吹填土分布規(guī)律及性質(zhì)的試驗研究

馬凡剛

（鐵科院（深圳）研究設(shè)計研有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

廈門新機場工程選址在翔安大嶝島與小嶝島之間的淺灘區(qū)域，填海面積26.0km2，機場項目啟動時，規(guī)劃場地內(nèi)約2.73km2魚塘區(qū)，已收納廈門市環(huán)境整治工程的河道和近海的疏浚土，完成了疏浚土吹填造地工作，吹填淤泥厚度約5.0～6.0m。

吹填場地的吹填材料成分復(fù)雜、吹填作業(yè)時序不統(tǒng)一，吹填形成陸域后場地內(nèi)軟弱地基土的空間分布復(fù)雜，吹填土性質(zhì)極差。吹填造地作為機場建設(shè)用地的地基處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和可靠性要求高。利用廢棄疏浚土作為機場建設(shè)用地的填料，國內(nèi)并無工程實例來參考，在大面積工程實施前，需對吹填土工程性質(zhì)及地基處理方法進行研究。通過研究吹填土的的分布規(guī)律、處理前后的物理性質(zhì)、試驗吹填土作為機場建設(shè)場地填料利用的可行性，解決吹填場地不同地質(zhì)條件地基處理技術(shù)方案等重大技術(shù)問題。

目前對吹填土的性質(zhì)及地基處理方法都有大量的研究，王磊[1]、李寶峰[2]等都對濱海地區(qū)吹填土造地技術(shù)應(yīng)用進行過研究，孟凌霄[3]對新近吹填土地基的固結(jié)變形及計算方法進行研究。但對于吹填場地處理后是否滿足機場建設(shè)用地的高標(biāo)準(zhǔn)要求目前暫無較多的研究成果。本文通過研究吹填土的分布規(guī)律，工程性質(zhì)等，對于指導(dǎo)新機場大規(guī)模填海材料的選取、吹填土地基處理的設(shè)計和施工具有重要意義。

2 吹填土研究內(nèi)容及方法

本文依托廈門新機場吹填造地地基處理試驗段一期工程的研究內(nèi)容，重點論述一下的研究內(nèi)容：（1）研究吹填土的落淤分布規(guī)律；（2）著重研究吹填淤泥的顆粒組成與分布，吹填土的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)指標(biāo)；（3）研究吹填淤泥經(jīng)排水固結(jié)處理后的工程性質(zhì)。

吹填土采用鉆孔取樣、土工試驗、現(xiàn)場原位測試的方法，調(diào)查研究吹填土的分布規(guī)律、吹填土的基本性質(zhì)指標(biāo)，并通過對比試驗和檢測查明經(jīng)排水固結(jié)處理后土的工程性質(zhì)指標(biāo)。具體的研究方法和技術(shù)路線如下：（1）在試驗段按50m 間距布置勘察點，在勘察點查明吹填土的厚度、取土樣；（2）進行室內(nèi)土工試驗，包括含水量試驗、比重試驗、天然重度試驗和顆粒分析試驗；（3）進行原位標(biāo)貫測試，了解吹填砂層的基本構(gòu)成性質(zhì)；進行十字板和靜力觸探等原位測試，了解吹填淤泥質(zhì)土層的基本工程性質(zhì)；（4）根據(jù)勘察和試驗成果，在平面和豎向確定吹填土的分布規(guī)律；（5）通過試驗段地基處理前后吹填土的室內(nèi)試驗、原位試驗結(jié)果對比分析及對現(xiàn)場觀測資料分析研究，確定吹填淤泥排水固結(jié)處理前后的工程性質(zhì)指標(biāo)。

3 吹填土的一般性質(zhì)

在吹填過程中泥沙結(jié)構(gòu)遭到破壞，以細小顆粒的形式緩慢沉積，因而具有塑性指數(shù)大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高壓縮性、滲透性小等特點[4]。由吹填土構(gòu)成的地基強度很差，一般不能直接用于工程建設(shè)，需要進行地基處理。吹填土屬于水力沉積的土層，吹填土一般具有容重小、孔隙比大、含水量高、強度極低的特點，這種松軟地基不經(jīng)處理施工機械無法在其上通行。過去對這類地一般需要擱置若干年，待其在自重作用下固結(jié)并在表面形成具有一定強度的硬殼層后，才能開始采用輕型機械加固處理軟土。

吹填土物質(zhì)組成及工程性質(zhì)不均一，時間因素對其影響較大；含水量和孔隙比很大，重度小；塑性指數(shù)大，一般在15 以上；強度很低，承載力很小，且靈敏度很高；壓縮性很高，沉降量很大；滲透性小，沉降速度慢。自重作用下吹填土獲得的固結(jié)沉降比天然軟土大，也表明吹填軟土比天然軟土具有更大的欠固結(jié)特性、高壓縮性特性[5]。

4 場地吹填土分布規(guī)律

場地為新近吹填場地，吹填泥面很軟且場內(nèi)存在大量積水，勘察施工難度較大，因此根據(jù)場地實際情況，勘察分兩階段實施：（1）第一階段，平臺作業(yè)+小船人工取樣，查明吹填土層的層厚、分布；室內(nèi)化驗吹填土的含水量、顆粒密度，進行顆粒分析試驗，初步了解吹填土的分布和物理性質(zhì)；（2）第二階段，軟基處理施工進場后鋪設(shè)完土工布、砂墊層，按常規(guī)的方法進行鉆探勘察和原位測試，鉆探勘察的結(jié)果調(diào)整軟基處理設(shè)計參數(shù)。

根據(jù)試驗段場地勘察資料，對吹填土的厚度、分布特點進行分析比較，歸納吹填土的分布規(guī)律。

吹填土吹填落淤時受重力影響，吹填后形成的地層空間分布復(fù)雜，土的工程性質(zhì)差異性大，具有高含水率、高壓縮性和低強度等特點。通過對勘察成果進行分析研究，吹填土分布具有以下規(guī)律：

按距離吹填口的遠近可分為三種地層情況：在吹填口周圍25～50m范圍，主要沉積礫砂層、砂層等粗顆粒土層；吹填口周圍50～75m 范圍，主要沉積砂混淤泥層，粗細顆粒交錯分布，以粗顆粒為止，粗細顆粒兩者分界線坡比約1∶10；吹填口周圍75m 范圍外，主要沉積淤泥層。

在吹填淤泥沉積地段，表面有1.0～2.0m 厚的流泥，含水率＞100%，未經(jīng)采取措施人機不能進入。

自吹填口向外，沉積土層的顆粒大小逐漸變少，吹填土層含水率逐漸增大。

吹填淤泥的與原狀海積淤泥的顆粒級配相近，其中砂粒含量占30%，粉粒含量約占40%，粘粒含量約占30%。

根據(jù)上述分析，吹填土層的分布規(guī)律如圖1 地質(zhì)剖面所示。

圖1 吹填土空間分布規(guī)律

5 吹填淤泥物理力學(xué)性質(zhì)

5.1 顆粒分析

對吹填淤泥、吹填砂和原狀海積淤泥層取樣進行土的顆粒分析試驗。其中砂質(zhì)土采用篩分試驗，淤泥質(zhì)土類采用篩分和顆粒分析結(jié)合試驗方法。吹填淤泥、吹填淤泥質(zhì)砂和砂混淤泥的顆粒分析曲線如圖2 所示。根據(jù)顆粒分析曲線，可以看出吹填淤泥和海積淤泥的顆粒分布基本一致。吹填淤泥d10=0.02，d30=0.007，d60=0.045（d10、d30、d60分別表示縱坐標(biāo)累計分布10%、30%、60%），不均勻系數(shù)Cu=22.5，屬于級配不均勻土；吹填砂，粘粒含量＞15%，粉粒含量＞10%；d10=0.01，d30=0.09，d60=0.55，不均勻系數(shù)Cu=55，曲率系數(shù)Cc=1.47，屬于級配良好的土類。

圖2 吹填土的顆粒分析曲線

根據(jù)上圖顆粒分析曲線圖最終得知：吹填淤泥與原狀淤泥層的顆粒分布基本一致。

5.2 吹填淤泥土的物理性質(zhì)

統(tǒng)計分析吹填淤泥和海積淤泥層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，場地吹填淤泥和海積淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)和壓縮性指標(biāo)見表1。

表1 吹填土的物理性和壓縮性指標(biāo)

5.3 吹填淤泥的強度指標(biāo)

吹填淤泥和海積淤泥的強度指標(biāo)如表2 所列。由于吹填淤泥的強度很低，即使采用了薄壁真空取土器，土樣也難以成型。在運輸和制作土樣過程中吹填淤泥土樣受到擾動，難以測定其真實強度。為此采用十字板剪切原位測試的方法確定吹填淤泥等軟土層的強度。

表2 吹填淤泥的強度指標(biāo)

由于吹填淤泥的強度很低，即使采用了薄壁真空取土器土樣也難以成型。在運輸和制作土樣過程中吹填淤泥土樣受到擾動，難以測定其真實強度。為此采用十字板剪切原位測試的方法確定吹填淤泥等軟土層的強度。

6 吹填淤泥處理后物理性質(zhì)對比

試驗段根據(jù)不同的地質(zhì)條件、使用功能、地基處理標(biāo)準(zhǔn)試驗了不同的地基處理方案，對于遠離吹填口，以吹填淤泥為主的場地，采用插板排水堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓兩種排水固結(jié)處理方案。

地基處理完成后，對處理后的吹填場地進行地基處理效果檢測，檢測方法包括鉆孔室內(nèi)試驗、原位十字板剪切試驗和靜力觸探試驗，取得吹填淤泥處理后的各項指標(biāo)，與處理前吹填淤泥的指標(biāo)進行對比，處理前后吹填淤泥的各項指標(biāo)對比分析如表3～表5 所列。

表3 處理前后吹填淤泥層物理力學(xué)性質(zhì)對比表

表4 處理前后吹填淤泥十字板剪切試驗成果對比表

表5 處理前后吹填淤泥靜力觸探成果對比表

通過對處理前后吹填淤泥的對比分析，得到以下研究結(jié)論：

吹填淤泥與原狀海積淤泥顆粒分布基本一致，排水固結(jié)處理完成后的物理力學(xué)性質(zhì)基本一致。

處理前吹填淤泥屬高含水量、高壓屬性、低強度的軟弱土，處排水固結(jié)處理后吹填淤泥的含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)大幅度減少，強度指標(biāo)高大幅度提高，排水固結(jié)處理效果明顯。

吹填泥處理前qc及fs值均很小，而處理后吹填淤泥的qc及fs值有了較大的增長。

處理前吹填泥淤泥十字板剪切強度約為1.9kPa，處理后吹填淤泥的十字板剪切強度有了較大的增長，達到了25kPa 以上，比處理前增加了約13 倍，增長幅度很大。

7 結(jié)束語

廈門機場吹填場地通過試驗段一期工程，對吹填淤泥分布規(guī)律、處理前后的工程性質(zhì)進行研究，吹填淤泥經(jīng)排水固結(jié)堆載預(yù)壓處理后其力學(xué)性質(zhì)得到大幅提升，處理后場地可滿足機場建設(shè)用地的要求。

通過試驗段現(xiàn)場施工和吹填淤泥性質(zhì)的研究，驗證了疏浚土層作為機場建設(shè)用地填料的可行性，排水固結(jié)處理法處理吹填淤泥的適用性，對機場后續(xù)填海場地是否采用疏浚土作為填海材料提供了參考，對廈門機場后續(xù)的陸域形成和軟基處理總體設(shè)計方案具有較大的指導(dǎo)意義。