。其它情況與試驗一區基本相同。
2.3.3施工過程中存在的問題
2.3.3.1砂樁施工問題
砂樁施工過程中發現提管過程中砂料在③層淤泥質粉質粘土層下料不順暢，分析原因主要是因為③層土為軟塑～流塑狀，在砂樁提管過程中形成真空，導致孔壁回縮，進料不連續。
施工初期，采用先加水后加砂料，使砂料形成流體狀的方法，克服了此問題。但是，這種方法由于天氣寒冷，容易造成管道凍結，無法實施，為此，我公司發明了一種新型的施工方法，即采用空壓機在沉管下部邊送氣邊提管，不讓其形成真空的方法，有效克服了此問題(如圖3所示)。
2.3.3.2強夯施工安全問題
試驗一、二區強夯施工過程中，地下水位上升至地表，大量水進入①層雜填土中，致使①層雜填土含水處于飽和狀態，因此造成表層松軟，強夯施工過程中，如果不進行降水施工，①層雜填土液化較嚴重，表層松軟，機械行走及起吊錘作業十分困難，稍有不慎極易發生安全事故。
2.3.3.3超孔隙水壓力消散導致工期延長
強夯施工過程中，導致①層雜填土含水處于飽和狀態，自然消散十分緩慢，通過明排水短期內不能將①層雜填土中的水排出，為了縮短工期，必須采用有效的降水方法。
針對現場實際情況，采用了輕型井點降水方法，插管深度經過多次試驗，最終將表層及②層粉土中的水強行排出，有效降低了土層中含水量，最后采用滿夯補強表層土，使其固結，達到了設計要求。
2.4處理效果
試驗一區和試驗二區處理效果如表3所示。
試驗一區和試驗二區處理效果 表3
巖土
編號 |
天然含水量
w(%) |
天然孔隙比
e |
壓縮模量
Es(MPa) |
承載力特征值(kPa) |
|
處理前 |
處理后 |
處理前 |
處理后 |
處理前 |
處理后 |
處理前 |
處理后 |
|
①填土 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
130 |
|
②粉土 |
27.8 |
30 |
0.981 |
0.791 |
2.92 |
7.7 |
100 |
150 |
|
③淤泥質粉質粘土 |
48.6 |
34.9 |
1.285 |
0.941 |
3.30 |
3.8 |
65 |
105 |
|
④粉土 |
26.8 |
24.8 |
0.797 |
0.684 |
7.82 |
10.2 |
140 |
150 |
因土質、夯點、夯間的差異性，強夯后地基土強度在水平上差異較小、而垂直方向上差異較大，受土質條件限制，強夯加固對第③層粉質粘土(局部淤泥質土)影響程度較小，地基土承載力提高幅度不大。
3.調整后試驗處理方案、過程及效果
根據試驗一區、二區的試驗情況，我們對試驗方案進行了調整：①采用沉管砂樁+輕型井點降水+強夯施工;②變被動排水為主動降水，先采用輕型井點將地下水位降至地面下3.5m后，再進行強夯施工。
砂樁施工完畢后，進行輕型井點降水施工，井點管水平間距1.0～1.5m，水平臥管排距5.5m，深度4.0m，采用自溢式真空泵抽水，如圖4所示。共抽水12天。試驗三區點夯分三種夯擊能施工，第一遍點夯采用2000kN.m和3000kN.m夯擊能，第二遍點夯采用2000kN.m、4000kN.m和3000kN.m夯擊能，第三遍點夯采用2000kN.m、4000kN.m和3000kN.m夯擊能，600kN.m夯擊能滿夯一遍。強夯施工過程中繼續抽水。強夯具體步驟如下：
?、挪捎萌辄c夯，一遍滿夯施工。夯點布置如圖5所示。
?、频谝槐辄c夯每點夯3擊;夯點布置于真空井點管排間，不影響真空降水施工。
?、堑诙辄c夯每點夯3擊;夯點布置于真空管上，二遍強夯前須將夯錘直徑范圍內的真空管拆除，留下夯間真空管，繼續進行抽水。
⑷第三遍點夯每點夯3擊;強夯前真空管拆除，僅剩場地外圍的井點管抽水。
?、蓾M夯一遍，采用600kN.m夯擊能，夯點之間搭接夯錘面積的1/3，滿夯前拆除外圍井點管。
試驗三區處理效果如表4所示。
試驗三區處理效果 表4
層號
巖性 |
平板載荷試驗 |
土工試驗 |
標準貫入試驗 |
靜力觸探試驗 |
綜合評價結果 |
承載力
特征值
fak
（kPa） |
變形
模量
E0
（MPa） |
承載力
特征值
fak（kPa） |
孔隙比
e |
承載力
特征值
fak（kPa） |
錘擊數
N |
承載力
特征值
fak
（kPa） |
比貫入
阻力
ps
（MPa） |
承載力
特征值
fak
（kPa） |
壓 縮
模 量
Es
（MPa） |
第①層
沖填土 |
≥130 |
19.34
～
29.78 |
135 |
0.729 |
140 |
21.2 |
145 |
7.7 |
130 |
|
第②層
粉土 |
165 |
0.697 |
170 |
19.7 |
175 |
10.9 |
150 |
8.0 |
第③層
粉質粘土 |
|
|
105 |
0.972 |
105 |
2.8 |
105 |
0.8 |
105 |
3.7 |
第④層
粉土 |
|
|
150 |
0.617 |
145 |
11.2 |
145 |
5.5 |
150 |
9.0 |
因土質、夯點、夯間的差異性，強夯后地基土強度在水平上差異較小、而垂直方向上差異較大，受土質條件限制2000kN.m 、3000kN.m 、4000kN.m各分區加固效果對第③層淤泥質粉質粘土影響差別不大，強夯加固對第③層影響程度較小，地基土承載力提高幅度不大。
根據本工程地基處理需求，經設計論證，③層淤泥質粉質粘土由于其自身的特性，承載力特征值由65kPa提高至105kPa可以滿足處理要求。
4. 處理方案確定
試驗一、二、三區檢測完成后，經業主、監理、設計院及相關專家研究討論，最終確定采用沉管砂樁+輕型井點降水+強夯施工方案。
⑴砂樁：直徑Φ400mm，間距為3.0m，等邊三角形布置，樁長7.5～8.7m，要求砂樁進入第④層粉土不小于50cm。
?、戚p型井點：強夯施工前降水12～15天。井點管水平間距1.0～1.5m，水平臥管排距5.5m，深4.0m，采用自溢式真空泵抽水，要求將水位降至地面以下至少3.5m。
?、菑姾唬核唤抵猎O計要求后，開始強夯施工，點夯三遍，夯點間距5.5m正方形布置。第一遍點夯夯擊能2000kN.m，第二遍點夯夯擊能4000kN.m，第三遍點夯3000kN.m，600 kN.m夯擊能滿夯一遍。孔隙水消散期為4天。在強夯施工期間，真空泵維持抽水。
5. 結論
5.1本項目采用砂樁+輕型井點降水+強夯地基處理方法成功對超軟弱地基進行了處理，處理深度達8m，成功解決了東營港區的超軟弱地基，形成了一種新的超軟弱地基處理方法，該方法在國內未見報道。
5.2氣動沉管砂樁成功解決了在淤泥質粉質粘土中成樁問題，該方法在國內未見報道。
5.3③層淤泥質粉質粘土為海相沉積層，俗稱“油泥層”，其上的①層素填土和②層粉土均為吹填形成，經試驗數據表明，輕型井點降水時，井點管不宜插入③層，該土滲透性差，采用真空降水將該層中的水抽出十分困難。
砂樁、強夯施工過程中，可將該層破壞，強迫該層中的地下水滲出。
5.4在表層土極易發生液化的場區進行強夯施工時，宜采用主動排水措施，有效將地下水排出后，再進行強夯施工，可有效避免表層土處于飽和狀態，發生液化現象，有效防止機械行走時安全事故發生;同時也可有效縮短工期。
5.5強夯夯擊能的確定
第一遍點夯：2000kN.m與3000kN.m超孔隙水壓力上升值對比，發現2000kN.m強夯的超孔隙水壓力要高于3000kN.m的超孔隙水壓力，說明第一遍點夯采用3000kN.m就已經將地層破壞，能量分散，效果不如2000kN.m強夯效果好。
第二遍強夯：采用4000kN.m強夯，目的是對深層地基土進行處理，此時仍有一部分井點管抽水，可確保不出現地下水上升到地表的情況。
第三遍強夯：采用3000kN.m強夯時，僅剩場地外圍的井點管在抽水，場地中間的井點管已經全部拆除，如果采用高能量強夯易出現地下水滲到地表，造成工程失敗。
5.6本工程采用4000kN.m和3000kN.m高能量夯擊能在超軟弱地基土中進行強夯，在國內尚屬首次，未見報道。
[參考文獻]
[1]中華人民共和國建設部.JGJ79-2002建筑地基處理技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2002.
[2]同濟大學葉觀寶、葉書麟主編.地基處理.北京：中國建筑工業出版社，1997
