吹填土液化固結法在工程水土保持中的應用

陸伯峰

（浙江省慈溪市建筑設計研究院有限公司，浙江 慈溪 315300）

一、工程性質

工程位于浙江省慈溪市杭州灣新區四灶浦水庫東側新墾農業示范區內，總占地約3萬畝，包括現代農業種植、畜牧、家禽、水產等養植，由某跨國集團公司綜合開發。前期試驗實施的吹填土液化固結法主要應用在蛋雞項目中，其內配置雞舍、飼料庫、加工包裝車間等，占地10萬平方米。由于新墾區原為灘涂，為近代圍涂造地而成，2007年經國土資源局進行土地整理后改良成農田，因此要求項目棄用后必須具備復耕條件，種植質量不能低于原農田水平。

擬建的蛋雞項目工程，自然場地標高2.30米，設計考慮到抗洪和雞舍通風要求，場地標高需達到4.20米。地區建設經驗一般采用填筑塘渣、樁基礎進行建設，顯然不能滿足水土保持的復耕要求。筆者根據已掌握的本場地巖土工程勘察資料和對區域巖土條件的熟知，在獲知場址以東約3公里處有大量水利工程施工棄土后，提出了利用棄土作為本工程場地填土的設想，并對場地應獲得天然地基承載力大于100KPa的設計要求進行工程試驗和應用。

二、工程地質條件

1、地層條件及工程性評價

擬建場址下以晚更新世沖海積地層為主，地層分布及各土層特征簡述如下：

（1）層吹填土：該層為土地整理開挖溝、渠及河道時吹填而成，以粉土為主，結構松散，層厚1.50米左右，其底部為0.50米左右圍涂造地而成的快速淤積層，以粘質粉土為主，呈松散或流塑狀，與其上吹填土分界困難，工程性均差。

（2-1）層粘質粉土：灰色，濕，稍～中密，中等壓縮性，干強度低，搖震反應快，韌性低，土面粗糙。層厚2.00米左右，該層土的物理力學性質較好，工程性尚好。

（2-2）層砂質粉土夾薄層粉砂：灰色，濕，中密，中等壓縮性，干強度低，搖震反應快，韌性低，土面粗糙。層厚5.00～8.00米，該層土的物理力學性質好，工程性好。

（2-3）層粘質粉土：灰色，濕，稍～中密，中等壓縮性，干強度低，搖震反應快，韌性低，土面粗糙。層厚8.00～12.00米，該層土的物理力學性質較好，工程性尚好。

2、各地層物理力學條件

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三、工程施工程序及控制要求

1、對擬吹填區域四周填筑擋土壩，壩體高度宜高于虛吹土高度0.50米，本項目采用就地取材填筑壩體，具體方法參見示意圖

2、吹填土作業

在取土區用高壓水槍進行垂直取土，使之出土口土質相對均勻。吹土選用高壓泥漿泵管網輸送。出土口配置一臺挖機，用于水下整平、碾壓和遷移出土口。吹填方向的前端適當位置擋土壩開一排水缺口。吹填時盡量保持均衡吹土，要多移動出土口，防止吹高，考慮到吹填土后期固結密實后的下沉作用，虛吹高度應增加實際吹填厚度的15%左右。

3、液化固結法固結土層：用挖斗垂直插入到待加固土層底部向前推動挖斗并前后擺動，擺動幅度0.50～1.00米，回擺點最好不超過插入點，擺動頻率為每分鐘30次左右，擺動效果是挖斗前方4～5米范圍內出現土體明顯涌動現象，然后連續擺動十幾次后邊擺動邊均勻上拔挖斗，該過程一般為60秒左右。同一機械位置可左中右插入3斗，然后后退1.50米左右繼續施工。半小時后出現地面有地下水溢出且下沉吹填厚度12%左右時，液化固結法效果已基本達到。

4、降水及機械壓實：為進一步提高地基承載力和減小擬建物的地基變形量，工程采用了管井降水，震動壓路機壓實的方法。根據巖土條件及本地區地下工程降水經驗，管井設置間距為16×16米，管井深9米，管徑φ300。本工程晴天條件下連續8天降水達到單井24h出水量，由近10m3到不足1.5 m3后，即展開了吹填土壓實工序，壓實機械選用16T震動壓路機，采用3次震動滿壓，總壓陷量40mm左右。繼續降水7天后進行了復壓，復壓總壓陷量不足15mm。

5、吹填土質量檢驗

（1）采用1米板做靜載荷試驗，檢驗處理后吹填土承載力是否滿足設計要求。考慮到取土處土質較均勻，靜載荷試驗點間距選擇為60米。試驗結果顯示25個試驗點沉降曲線線形特征基本一致，在200KN載荷下累計沉降量在18～26mm之間，在240KN載荷下累計沉降量在25～36mm之間，優于設計預期目標。

（2）采用靜力觸探勘探手段進一步評價填土的均勻性。首先在靜載荷試驗點采集靜力觸探樣本數據和靜探曲線，然后按20米點間距進行靜力觸探，同時選擇10%的靜探點位進行集陳勘探，集陳一般布置9個點，點間距2米，采用配載作為靜力觸探反力裝置，防止地錨反力裝置對相鄰勘探點數據采集的影響。通過線形特征對比可有效評價填土點和面上的均勻性。

（3）本工程還采集一定數量原狀土樣進行室內試驗，以及現場標準貫入試驗，進一步驗證評價依據，同時獲得相關設計參數。

四、過程試驗及控制

由于方案的實施具有一定的不可逆性，即填土質量不好將被棄用，因此過程試驗及控制尤為重要。本項目根據實際情況采取了以下措施：

（1）利用場地內已有吹填土進行液化固結法試驗；

（2）對待采土體進行分析評價，本工程待采土體為一平原人工水庫的施工現場，為確保填土方案達到設計要求，對取土斷面及土體用刻槽法和干鉆法進行連續垂直取樣，評價取土土體土質的均勻性及土顆粒級配。本次取樣試驗共選擇12個采樣點，其中4個點為取土斷面刻槽采樣，取土土體內均布8個點為鉆探取樣，連續樣間距為1米，采樣起點標高2.30米（場地標高2.30-2.50米），由于取土厚度為6米，因此每個點均采集6個樣。樣本用密度法進行顆粒分析。分析結果顯示取土場地水平向土質均勻，垂直向均勻性稍差，除缺失填土層外，其土層厚度及地基土物理指標與擬建場地類同。

（3）進行機械適用性試驗，對工程場地內原吹填土進行液化固結法試驗，由于場地內吹填土均呈松散或流塑狀，挖掘機不能直接展開作業，最后通過試驗采用硬木加寬履帶寬度，使之可在場地內行走一次不下陷。考慮到施工效率、設備自重及液化固結法土的固結效果，本場地對比選擇了ZX360（斗容1.62m3）的挖掘機較為理想。

（4）在取土現場尋找合適位置進行吹土試驗及液化固結法處理效果試驗。

（5）對取土方法、吹填速度、液化固結處理、排水固結等主要節點進行驗證和控制。

五、工程實施效果分析

工程利用其它項目施工棄土作為填土，其經濟和環保效益顯著。傳統塘渣填土需每立方米70多元造價，采與填均須破壞林地和耕地，且不可逆轉。本方法吹填場地處理20萬方，單方造價不足5元，若算上采土、運土亦不足20元。本工程采用棄土方與用土方共同合作的方法，最終單方造價僅10元。

本工程對擬建物基礎、道路、地面硬化均采用預制構件，用土工布與地面隔離，減少了場地復耕時的清理成本和對土體的污染。

通過本工程的成功實施，現已拓展到本區其它多個大型建設工程中，從利用棄土到灘涂取土；從直接作為持力層利用到一般性填土，對于粘粒含量小于10%的粉土、粉砂吹填土采用液化固結法處理效果明顯。便本方法受場地條件控制較明顯，一般適宜新開發的空曠場地和大型工程項目。