人工吹填土地區液化分析及地基處理技術

0 引言

人工吹填土是由水力沖填泥砂形成的填土，它是我國沿海一帶常見的人工填土之一，主要是用高壓泥漿泵將挖泥船挖出的泥砂，通過輸泥管排送到需要填高地段及泥砂堆積區，經沉淀排水后形成大片沖填土層。被廣泛用于填海造陸及解決土地資源稀缺的問題中[1]。

人工吹填土沒有經過地基處理，大都為可液化土層。而地基液化是導致地基失穩、建筑物上部結構破壞的直接原因之一。因此，為了保證場地穩定，人工吹填土場地需要根據地基液化程度和設計條件，選擇適合的地基處理方法消除地基液化[2]。

本文分析了人工吹填土的成分構成和性質，采用《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）（2016年版）分別計算場地各大地基土層的液化指數，通過對比分析，找出影響液化的主要土層，并提出合理可行的地基處理建議。經實踐證明，給出的地基處理方案具有較好的消除地基液化的效果，有效提高了場地地基土層的承載力，保障了建筑物的穩定性和安全性。

1 工程概況

某工程位于河北省唐山市曹妃甸區嘴東經濟開發區（灤南縣南堡鎮），總建筑面積24948m2，地上建筑面積24948m2，無地下建筑。本工程包括38棟建筑物，檐口高度為1.10～16.85m，建筑層數地上為1～4層，基礎形式為樁基或獨立基礎，基礎埋深為1.50～5.30m。

工程地質及水文地質條件：

根據巖土工程勘察報告，本工程場區地層以黏性土、粉土和砂土為主，共分為6大層，①層為人工吹填土層，②～⑤層為第四紀海相沉積層，⑥層為第四紀陸相沖積土層。在勘探深度35m范圍內觀測到一層地下水，地下水類型為潛水，地下水穩定水位埋深為0.20～3.30m，水位標高為-0.29～2.86m。工程地質剖面圖詳見圖1。

圖1 工程地質剖面圖

2 工程難點

場地分布大量人工吹填土，人工吹填土厚度較大，分布不均勻，一般厚度4.0～6.0m，最大提露厚度9.5m，且多為近3～5年吹填，局部為淤泥質填土，含大量貝殼碎片、植物根莖及少量生活垃圾，具高含水率、高壓縮性，未經處理，大都為可液化土層，導致地基不均勻沉陷和開裂，上部建筑物結構破壞。因此，必須采取相應的地基加固處理措施，以保證建筑物地基的穩定[3]。人工吹填土具有高含水率和高壓縮性，地下水水位接近自然地面，未經處理，現場施工設備無法進場。

因此準確查明擬建建筑場地范圍內地層成因年代、地層結構和空間分布特點，各地基土層的物理力學性質，尤其是人工吹填土的分布范圍和物理力學性質，準確地評價整個場地的液化形式和液化程度，選擇適合的地基處理方式，部分或全部消除場地液化，滿足設計要求，保障建筑物安全，節省項目投資，為后續設備施工做準備，是本工程的重點和難點[4]。

3 人工吹填土層級配情況

人工吹填土層各級顆粒的占比統計詳見表1，不均勻系數值及曲率系數值詳見表2。由表中數據可以看出，人工吹填土層的不均勻系數Cu大于5，曲率系數Cc介于1～3之間，級配良好。粉砂素填土①層的黏料含量平均值大于3%，粉土素填土①1層的黏料含量平均值大于8%。人工吹填土層含淤泥質土，局部含大量貝殼、腐植質，含水量較大，結構性差，工程性質較差，在進行樁基礎設計時應考慮負摩阻力對樁基承載力和沉降的影響，可采取適當措施降低負摩阻力的不利影響，如在基礎外圍增加保護樁或在產生負摩阻力段的樁身涂抹瀝青等。CFG樁、鉆孔灌注樁施工時，須注意孔壁坍塌及縮頸現象，可采取埋設護筒、合理調配泥漿比重及施工工藝等措施。

表1 人工吹填土層各級顆粒的占比統計

表2 人工吹填土層不均勻系數及曲率系數

4 場地液化判別

根 據14#、16#、24#、77#、144#、161#、172#、183#、201#、202#和234#鉆 孔所取得的資料，按《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）（2016年版）判定，本場地粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層、粉砂④層、粉土④1層為液化地層，液化指數ILE為2.14～59.90，液化等級為輕微～嚴重[5]。

根據計算結果，影響液化指數的主要土層為粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層，主要深度約為0～12m。現將不同地層液化指數占比列表如表3。

由表3可以看出，粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層的液化指數約占到85%。粉砂素填土①層、粉土素填土①1層液化指數約占到62%。可見人工吹填土對場地的液化指數影響較大，現將人工吹填土去除的液化指數與原鉆孔的液化指數進行對比，詳見表4。

表3 不同地層液化指數占比（%）

表4 采用不同方法計算得到的液化指數對比表

由表4可以看出，去除人工吹填土后，大部分鉆孔的液化指數將明顯減小，除183#鉆孔液化等級仍未嚴重外，其余大部份鉆孔均為輕微液化，局部為中等液化。因此人工吹填土為影響場地液化的主要因素，若能對其采取合理的地基處理措施，則能有效降低場地的液化程度，提高地基土體承載力，保證建筑物地基的穩定與安全。

根據現有文獻的做法(史宇鵬和周黎安，2007[46]；劉修巖等，2017[47])，使用區域生產函數來研究特定區域因素對區域內經濟效率的影響是較好的方法，因此本文的實證模型設定為：

5 地基處理方案建議

由于人工吹填土在場地大面積分布，厚度較大，分布不均勻，且無規律可循，建議施工前對整個場地進行強夯處理，不僅可以消除場地大部分液化的影響，還可在場地表層形成硬殼層，便于后續建筑和道路管線施工。

對強夯后天然地基不能滿足要求的建筑，建議采用振沖碎石樁、CFG樁復合地基處理。對某些荷載較大的建筑物，若仍不能滿足要求，則可采用鉆孔灌注樁或預應力混凝土樁（管樁或方樁）樁基礎。

6 地基處理及其效果

對于粉砂素填土①層，采用強夯法進行處理，對于粉砂素填土①1層，采用井點降水+強夯法處理。

強夯有效加固深度為6.0m，點夯單擊夯擊能為2000kN·m～3000kN·m，滿夯夯擊能為800kN·m。

通過對比強夯前后的標貫值及液化指數，可以看出0～6m范圍內地基土層液化基本消除，僅局部少數鉆孔存在輕微液化土層。處理深度范圍內粉砂素填土①層和粉土素填土①1層的液化已基本消除。除個別區域深部砂土、粉土層液化導致強夯處理后液化指數較大外，其余大部區域在消除人工吹填土液化后，液化指數明顯減小，液化程度多為輕微液化。基本達到了大面積地基處理的目的。

處理后場區平均等效剪切波速為154.5m/s，250m/s≥Vse＞150m/s，本區覆蓋層厚度dov＞50m，場地類型為III類場地。

強夯加固后表層土地基承載力特征值不小于140kPa，承載力滿足設計文件要求。

7 結論

①人工吹填土在場地大面積分布，厚度較大，分布不均勻，且多為近3～5年吹填，具高含水率、高壓縮性，未經處理，大都為可液化土層，導致地基不均勻沉陷和開裂，上部建筑物結構破壞，須采取相應的地基加固處理措施。

②人工吹填土級配良好，但含黏粒較大，局部含有機質，須考慮其對施工和設計的不利影響。

③粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層的液化指數約占到85%。粉砂素填土①層、粉土素填土①1層液化指數約占到62%。

④去除人工吹填土后，大部分鉆孔的液化指數明顯減小，為輕微液化，僅局部為中等液化。

⑤人工吹填土為影響場地液化的主要因素，因此，可對整個場地進行強夯處理。

⑥強夯處理后，0～6m范圍內地基土層液化基本消除，液化指數明顯減小，液化程度多為輕微液化。

⑦強夯處理后場區平均等效剪切波速為154.5m/s，250m/s≥Vse＞150m/s，本區覆蓋層厚度dov＞50m，場地類型為III類場地。

⑧強夯處理后表層土地基承載力特征值不小于140kPa，承載力滿足設計文件要求，且場地表面形成硬殼層，便于后續建筑和道路管線施工。

⑨對強夯后天然地基不能滿足要求的建筑，建議采用振沖碎石樁、CFG樁復合地基處理或預應力混凝土樁（管樁或方樁）樁基礎。