呂四港電廠吹填土地基處理方法初步探討

趙宇

（上海市水務(wù)局行政服務(wù)中心（上海市海洋局行政服務(wù)中心），上海200000）ZHAO Yu

1 引言

隨著我國(guó)東南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地資源也正日益短缺。針對(duì)此，沿海城市通常會(huì)采用吹填造陸的方式來(lái)緩解土地緊缺問(wèn)題。由于吹填土地基有承載能力低、地下水位高、空隙大和沉降大等特點(diǎn)，所以無(wú)法直接應(yīng)用到工程建筑領(lǐng)域。

在工程施工中，常采用動(dòng)力固結(jié)法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法和復(fù)合地基法來(lái)處理吹填土。對(duì)此，在綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、施工機(jī)械和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，經(jīng)初步判定后，可采用高真空擊密法、強(qiáng)夯法和振沖碎石樁復(fù)合地基法[1]。

2 工程概況

呂四港電廠位于江蘇省啟東市呂四港附近的秦潭以西新港閘口，距呂四鎮(zhèn)約15 km。廠址為海堤外灘涂，為了不占用農(nóng)田，圍灘造地建廠。該地區(qū)原始整個(gè)灘地向海傾斜，地形比較平緩。場(chǎng)地在施工前基本達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高且已固結(jié)近兩年，吹填土的強(qiáng)度有較大提高，部分地區(qū)吹填土的地基承載力特征值達(dá)到了80 kPa，但土質(zhì)在橫向和縱向上分布極不均勻，短期內(nèi)達(dá)不到輔助建筑物設(shè)計(jì)荷載要求，因此需要對(duì)輕型建筑物、煤場(chǎng)和道路等場(chǎng)地進(jìn)行處理。

3 工程地質(zhì)概況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，原場(chǎng)地上部地層主要為粉砂，稍密。下部含有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾層，目前吹填土呈飽和松散狀態(tài)。電廠主要建（構(gòu)）筑物擬采用樁基礎(chǔ)，樁基持力層埋深超過(guò)40 m，試樁報(bào)告已通過(guò)審查。但對(duì)于其他輔助及附屬建（構(gòu)）筑物，對(duì)地基承載力和變形要求相對(duì)較低，不需要長(zhǎng)樁進(jìn)行地基處理，而上部自然地基土（①-1、①-2號(hào)土）承載力特征值僅為120 kPa。

此外，新近吹填的飽和松散粉砂地層地基承載力特征值大部分僅為80 kPa，小部分還沒(méi)達(dá)到80 kPa，存在中等—嚴(yán)重液化現(xiàn)象，不能滿足設(shè)計(jì)要求，甚至達(dá)不到大型機(jī)械施工荷載需要。因此，必須進(jìn)行淺地基處理[2]。

為節(jié)約地基處理費(fèi)用，加快工程工期，同時(shí)綜合考慮本場(chǎng)地廠址地區(qū)缺少石料、場(chǎng)地臨時(shí)供電困難和大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難等問(wèn)題，擬采用以下3種淺地基處理方案，即高真空擊密法、強(qiáng)夯法和振沖碎石樁復(fù)合地基法[3]。

根據(jù)廠區(qū)初步設(shè)計(jì)勘察結(jié)果，場(chǎng)地地層從上到下描述如下：

1）0-1粉砂：為吹填填土，呈松散、上部潮濕、下部飽和特點(diǎn)，一般天氣無(wú)積水，陰雨天局部積水。該土層厚度為2.8～5.9 m，平均厚度為4.0 m，平均標(biāo)貫擊數(shù)1.7擊。

2）①-1粉細(xì)砂：呈灰、灰綠色，特點(diǎn)為飽和、稍密，表層局部夾少量黏土薄層，含貝殼、云母碎片，有水析現(xiàn)象，搖振反應(yīng)明顯，層理不清晰。該層土平均標(biāo)貫擊數(shù)約12.4擊，層厚較薄，一般厚度為3.4～5.9 m，平均厚度約為4.5 m。

3）①-2粉砂：呈灰色，具有飽和、稍密的特點(diǎn)，且含云母碎片，夾粉質(zhì)黏土薄層，偶含腐殖質(zhì)，搖振反應(yīng)中等。該層平均標(biāo)貫擊數(shù)約11.0擊，分布比較均勻，層厚變化不大，一般厚度為3.6～6.9 m，平均厚度為4.8 m。

4）②粉質(zhì)黏土夾粉土：呈灰、褐灰色，具有可塑，粉砂、粉土含量較大的特點(diǎn)，層狀分布，呈千層餅狀，層理明顯。該層平均標(biāo)貫擊數(shù)約9.6擊，層頂埋深約為11.7～13.8 m，層厚約為3.9～7.3 m，平均厚度為5.67 m。

5）③粉砂：呈青灰、灰色，具有中密、飽和、搖振反應(yīng)中等特征，含云母碎片，夾粉質(zhì)黏土薄層。該層平均標(biāo)貫擊數(shù)約16.8擊，層頂埋深約為17.2～19.2 m，層厚約為6.2～8.7 m，平均厚度為7.58 m。

4 地基情況及處理方法比較

4.1 地基情況

地基地質(zhì)條件情況比較復(fù)雜，往往會(huì)存在大面積吹填土地基，而由于吹填土地基的土體物理力學(xué)性質(zhì)差、高壓縮性、強(qiáng)度低，因此對(duì)基礎(chǔ)施工存在一定的不良影響。另外，因場(chǎng)地原狀土層位、層厚不穩(wěn)定、缺層錯(cuò)層現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以各土層的力學(xué)性質(zhì)較離散，且壓縮模量差異較大，屬不均勻地基。

擬建項(xiàng)目各建筑物基礎(chǔ)情況如下：（1）主廠房區(qū)基底壓力范圍為150～300 kPa，基底標(biāo)高為-1.5～-2.0 m，適合采用樁基礎(chǔ)；（2）水泵房以及部分水工建筑物基底壓力范圍為120～150 kPa，基底標(biāo)高為-1.0～-3.5 m；（3）輔助建筑物、煤場(chǎng)以及道路要求地基承載力范圍為90～110 kPa，基底標(biāo)高-1.0～-3.5 m。

經(jīng)過(guò)反復(fù)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較可知，對(duì)于水泵房、水工建筑物、輔助建筑物、煤場(chǎng)以及道路可采用強(qiáng)夯法、高真空擊密法和振沖碎石樁法進(jìn)行地基處理。

4.2 地基處理方法及對(duì)比分析

4.2.1 地基處理方法

地基處理方法主要具有以下3種方法。

1）強(qiáng)夯法。被稱為動(dòng)力固結(jié)法或壓實(shí)法，通常將一定質(zhì)量的夯錘提升到一定高度后自由落體，進(jìn)而給地基一定的振動(dòng)和沖擊能量。通過(guò)沖擊力對(duì)土體產(chǎn)生應(yīng)力波，在原地基中形成密實(shí)的土墩，從而提高土體的密實(shí)度、改善土體力學(xué)性質(zhì)、增加地基土的強(qiáng)度，降低其壓縮性。通過(guò)強(qiáng)夯法，可顯著改善地基土質(zhì)強(qiáng)度。現(xiàn)如今，強(qiáng)夯法被廣泛應(yīng)用于地基處理；另外，相較于普通的壓實(shí)和夯實(shí)地基，強(qiáng)夯法的作用機(jī)理更加類似于復(fù)合地基的地質(zhì)中。

2）高真空擊密法。又稱真空動(dòng)力固結(jié)法，該方法是將真空降水固結(jié)與強(qiáng)夯法相結(jié)合的方法：（1）由真空降低土體的孔隙水壓力，再采用強(qiáng)夯法快速增加土體的有效應(yīng)力；（2）重復(fù)該過(guò)程達(dá)到快速固結(jié)土體的目的；（3）在夯擊的過(guò)程中始終保持地基土的含水率較低的狀態(tài)，而在夯擊過(guò)程中形成的超孔隙水壓力會(huì)在下一次降水中消散。該方法適合于地下水較為豐富且排水性能較差的粉土地基，其施工工藝與強(qiáng)夯法比較類似，但高真空擊密法的主要目的是加快土體的固結(jié)。

3）振沖碎石樁復(fù)合地基法。振沖碎石樁是在振沖孔中添加碎石回填料，在地基中形成密實(shí)的碎石樁。其主要作用是通過(guò)置換和土體形成復(fù)合地基；同時(shí)，該方法可形成快速排水通道加速土體的排水固結(jié)，且有助于消除土體的超孔隙水壓力，能夠防止砂土液化。振沖碎石樁對(duì)于黏性土主要是置換作用，對(duì)于粉土除置換作用還有振實(shí)擠密改善土體性質(zhì)的作用。由此可知，對(duì)于黏性含量不大于10%的粉土和砂土可采用不加碎石填料的處理方法。該施工方法可適用于本項(xiàng)目中①-1粉細(xì)砂和①-2粉砂。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，采用不加碎石填料的處理方式對(duì)于砂土地基的天然級(jí)配以及顆粒粗細(xì)較為敏感，承載力提升有限。因此，在使用過(guò)程中需要謹(jǐn)慎評(píng)判使用條件，并充分做好現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

4.2.2 對(duì)比分析

結(jié)合技術(shù)原理和施工方法綜合分析結(jié)果，如表1所示。

表1 地基處理方法綜合分析表

由表1可得出以下3個(gè)結(jié)論：

1）強(qiáng)夯法的工期最短，經(jīng)濟(jì)性最好。如采用高真空擊密法，該施工場(chǎng)地需要反復(fù)降水和強(qiáng)夯，施工步驟煩瑣。如采用強(qiáng)夯法則減少了施工的步驟和降水孔的數(shù)量，有效縮短了施工工期。但是，由于地下水位較高，且部分土體排水性較差，因此在使用強(qiáng)夯法時(shí)需要注意夯擊的次序和周圍降水措施，以達(dá)到好的強(qiáng)夯效果。通常來(lái)說(shuō)，強(qiáng)夯法擬采用的試夯工藝如下：（1）每塊場(chǎng)地面積都為30 m×30 m，在強(qiáng)夯場(chǎng)地外圍采用真空井點(diǎn)降水法，真空井點(diǎn)間距建議為3 m，共設(shè)置2排；（2）考慮到部分土體的排水性較差，建議采用間隔跳夯的方式，避免超孔隙水壓力過(guò)快增長(zhǎng)；（3）適當(dāng)減小滿夯的夯擊能增加夯擊遍數(shù)，建議強(qiáng)夯夯擊能量為2 400 kN·m，滿夯能量為1 500 kN·m。

2）高真空擊密法與強(qiáng)夯法的施工工藝與施工機(jī)械基本相同，但需要在強(qiáng)夯區(qū)域內(nèi)設(shè)置降水孔，擬在試夯場(chǎng)地內(nèi)布置3.5 m×3.5 m。擬采用2遍夯擊擊密。每次降水完成后，要拔出降水管，進(jìn)行強(qiáng)夯，第一遍強(qiáng)夯完成后重新布置井點(diǎn)降水，降水完成后再拔出降水管，進(jìn)行第二遍強(qiáng)夯。相較于強(qiáng)夯法，該方法的施工工藝較為復(fù)雜，而且根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)2種處理方案處理后的地基承載力基本相同。但高真空擊密法可有效防止“橡皮土”，適用性較廣、可靠性較高。對(duì)于呂四港工程，0-1號(hào)粉土層較厚的部分地區(qū)適合采用高真空擊密法。

3）振沖碎石樁復(fù)合地基法工期最長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性最差。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，處理后地基承載力一般略高于強(qiáng)夯法。同時(shí)，該處理方法施工機(jī)械較小對(duì)于周圍已建建筑物影響較小。但由于項(xiàng)目所在地區(qū)碎石采購(gòu)困難，該處理方法不能大規(guī)模使用。因此，該方案為備選方案。值得注意的是，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)夯機(jī)械無(wú)法進(jìn)入，或?qū)χ車ㄖ镉兄卮笥绊懬覠o(wú)法設(shè)置隔振溝時(shí)，可采用振沖碎石樁復(fù)合地基法。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析對(duì)比，可得出如下結(jié)論：

1）吹填土地基承載力低，變形大，易液化，無(wú)法滿足建筑物的要求。強(qiáng)夯法、高真空擊密法和振沖碎石樁復(fù)合地基法3種方法均可以有效提高軟土地基的承載力。

2）相比振沖碎石樁復(fù)合地基法，強(qiáng)夯法和高真空擊密法工期短，經(jīng)濟(jì)效益高。但強(qiáng)夯對(duì)于周圍建筑物的影響較大，同時(shí)需要的施工場(chǎng)地較大，當(dāng)出現(xiàn)無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件時(shí)，可采用振沖碎石樁復(fù)合地基法作為備選方案。

3）高真空擊密法和強(qiáng)夯法的施工機(jī)械和施工工藝基本相同。在工期、經(jīng)濟(jì)性和適用性上各有優(yōu)勢(shì)。因此，建議可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活采用這2種處理方法，充分利用①-1層粉細(xì)砂和①-2粉砂，以進(jìn)一步減少工程投資和縮短施工工期。