摘 要：随着我国国民经济的快速发展，越来越多吹填形成的滩地需进行地基处理，针对不同的地层情况，必须采用适宜的地基处理方案。本文就东营港某项目吹填地基处理深度达8m进行了经验总结，同时对地基处理施工实践中遇到的一些问题进行了探讨。
关键词：吹填 淤泥 液化 真空 轻型井点 强夯 实录
1. 工程概况
某项目位于东营港区，场地为海边吹填形成的滩地，地势低洼平坦，后经人工回填整平，地势相对平坦。在地貌单元上，勘察场地属于第四纪黄河三角洲冲积平原。
根据东营港地基处理经验，东营港区地基处理深度一般为4～5m，多采用预排水动力固结法或高真空击密法;对第③层淤泥质粉质粘土的处理多采用深层搅拌桩;地基承载力要求较高时，多采用钻孔灌注桩或PHC管桩。
本工程场区地层主要为表层新近素填土和第四系全新统陆相冲击、海相沉积和海陆交互相沉积形成的粉土层、粉质粘土层及砂土层。工程地质剖面图见图1，物理力学参数见表1。
各土层物理力学参数表 表1
岩土
编号 |
天然
含水量w(%) |
天然
孔隙比
e |
液限wL(%) |
重力
密度γ（kN/m3） |
压缩
模量Es
(MPa) |
承载力
特征值(kPa) |
|
②粉土 |
27.8 |
0.981 |
28.9 |
17.3 |
2.92 |
100 |
|
③淤泥质粉质粘土 |
48.6 |
1.285 |
46.2 |
17.5 |
3.30 |
65 |
|
④粉土 |
26.8 |
0.797 |
28.4 |
18.9 |
7.82 |
140 |
|
备注：第②层饱和粉土为轻微液化土层，场地为轻微液化土地。 |
本工程处理后地基需达到以下要求：
⑴处理后的地表地基承载力特征值应大于130kPa;
⑵处理深度到第③层淤泥质粉质粘土。
2. 试验处理方案
2.1设计方案的选择
①本项目处理深度要求到第③层淤泥质粉质粘土，处理深度约8m，根据当地经验，若采用深层搅拌桩进行地基处理，首先需对场地进行预处理，满足人员及设备行走要求，之后再进行地基处理。这种方法工期长，成本高。
②采用高真空击密法，工期长、成本高。
③采用常规预排水动力固结法，强夯夯击能低，处理深度无法满足要求。采用高能量预排水动力固结法，成本低，处理深度可以满足要求。
深层搅拌桩、高真空击密法、高能量预排水动力固结法三种方案经济分析对比如表2所示。
三种方案经济分析对比 表2
|
序号 |
地基处理形式 |
单方造价(元/m2) |
|
1 |
深层搅拌法 |
110 |
|
2 |
高真空击密法 |
70 |
|
3 |
高能量预排水动力固结法 |
50 |
2.2处理方案
根据当地施工经验，在充分分析本工程《岩土工程勘察报告》的基础上，特制定以下处理方案：
⑴处理方案：采用沉管砂桩+强夯施工。
⑵施工顺序：先施工砂桩，再进行强夯处理。
⑶设计参数：
砂桩：砂桩直径Φ400mm，间距为3.0m，等边三角形布置，桩长7.5～8.7m，要求砂桩进入第④层粉土(Q4al)不小于50cm。
强夯：强夯点夯2遍，满夯1遍，点夯夯击能为4000kN.m，夯点按6m×6m间距布置，满夯夯击能为2000kN.m。
2.3处理过程
为验证设计方案的可行性，同时为大面积地基处理施工提供相关参数。本工程选择了两个试验区进行地基试处理。
2.3.1试验一区
试验一区位于场区中部北侧，试验面积24m×24m。砂桩施工完成，进行孔隙水压力计埋设，之后开始点夯施工。点夯夯击能为4000kN.m，点夯施工过程中，因表层土(①素填土)以饱和粉土为主，强夯机周围经扰动液化。点夯1击夯沉量平均值为92.5㎝，夯坑过深拔锤困难，继续夯击夯坑周围地面隆起明显，机械下陷严重，随即停止夯击。第1、2遍点夯击数均为1击。
两遍夯击之间间隔时间通过孔隙水压力计进行观测，经实测，3天孔隙水压力消散率达到75%以上，5天达到90%以上。为确保孔隙水压力得到充分消散，强夯过程中两遍夯击之间间隔时间为5天。试验一区孔隙水压力消散曲线如图2所示。
按照设计方案进行二遍点夯后，地基处理未得到有效加固，为此，增加了强夯遍数，后续施工中，共对该区进行了6遍点夯，夯击能4000kN.m，第3、4遍点夯夯击次数为2击，第5、6遍点夯夯击次数为3击。经统计：第5遍、第6遍点夯最后两击平均夯沉量分别为29.6cm和32.2cm。
点夯施工完成后，地下水位上升至地表，大量水进入①层杂填土中，致使①层杂填土含水处于饱和状态，因此造成表层松软，经长时间地下水仍无法自行渗出，1m以下满足设计要求，采用轻型井点降水对该区进行降水试验，纵向排水管长6m。根据现场实测单泵排水量约为0.3m³/小时，出水量很小。该区采用1000kN.m夯击能满夯结束后，试桩区内地表泛水较明显，该降水方案作用较小，表层约1m地层无法固结，①层素填土、②层粉土中的水位下降不明显，停泵后水位又恢复。针对试验情况，及时对降水方案进行了调整，重新下设了井点管，将纵向排水管长度调整为4.0m进行降水，效果良好，之后采用600kN.m夯击能进行了满夯。
2.3.2试验二区
试验二区位于场区中部北侧，试验面积24m×24m，根据试验一区施工情况，我方对试验二区强夯夯击能进行了调整，第1、2遍点夯夯击能1000kN.m，第3、4遍点夯夯击能2000kN.m，第5、6遍点夯夯击能4000kN.m，满夯夯击能1000KN.m。其它情况与试验一区基本相同。
2.3.3施工过程中存在的问题
2.3.3.1砂桩施工问题
砂桩施工过程中发现提管过程中砂料在③层淤泥质粉质粘土层下料不顺畅，分析原因主要是因为③层土为软塑～流塑状，在砂桩提管过程中形成真空，导致孔壁回缩，进料不连续。
施工初期，采用先加水后加砂料，使砂料形成流体状的方法，克服了此问题。但是，这种方法由于天气寒冷，容易造成管道冻结，无法实施，为此，我公司发明了一种新型的施工方法，即采用空压机在沉管下部边送气边提管，不让其形成真空的方法，有效克服了此问题(如图3所示)。
2.3.3.2强夯施工安全问题
试验一、二区强夯施工过程中，地下水位上升至地表，大量水进入①层杂填土中，致使①层杂填土含水处于饱和状态，因此造成表层松软，强夯施工过程中，如果不进行降水施工，①层杂填土液化较严重，表层松软，机械行走及起吊锤作业十分困难，稍有不慎极易发生安全事故。
2.3.3.3超孔隙水压力消散导致工期延长
强夯施工过程中，导致①层杂填土含水处于饱和状态，自然消散十分缓慢，通过明排水短期内不能将①层杂填土中的水排出，为了缩短工期，必须采用有效的降水方法。
针对现场实际情况，采用了轻型井点降水方法，插管深度经过多次试验，最终将表层及②层粉土中的水强行排出，有效降低了土层中含水量，最后采用满夯补强表层土，使其固结，达到了设计要求。
2.4处理效果
试验一区和试验二区处理效果如表3所示。
试验一区和试验二区处理效果 表3
岩土
编号 |
天然含水量
w(%) |
天然孔隙比
e |
压缩模量
Es(MPa) |
承载力特征值(kPa) |
|
处理前 |
处理后 |
处理前 |
处理后 |
处理前 |
处理后 |
处理前 |
处理后 |
|
①填土 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
130 |
|
②粉土 |
27.8 |
30 |
0.981 |
0.791 |
2.92 |
7.7 |
100 |
150 |
|
③淤泥质粉质粘土 |
48.6 |
34.9 |
1.285 |
0.941 |
3.30 |
3.8 |
65 |
105 |
|
④粉土 |
26.8 |
24.8 |
0.797 |
0.684 |
7.82 |
10.2 |
140 |
150 |
因土质、夯点、夯间的差异性，强夯后地基土强度在水平上差异较小、而垂直方向上差异较大，受土质条件限制，强夯加固对第③层粉质粘土(局部淤泥质土)影响程度较小，地基土承载力提高幅度不大。
3.调整后试验处理方案、过程及效果
根据试验一区、二区的试验情况，我们对试验方案进行了调整：①采用沉管砂桩+轻型井点降水+强夯施工;②变被动排水为主动降水，先采用轻型井点将地下水位降至地面下3.5m后，再进行强夯施工。
砂桩施工完毕后，进行轻型井点降水施工，井点管水平间距1.0～1.5m，水平卧管排距5.5m，深度4.0m，采用自溢式真空泵抽水，如图4所示。共抽水12天。试验三区点夯分三种夯击能施工，第一遍点夯采用2000kN.m和3000kN.m夯击能，第二遍点夯采用2000kN.m、4000kN.m和3000kN.m夯击能，第三遍点夯采用2000kN.m、4000kN.m和3000kN.m夯击能，600kN.m夯击能满夯一遍。强夯施工过程中继续抽水。强夯具体步骤如下：
⑴采用三遍点夯，一遍满夯施工。夯点布置如图5所示。
⑵第一遍点夯每点夯3击;夯点布置于真空井点管排间，不影响真空降水施工。
⑶第二遍点夯每点夯3击;夯点布置于真空管上，二遍强夯前须将夯锤直径范围内的真空管拆除，留下夯间真空管，继续进行抽水。
⑷第三遍点夯每点夯3击;强夯前真空管拆除，仅剩场地外围的井点管抽水。
⑸满夯一遍，采用600kN.m夯击能，夯点之间搭接夯锤面积的1/3，满夯前拆除外围井点管。
试验三区处理效果如表4所示。
试验三区处理效果 表4
层号
岩性 |
平板载荷试验 |
土工试验 |
标准贯入试验 |
静力触探试验 |
综合评价结果 |
承载力
特征值
fak
（kPa） |
变形
模量
E0
（MPa） |
承载力
特征值
fak（kPa） |
孔隙比
e |
承载力
特征值
fak（kPa） |
锤击数
N |
承载力
特征值
fak
（kPa） |
比贯入
阻力
ps
（MPa） |
承载力
特征值
fak
（kPa） |
压 缩
模 量
Es
（MPa） |
第①层
冲填土 |
≥130 |
19.34
～
29.78 |
135 |
0.729 |
140 |
21.2 |
145 |
7.7 |
130 |
|
第②层
粉土 |
165 |
0.697 |
170 |
19.7 |
175 |
10.9 |
150 |
8.0 |
第③层
粉质粘土 |
|
|
105 |
0.972 |
105 |
2.8 |
105 |
0.8 |
105 |
3.7 |
第④层
粉土 |
|
|
150 |
0.617 |
145 |
11.2 |
145 |
5.5 |
150 |
9.0 |
因土质、夯点、夯间的差异性，强夯后地基土强度在水平上差异较小、而垂直方向上差异较大，受土质条件限制2000kN.m 、3000kN.m 、4000kN.m各分区加固效果对第③层淤泥质粉质粘土影响差别不大，强夯加固对第③层影响程度较小，地基土承载力提高幅度不大。
根据本工程地基处理需求，经设计论证，③层淤泥质粉质粘土由于其自身的特性，承载力特征值由65kPa提高至105kPa可以满足处理要求。
4. 处理方案确定
试验一、二、三区检测完成后，经业主、监理、设计院及相关专家研究讨论，最终确定采用沉管砂桩+轻型井点降水+强夯施工方案。
⑴砂桩：直径Φ400mm，间距为3.0m，等边三角形布置，桩长7.5～8.7m，要求砂桩进入第④层粉土不小于50cm。
⑵轻型井点：强夯施工前降水12～15天。井点管水平间距1.0～1.5m，水平卧管排距5.5m，深4.0m，采用自溢式真空泵抽水，要求将水位降至地面以下至少3.5m。
⑶强夯：水位降至设计要求后，开始强夯施工，点夯三遍，夯点间距5.5m正方形布置。第一遍点夯夯击能2000kN.m，第二遍点夯夯击能4000kN.m，第三遍点夯3000kN.m，600 kN.m夯击能满夯一遍。孔隙水消散期为4天。在强夯施工期间，真空泵维持抽水。
5. 结论
5.1本项目采用砂桩+轻型井点降水+强夯地基处理方法成功对超软弱地基进行了处理，处理深度达8m，成功解决了东营港区的超软弱地基，形成了一种新的超软弱地基处理方法，该方法在国内未见报道。
5.2气动沉管砂桩成功解决了在淤泥质粉质粘土中成桩问题，该方法在国内未见报道。
5.3③层淤泥质粉质粘土为海相沉积层，俗称“油泥层”，其上的①层素填土和②层粉土均为吹填形成，经试验数据表明，轻型井点降水时，井点管不宜插入③层，该土渗透性差，采用真空降水将该层中的水抽出十分困难。
砂桩、强夯施工过程中，可将该层破坏，强迫该层中的地下水渗出。
5.4在表层土极易发生液化的场区进行强夯施工时，宜采用主动排水措施，有效将地下水排出后，再进行强夯施工，可有效避免表层土处于饱和状态，发生液化现象，有效防止机械行走时安全事故发生;同时也可有效缩短工期。
5.5强夯夯击能的确定
第一遍点夯：2000kN.m与3000kN.m超孔隙水压力上升值对比，发现2000kN.m强夯的超孔隙水压力要高于3000kN.m的超孔隙水压力，说明第一遍点夯采用3000kN.m就已经将地层破坏，能量分散，效果不如2000kN.m强夯效果好。
第二遍强夯：采用4000kN.m强夯，目的是对深层地基土进行处理，此时仍有一部分井点管抽水，可确保不出现地下水上升到地表的情况。
第三遍强夯：采用3000kN.m强夯时，仅剩场地外围的井点管在抽水，场地中间的井点管已经全部拆除，如果采用高能量强夯易出现地下水渗到地表，造成工程失败。
5.6本工程采用4000kN.m和3000kN.m高能量夯击能在超软弱地基土中进行强夯，在国内尚属首次，未见报道。
[参考文献]
[1]中华人民共和国建设部.JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]同济大学叶观宝、叶书麟主编.地基处理.北京：中国建筑工业出版社，1997
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文章名称：
某项目吹填地基处理工程实录
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