上海長江入海口吹填土區(qū)域新建重載道路的地基處理

郭延義

1. 上海建工二建集團有限公司 上海 200090；

2. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

隨著社會發(fā)展，更多的海邊、江邊、河道入海口等灘涂地區(qū)得到開發(fā)，工程建設比較多，主要建設內容有：海港、船舶碼頭、觀景平臺、景觀道路、物流園區(qū)等。由于上述區(qū)域緊鄰海邊、江邊，地基土多為吹填土、人工回填土等，地質條件較差，為達到地基承載力要求，需要對場地進行地基處理[1-4]。常規(guī)地基處理措施主要有：墊層換填、真空預壓、強夯夯實、復合地基、壓密注漿等。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某大型物流園區(qū)位于長江三角洲東南前緣，內有數(shù)棟建筑物、集裝箱堆場等，考慮到重載貨物運輸，園區(qū)內同時考慮若干條重載道路（重載道路承載能力80～100 t）。此區(qū)域原為長江灘涂，近十幾年逐漸堆填為陸域。地質勘探報告的相關數(shù)據(jù)顯示，此區(qū)域地基土承載力較弱，為軟弱地基土，為避免上部結構施工完成后產生不均勻沉降，需要對所有道路區(qū)域的地基土進行處理，主要采用降水強夯工藝。園區(qū)重載道路長約10.3 km，寬10 m，道路地基處理完成后，結構層由下至上為：厚800 mm的石灰土→厚150 mm的級配碎石層→厚200 mm的水泥穩(wěn)層碎石層→厚240 mm的C40鋼筋混凝土層。道路結構剖面如圖1所示。

圖1 道路結構剖面示意

1.2 地質概況

擬建場地屬于潮坪地帶地貌類型，雖淺部分布有新進堆積或沉積的雜填土、素填土、吹填土，但下部各層地基土分布相對較穩(wěn)定，且土性相對均勻。

土層從上至下依次為：①1-0河浜底淤泥質土、①1-1雜填土、①1-2雜填土、①1-3素填土、①1-4圍海造填土、①3吹填土（砂質粉土夾淤泥質黏土）、②3灰色砂質粉土、③灰色淤泥質粉質黏土、③2砂質粉土夾粉質黏土、④灰色黏土。綜合上海地圖的區(qū)域地質資料，擬建場地為穩(wěn)定場地，在對淺部新進堆積或沉積的①1-1—①3層土進行適當處理后，適宜本工程建設。

2 降水強夯原理

利用強夯措施，使土層中產生正負壓力差（土體受到強烈擠壓后產生的超孔隙水壓力為正壓，高真空產生的為負壓）能夠快速消散土體產生的超孔隙水壓力，壓力消散促使軟土中吸附水快速排出形成自由離子態(tài)。真空泵產生的負壓將自由態(tài)水分快速排出，水分的排出也能加快土體內超孔隙水壓力消散，使強夯效果大大提高。通過降水強夯使土體中的水分排出、孔隙壓縮，從而使土體得到充分壓縮，在一定深度范圍內形成一個較硬的殼層，土體板結后能使上部荷載均勻有效擴散，降低了因荷載不均勻擴散造成的地基不均勻沉降風險。

3 工藝及技術參數(shù)確定

3.1 工藝確定

根據(jù)地基處理規(guī)范及設計要求，在進行正式強夯地基處理前需采取樣板先行措施（即先施工試驗段）。試驗段分別采取碎石墊層+降水+強夯工藝、降水+強夯工藝、碎石墊層+強夯工藝這3種方式進行試驗。經現(xiàn)場試驗并由第三方檢測后，確認碎石墊層+降水+強夯工藝能滿足現(xiàn)場地基處理要求，同時針對高填土區(qū)域，增加2遍預夯，使場地在正式強夯前進行一次整體預沉降，即地基處理工藝為碎石墊層+預夯+降水+強夯。

3.2 技術參數(shù)

3.2.1 井點降水參數(shù)

強夯過程中需配合輕型井點降水，井點降水采取內外結合的方式，內部設置長6.0、4.0 m的井點管，間隔布置，間距3.5 m；外圍封閉管設置長6.0 m管，間距2.0 m。井點管采用DN32的PVC管，端部濾管長1.2 m（圖2）。

圖2 井點管布置示意

3.2.2 強夯參數(shù)及控制標準

1）強夯參數(shù)。強夯施工先進行預夯施工：夯點按照矩形布置，縱橫向間距為3.5 m×3.5 m，夯擊能量為600 kJ，采取打一跳一的方式，每個夯點夯擊次數(shù)為5擊；預夯后經3～5 d超孔隙水壓力消散后，進行點夯工序施工：夯擊能量增加至1 000 kJ，夯點按照矩形布置，縱橫向間距3.5 m×3.5 m，每個夯點夯擊數(shù)增至8擊（圖3）；最后進行普夯施工：夯擊能量降至800 kJ，采用搭接夯，2個夯點搭接距離為錘底直徑的1/4，每個點夯擊數(shù)為2擊（圖4）。

圖3 點夯夯點平面布置示意

圖4 普夯夯點平面布置示意

2）控制標準。當夯坑周圍出現(xiàn)明顯隆起，250 mm范圍隆起量超過50 mm，后一擊沉降量大于前一擊沉降量，以及相鄰2次夯擊沉降量差值不大于100 mm且出現(xiàn)提錘困難時，應采取減小夯擊能量或者停止強夯等措施。

4 地基處理流程及關鍵技術

4.1 降水強夯工藝流程

土方開挖或回填至設計標高→回填厚500 mm碎石工作墊層至起夯面標高→第1次預夯→第2次預夯→井點插管→第1次降水→第1次點夯→第2次降水（第三方監(jiān)測孔隙水壓力消散至設計要求70%～80%）→第2次點夯→第3次降水（第三方監(jiān)測孔隙水壓力消散至設計要求70%～80%）→滿夯→壓路機振動碾壓

4.2 路槽土方開挖、回填

根據(jù)設計標高要求，分段測量出各區(qū)域路槽原始標高，確定土方開挖或回填區(qū)域。土方每層回填厚度不得大于300 mm，需采用壓路機壓實后不出現(xiàn)明顯輪跡時方可進行上層土方回填。為避免土方超挖影響自然地基，機械開挖至設計標高以上200 mm時，由人工配合機械整平基槽，兩側邊坡按照1∶1.5放坡。

4.3 碎石工作墊層鋪設

土方開挖或回填至起夯面下0.5 m后進行碎石層回填，碎石層回填厚度500 mm，按照每層250 mm回填且分層壓實。碎石回填完成后由第三方進行標高復測。

4.4 井點管工藝

4.4.1 井點管施工

由于本工程采用井點降水+強夯進行地基處理，為避免水沖法增加土體含水率，因此井點管采取干插法。井點管施工工序為：測量放線定位→插拔機打孔→安裝井點管→底部回填濾料→上部500 mm深度采用黏土密封→布設總管→井點管與總管連接→排水總管連接至真空泵→安裝排水管→試抽→正式降水。

鉆機鉆孔完成后，濾管要立即插入孔中，速度要快，把濾料灌入孔中，為保證濾料充分包裹濾管，應上下抽動井點管，使濾料下沉，同步添加濾料入孔，濾料填充高度根據(jù)要求需超過濾管紗網頂部50 mm左右，上部用泥土封孔，主要防止地下漏氣，以達到降水效果。

4.4.2 降水運行

降水運行前應進行試抽，檢查是否存在漏氣現(xiàn)象，真空度是否能達到要求，并準確測定井口、地面標高及地下水位。抽水系統(tǒng)經檢查符合要求后，開始抽水，且每天由第三方進行地下水位觀測，待地下水位標高位于強夯面標高下2.0 m并經監(jiān)理單位驗收合格后可進行后道強夯作業(yè)。

4.5 強夯施工技術

4.5.1 強夯施工工藝

強夯按短邊方向行進且逐步遠離受影響現(xiàn)有建（構）筑物。夯機移至定位夯點后，應調整機械，確保夯錘中心與夯點吻合。

夯擊就位后，強夯前夯錘頂標高及落距由專業(yè)測量人員采用測量儀器進行精確測量（本工程預夯、點夯、普夯夯錘提升高度分別為6、10、8 m，主要通過脫鉤器的鋼絲繩長度控制落距），待基礎工作準備完畢，將夯錘起吊至規(guī)定高度后，夯錘脫鉤自由下落，待周邊環(huán)境安全后，由測量員測量夯后錘頂標高，依次完成后續(xù)各擊施工。當夯點完成設計要求，夯擊次數(shù)或相鄰2次夯擊沉降量差值不大于100 mm時，此夯點工作完成，夯機移至下一夯點施工，前一夯點產生坑內外高差采用周邊碎石土混合料填平。

普夯完成后，采用挖掘機整平夯坑，再采用振動壓路機振動碾壓，加快地基整體板結。

4.5.2 強夯施工監(jiān)測

根據(jù)力的相互作用原理，當土體受到外界強力壓縮后會產生超孔隙水壓力，若土體中的孔隙水壓力不能及時消散或消散量達不到設計要求時便進行下一遍工序施工，則會降低土體的固結效果，因此每遍強夯后應由第三方監(jiān)測單位通過孔隙水壓力觀測儀對土體超孔隙水壓力進行觀測，直至監(jiān)測范圍內孔隙水壓力消散至設計要求70%～80%后，方可進行第2遍點夯或第3遍普夯工作。

4.6 施工交界面處理措施

施工過程中道路需根據(jù)不同區(qū)域劃分施工段，為保證施工質量，前后施工段交界面區(qū)域需采取復夯措施，復夯長度10 m（均為已完成加固處理區(qū)域），復夯僅進行普夯，且在交界面外3.0 m處設置外圍封閉井點管與下一工作面外圍封閉井點管閉合。

前一工作面的土方開挖及回填區(qū)域需留設搭接工作面，按照寬1.0 m、高0.3 m，坡度1∶1.5形式人工配合機械修坡。

5 工后檢測要求

5.1 檢測內容及時間

強夯完成后為檢測強夯地基處理效果，需對地基進行承載力、均勻性、回彈模量等參數(shù)檢測。根據(jù)規(guī)范要求，碎石土、砂土地基檢測間隔時間宜為7～14 d，粉土、黏性土檢測間隔時間宜為14～28 d。本工程地基土為砂質粉土，因此進行7 d和14 d這2次檢測。

5.2 檢測頻率及參數(shù)

1）地基均勻性檢測：一般采用動力初探或標準貫入、靜力初探試驗等原位測試以及室內土工試驗，每300 m2不少于1個點，且整個場不少于3個點。

2）回彈模量檢測：要求回彈模量≥40 MPa，每2 000 m2檢驗1個點，不足2 000 m2至少檢驗1個點。

3）承載力檢測值：根據(jù)設計要求，道路淺層地基承載力特征值≥120 kPa。

經第三方檢測，強夯后面層碎石土層壓實度達到95%。地基承載力最大加載量240 kPa，總沉降量24.38 mm，回彈量6.73 mm，極限承載力≥240 kPa，滿足設計要求，總體夯沉量約為400 mm。

6 應用效果

本工程通過降水+強夯地基處理的探索研究，先通過對不同場地、不同處理方式、不同夯能等多種方式的試驗，確定了一系列應用參數(shù)，為后續(xù)大面積地基處理奠定了基礎。本工程地基處理總面積約45萬 m2，總工期約270 d（受到上海梅雨季節(jié)及臺風季節(jié)等影響）。

7 結語

雖然降水+強夯地基處理措施目前主要應用于沿海、沿江等區(qū)域，應用區(qū)域較為局限，但當遇到軟弱地質，需進行地基處理時，均可采用降水+強夯的方法。該方法不但加快了施工速度，降低了對周邊環(huán)境的影響，同時能夠使土體固結時間縮短，大大提高了淺層土體的密實度及承載力。實踐表明，本技術措施可適用于任何地區(qū)的軟弱地質，不但起到了實質性作用，同時也為同類型地質條件下的道路路基、房建基礎等施工提供了參考依據(jù)。