呂四港電廠吹填土地基處理方法初步探討

趙宇

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

1 引言

隨著我國東南沿海地區經濟的快速發展，土地資源也正日益短缺。針對此，沿海城市通常會采用吹填造陸的方式來緩解土地緊缺問題。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，所以無法直接應用到工程建筑領域。

在工程施工中，常采用動力固結法、真空預壓法、強夯法和復合地基法來處理吹填土。對此，在綜合考慮現場實際情況、施工機械和經濟性的基礎上，經初步判定后，可采用高真空擊密法、強夯法和振沖碎石樁復合地基法[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，距呂四鎮約15 km。廠址為海堤外灘涂，為了不占用農田，圍灘造地建廠。該地區原始整個灘地向海傾斜，地形比較平緩。場地在施工前基本達到設計標高且已固結近兩年，吹填土的強度有較大提高，部分地區吹填土的地基承載力特征值達到了80 kPa，但土質在橫向和縱向上分布極不均勻，短期內達不到輔助建筑物設計荷載要求，因此需要對輕型建筑物、煤場和道路等場地進行處理。

3 工程地質概況

根據現場勘察資料，原場地上部地層主要為粉砂，稍密。下部含有淤泥質粉質黏土夾層，目前吹填土呈飽和松散狀態。電廠主要建（構）筑物擬采用樁基礎，樁基持力層埋深超過40 m，試樁報告已通過審查。但對于其他輔助及附屬建（構）筑物，對地基承載力和變形要求相對較低，不需要長樁進行地基處理，而上部自然地基土（①-1、①-2號土）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，小部分還沒達到80 kPa，存在中等—嚴重液化現象，不能滿足設計要求，甚至達不到大型機械施工荷載需要。因此，必須進行淺地基處理[2]。

為節約地基處理費用，加快工程工期，同時綜合考慮本場地廠址地區缺少石料、場地臨時供電困難和大型機械設備進場困難等問題，擬采用以下3種淺地基處理方案，即高真空擊密法、強夯法和振沖碎石樁復合地基法[3]。

根據廠區初步設計勘察結果，場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，一般天氣無積水，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，平均標貫擊數1.7擊。

2）①-1粉細砂：呈灰、灰綠色，特點為飽和、稍密，表層局部夾少量黏土薄層，含貝殼、云母碎片，有水析現象，搖振反應明顯，層理不清晰。該層土平均標貫擊數約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，且含云母碎片，夾粉質黏土薄層，偶含腐殖質，搖振反應中等。該層平均標貫擊數約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，層狀分布，呈千層餅狀，層理明顯。該層平均標貫擊數約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、搖振反應中等特征，含云母碎片，夾粉質黏土薄層。該層平均標貫擊數約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

地基地質條件情況比較復雜，往往會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性質差、高壓縮性、強度低，因此對基礎施工存在一定的不良影響。另外，因場地原狀土層位、層厚不穩定、缺層錯層現象比較嚴重，所以各土層的力學性質較離散，且壓縮模量差異較大，屬不均勻地基。

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

經過反復的技術和經濟比較可知，對于水泵房、水工建筑物、輔助建筑物、煤場以及道路可采用強夯法、高真空擊密法和振沖碎石樁法進行地基處理。

4.2 地基處理方法及對比分析

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）強夯法。被稱為動力固結法或壓實法，通常將一定質量的夯錘提升到一定高度后自由落體，進而給地基一定的振動和沖擊能量。通過沖擊力對土體產生應力波，在原地基中形成密實的土墩，從而提高土體的密實度、改善土體力學性質、增加地基土的強度，降低其壓縮性。通過強夯法，可顯著改善地基土質強度。現如今，強夯法被廣泛應用于地基處理；另外，相較于普通的壓實和夯實地基，強夯法的作用機理更加類似于復合地基的地質中。

2）高真空擊密法。又稱真空動力固結法，該方法是將真空降水固結與強夯法相結合的方法：（1）由真空降低土體的孔隙水壓力，再采用強夯法快速增加土體的有效應力；（2）重復該過程達到快速固結土體的目的；（3）在夯擊的過程中始終保持地基土的含水率較低的狀態，而在夯擊過程中形成的超孔隙水壓力會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。

3）振沖碎石樁復合地基法。振沖碎石樁是在振沖孔中添加碎石回填料，在地基中形成密實的碎石樁。其主要作用是通過置換和土體形成復合地基；同時，該方法可形成快速排水通道加速土體的排水固結，且有助于消除土體的超孔隙水壓力，能夠防止砂土液化。振沖碎石樁對于黏性土主要是置換作用，對于粉土除置換作用還有振實擠密改善土體性質的作用。由此可知，對于黏性含量不大于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目中①-1粉細砂和①-2粉砂。根據以往的工程經驗，采用不加碎石填料的處理方式對于砂土地基的天然級配以及顆粒粗細較為敏感，承載力提升有限。因此，在使用過程中需要謹慎評判使用條件，并充分做好現場試驗。

4.2.2 對比分析

結合技術原理和施工方法綜合分析結果，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個結論：

1）強夯法的工期最短，經濟性最好。如采用高真空擊密法，該施工場地需要反復降水和強夯，施工步驟煩瑣。如采用強夯法則減少了施工的步驟和降水孔的數量，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，因此在使用強夯法時需要注意夯擊的次序和周圍降水措施，以達到好的強夯效果。通常來說，強夯法擬采用的試夯工藝如下：（1）每塊場地面積都為30 m×30 m，在強夯場地外圍采用真空井點降水法，真空井點間距建議為3 m，共設置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快增長；（3）適當減小滿夯的夯擊能增加夯擊遍數，建議強夯夯擊能量為2 400 kN·m，滿夯能量為1 500 kN·m。

2）高真空擊密法與強夯法的施工工藝與施工機械基本相同，但需要在強夯區域內設置降水孔，擬在試夯場地內布置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，進行強夯，第一遍強夯完成后重新布置井點降水，降水完成后再拔出降水管，進行第二遍強夯。相較于強夯法，該方法的施工工藝較為復雜，而且根據以往的工程經驗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。對于呂四港工程，0-1號粉土層較厚的部分地區適合采用高真空擊密法。

3）振沖碎石樁復合地基法工期最長，經濟性最差。根據以往的施工經驗，處理后地基承載力一般略高于強夯法。同時，該處理方法施工機械較小對于周圍已建建筑物影響較小。但由于項目所在地區碎石采購困難，該處理方法不能大規模使用。因此，該方案為備選方案。值得注意的是，當出現強夯機械無法進入，或對周圍建筑物有重大影響且無法設置隔振溝時，可采用振沖碎石樁復合地基法。

5 結語

根據上述分析對比，可得出如下結論：

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

2）相比振沖碎石樁復合地基法，強夯法和高真空擊密法工期短，經濟效益高。但強夯對于周圍建筑物的影響較大，同時需要的施工場地較大，當出現無法滿足現場施工條件時，可采用振沖碎石樁復合地基法作為備選方案。

3）高真空擊密法和強夯法的施工機械和施工工藝基本相同。在工期、經濟性和適用性上各有優勢。因此，建議可根據現場實際情況靈活采用這2種處理方法，充分利用①-1層粉細砂和①-2粉砂，以進一步減少工程投資和縮短施工工期。