某城市綜合體項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

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

1 項目概況

1.1 工程簡介

該項目位于長江入海口，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)過圍堰人工吹填形成。其中該項目B 區(qū)塊南北向（短邊）長約1300m，東西向（長邊）長約3000m，總占地面積約300 萬平米。首期建設(shè)用地（住宅及商業(yè)區(qū)域，不包含高爾夫球場）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)塊場地北側(cè)擬堆土建造高爾夫球場。

1.2 場地及地質(zhì)條件

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

1.3 地基土工程性能評述

擬建場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沉積物。場地內(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 個層及不同層次的亞層、各層土描述如下：

1 層吹填土，場地內(nèi)均有分布，灰黃色，層底標高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，場地內(nèi)部分地段有分布，灰色，層底標高-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，場地內(nèi)部分地段有分布，灰色，層底標高-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)計劃較為緊張按計劃。為滿足該工期要求，建議分階段進行地基處理，第一階段快速地基處理后，場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，進行局部補強，解決建筑物與社區(qū)道路及入室管線的沉降、差異沉降問題。為對地基處理后效果進行量化，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，本次地基處理設(shè)計標按以下幾點控制：

（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，堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、深層攪拌法、強夯法、沖擊壓實法、井點降水聯(lián)合強夯法等軟基處理方法具有一定的可行性，具體對比如下：

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)，使地基強度得以提高，承載力顯著增強。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：使用的材料與器具比較簡單并且施工操作方便。但較長的預(yù)壓時間以及較多的預(yù)壓材料。

D） 本場地使用的限制性：堆載材料來源與預(yù)壓時間。

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：僅對于軟粘性土的處理具有一定適用性。

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

D) 本場地使用的限制性：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）強制攪拌，產(chǎn)生物理-化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過一定時間凝結(jié)成圓柱狀加固土體，進而提高地基強度。

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

C) 主要特點：最大限度的利用了原土，設(shè)計比較靈活，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。

D) 本場地使用的限制性：成本昂貴，近海場地鹽分較高，固化劑固化效果較差。

3.4 強夯法

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，對土體進行動力夯擊，使一定范圍內(nèi)的土體強制壓密進而減少壓縮性，善地基土抗液化能力，提高土層的強度和均勻程度。

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，對飽和的粉土和粘性土的加固效果不明顯。

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

D) 本場地使用的限制性：場地部分區(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 沖擊壓實法

A) 原理及其作用：沖擊壓實技術(shù)在上世紀90年代出現(xiàn)，是一種沖擊和揉搓作用相結(jié)合的全新壓實方法，在壓實作業(yè)中較大地增加對土石的壓實能量，進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，將土體未來的沉降量在沖擊、振動、壓實過程中提前實現(xiàn)，達到更好的基礎(chǔ)壓實效果。

B) 適用范圍：適用于深度不超過3m 的土層；

C) 主要特點：原地壓實節(jié)省施工場地，沖擊力大壓實效果好。

D) 本場地使用的限制性：對土層中的含水量要求較高。

3.6 井點降水聯(lián)合強夯法

A) 原理及其作用：此方法是對強夯法的進一步調(diào)整，在強夯前進行高真空降水，降低土層含水量，隨后進行強夯，采取少擊多遍施工方式，有效縮短強夯間歇時間，降低場地的地下水位及土層含水量，加快強夯后超孔隙水壓力消散，減少施工工期。

B) 適用范圍：對軟弱地基的加固較為使用。

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

D) 本場地使用的限制性：適用于有一定承載力的場地，對于承載力低下類型的場地，強夯施工設(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類場地

A類場地淺層無軟弱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類場地

該場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)合低能量強夯。堆載預(yù)壓土方量要求極大、工期要求長，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，若采用該方法勢必帶來很高的工程造價，且處理后影響后期場地建設(shè)基礎(chǔ)施工，亦不宜作為本場地吹填土處理方式；降水聯(lián)合強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，具有工期短、費用低、適用于大面積的地基處理經(jīng)驗，只要合理選擇設(shè)計參數(shù)、控制施工流程，該方法對于處理B 類型吹填土場地能取得較好效果。對于真空預(yù)壓處理方式，由于吹填土含粉性顆粒較多，難以形成大面積負壓區(qū)，造價較降水聯(lián)合強夯方式高，綜合考慮，B 類型場地不宜選擇真空預(yù)壓方式。

4.1.3 C類場地

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

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。該方法首先通過設(shè)置主、次排水溝、排水碎石墊層等梯級表層排水系統(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)過充足時間（一般需2個月左右）排水，使土體強度得到固結(jié)提高，然后再其上鋪設(shè)20～30cm的道碴或碎石，通過大噸位的（21t以上）的振動壓路機在其進行多次迂回振動碾壓（沖擊壓實），達至改善土體強度、結(jié)構(gòu)的作用，使場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 類場地土性較好，根據(jù)工程經(jīng)驗，僅需常規(guī)整平即可。高爾夫球場需要堆土造型，從技術(shù)經(jīng)濟性考慮，堆載預(yù)壓最為合適。因此，本項目主要針對B 類場地、C 類場地進行地基處理，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類場地處理方案

根據(jù)A類場地特性，該場地土性較好，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類場地處理方案

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

4.2.3 C類場地處理方案

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

5 試驗方案及測試結(jié)果

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

為對試夯過程進行全方位動態(tài)觀測，在試夯前設(shè)置地表沉降觀測記錄點、孔隙水壓力觀測點、地表土水平位移觀測點以及地下水位觀測井等。試夯后使用靜力觸探和標貫試驗方法來檢測加固結(jié)深度與固結(jié)度,對加固后地基承載力的檢測則采用載荷板試驗進行確定。

通過試夯區(qū)試夯前后靜力觸探、標貫試驗和載荷板試驗的數(shù)據(jù)對比分析可以得出,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)計要求,得到的施工參數(shù)達到了工期、效果與經(jīng)濟性的最優(yōu)結(jié)合，可用于大面積場地降水強夯預(yù)處理施工中。結(jié)合該項目現(xiàn)場條件，在取砂較為便利，除產(chǎn)生運輸成本外，并無購買砂源的額外支出，可將上述C類場地人為轉(zhuǎn)換為B類場地，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夯法。

本工程地基預(yù)處理的測試結(jié)果證明，選用降水強夯法對吹砂回填軟土地基場地進行預(yù)處理是可行的,在時間緊迫的狀況下更具有優(yōu)勢。

6 結(jié)束語

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