吹填軟土場地地基預(yù)處理方法探討

1、.吹填軟土場地地基預(yù)處理方法探討斗破蒼穹漫畫 dlong 摘 要：本文通過一個(gè)工程實(shí)例，介紹了在沿海吹填軟土場地上進(jìn)行地基預(yù)處理的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工處理方法，以及處理后所取得的效果。本項(xiàng)目根據(jù)場地的特點(diǎn)，采取結(jié)合道路先分割后處理，并按照“先簡單、后復(fù)雜，先淺部、后深部，先清淤、后擠淤、再回填，強(qiáng)排水”的原則進(jìn)行清淤換填，取得了較好的效果，對(duì)類似吹填土場地的地基預(yù)處理具有一定的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：吹填軟土；清淤換填；地基預(yù)處理；強(qiáng)夯 Abstract： By the practical engineering example， the application for ground pretreat

2、ment to the dredge soft soil is introduced from design、construction and test proposal， as well as subsequent ground treatment and subgrade deformation. According to site geological character， the site was separated into 8 parts by filled roadbed， the silt in each part was desilted and displaced by t

3、he principle which is “from easy to difficult， from shallow to deep， first desilting， after squeezing silt， and then backfill， Active drainage”. The successful experiences of ground pretreatment are described in detail. Finally， some referable conclusions are obtained. Key words： Dredger soft soil；

4、desilting and displacement； ground pretreatment； dynamic compaction 1.引言 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在東部沿海地區(qū)，能用于工程建設(shè)的土地資源越來越緊張，通過圍海吹填造地形成建設(shè)場地，成為改變土地緊缺現(xiàn)狀的必由之路。圍海吹填造地一般采用近海新近沉積的海底砂土作為吹填料，由于吹填土是由水力吹填形成的，因此其成分和分布規(guī)律與所吹填的泥砂來源及吹填時(shí)的水力條件有著密切的關(guān)系。 吹填土的性質(zhì)一般具有三高一低的特點(diǎn)，即天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低，含粘粒較大的吹填土滲透系數(shù)小，吹填土的土層分布不均勻，大部分場地表層都含有一定

5、區(qū)域的淤泥，常需要晾曬一年甚至幾年后才方便利用。國內(nèi)外對(duì)吹填土進(jìn)行加固處理的方法很多，而吹填土場地預(yù)處理方案常常會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的工期、經(jīng)濟(jì)性、安全和基礎(chǔ)方案產(chǎn)生很大的影響。 2.工程地質(zhì)情況 山東某項(xiàng)目包括32座10萬m3儲(chǔ)罐，占地約60萬m2，建設(shè)場地是采用圍海吹填造地形成的。項(xiàng)目場地基巖埋深大部分在816m之間，基巖頂面較平緩，基巖之上就是吹填土，吹填土主要有中、細(xì)砂組成且嚴(yán)重液化，吹填土中包含吹填粘土夾層和表層淤泥層。 場地約3/4的區(qū)域分布有表層淤泥層，最厚處約5.4m，具有腥臭味，混砂，大部分區(qū)域表層淤泥呈可流動(dòng)狀態(tài)，且其厚度分布規(guī)律性不強(qiáng)，無法預(yù)先探明，表層淤泥層分布范圍見圖1中陰影

6、顯示區(qū)域。 根據(jù)項(xiàng)目要求，在場地吹填完成4個(gè)月后就開始進(jìn)行施工，要求在18個(gè)月內(nèi)項(xiàng)目完成，具備進(jìn)油條件。因此，本項(xiàng)目的場地預(yù)處理需要考慮下列因素： 表層淤泥分布范圍廣、厚度變化大，且施工人員、機(jī)械無法進(jìn)場； 吹填場地形成時(shí)間短、含水量高、松散、嚴(yán)重欠固結(jié)、嚴(yán)重液化； 場地吹填后地面標(biāo)高基本等于場地設(shè)計(jì)標(biāo)高； 需滿足在18個(gè)月內(nèi)具備進(jìn)油條件，其中，場地預(yù)處理需要在6個(gè)月內(nèi)完成。 3.場地預(yù)處理方案確定 現(xiàn)在國內(nèi)外出現(xiàn)了很多適用于吹填土的處理方法，這些方法主要從物理和化學(xué)兩個(gè)方面來改善吹填土的工程性質(zhì)，物理方法一般有清淤換填、真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓、強(qiáng)夯法、動(dòng)力排水固結(jié)法、高真空擊密法、碎石樁法、C

7、FG樁法、強(qiáng)夯置換法、二灰樁法和水泥攪拌樁法等，化學(xué)方法主要是針對(duì)相對(duì)均勻的粘性吹填土采用新型固化劑進(jìn)行固化處理1。 張季超等人曾在表層有淤泥的吹填場地上，采用先吹填23m的砂，再插入塑料排水板，根據(jù)“先輕后重，逐級(jí)加能，少擊多遍，逐層加固”原則，采用動(dòng)力排水固結(jié)法進(jìn)行地基預(yù)處理，取得了較好的效果2。青島濱海曾采用先在吹填土場地表面鋪設(shè)竹荊笆和土工布，其上吹填0.5m的砂，再插入塑料排水板，采用動(dòng)力排水固結(jié)法進(jìn)行地基預(yù)處理，也取得了一定的效果3。真空預(yù)壓對(duì)欠固結(jié)、滲透系數(shù)較大的新近吹填土也具有較好的處理效果4。徐士龍等人將高真空降、排水與低能量強(qiáng)夯結(jié)合的高真空擊密法也在許多吹填土場地上獲得了成

8、功56。振沖碎石樁在砂性吹填土中成功應(yīng)用的案例較多7，在含粘性土較多吹填土中則應(yīng)用相對(duì)較少。 在采用上述方法對(duì)地基進(jìn)行處理后，場地的承載力均有明顯地提高，一般可以達(dá)到80120kPa，若場地內(nèi)需要建造載荷大、不均勻沉降控制嚴(yán)格的建、構(gòu)筑物時(shí)，常常采用剛性樁基承臺(tái)基礎(chǔ)方案。 采用固化劑對(duì)吹填土進(jìn)行處理，對(duì)地基土的物理性質(zhì)和均勻性有一定的要求，明顯不適合本項(xiàng)目。由于場地表層淤泥的厚度變化大且無法通過勘察預(yù)先查明其分布情況，碎石樁法、CFG樁法、強(qiáng)夯置換法、二灰樁法和水泥攪拌樁法等無法布置合理的樁間距以達(dá)到均勻的處理效果，再加上淤泥表面施工設(shè)備無法進(jìn)入，這些方法顯然也不適合本項(xiàng)目。 擬建場地吹填后地

9、面標(biāo)高基本等于場地設(shè)計(jì)標(biāo)高，許多區(qū)域表層淤泥為可流動(dòng)狀，因此，除采用清淤換填外，較可行的方案有：先鋪土工布?jí)|層（由于竹荊笆會(huì)對(duì)大量構(gòu)筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工造成不利影響，不考慮采用），在土工布上吹填約1.0m厚的砂，再插塑料排水板，然后進(jìn)行真空預(yù)壓或者動(dòng)力排水固結(jié)。其中，真空預(yù)壓方案試驗(yàn)和施工的工期至少在10個(gè)月以上，不滿足本項(xiàng)目工期要求；動(dòng)力排水固結(jié)在本項(xiàng)目中應(yīng)用具有如下特點(diǎn)： 由于場地的面積大、表層淤泥處于可流淌狀，土工布的鋪設(shè)難度大，需要先在場地中搭設(shè)一定的腳手架通道； 吹填砂設(shè)備、插管設(shè)備和低能級(jí)強(qiáng)夯設(shè)備在1.0m厚吹填砂上面行走存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)； 由于表層淤泥的厚度變化大，不同厚度分布

10、范圍難確定，試驗(yàn)、施工參數(shù)的確定較困難； 由于淤泥滲透系數(shù)小，表層淤泥厚度大于4.0m的區(qū)域處理效果較差，會(huì)造成整個(gè)場地處理后整體均勻性較差； 鋪設(shè)土工布、吹砂、插管和強(qiáng)夯試驗(yàn)、施工的總工期較長（至少約7個(gè)月），對(duì)總項(xiàng)目工期影響較大； 同時(shí)會(huì)對(duì)罐基礎(chǔ)的地基處理方案選擇造成較多的限制。 清淤換填方案適用范圍廣、施工速度快（清淤換填約需3個(gè)月），對(duì)罐基礎(chǔ)地基處理方案和基礎(chǔ)方案影響小，能滿足本項(xiàng)目各項(xiàng)要求，但缺點(diǎn)也很明顯，回填料需求量大、需要有淤泥堆場及費(fèi)用較高。 結(jié)合本項(xiàng)目旁邊的預(yù)留地可以做堆放淤泥場地，當(dāng)?shù)亻_山碎石來源豐富可以作為清淤回填料，當(dāng)?shù)厣霸淳o張、供應(yīng)不足等情況，同時(shí)，本項(xiàng)目采用動(dòng)力排水

11、固結(jié)進(jìn)行預(yù)處理后，罐基礎(chǔ)基本只能采用鉆孔灌注樁基承臺(tái)方案，總體費(fèi)用較高。綜合上述各項(xiàng)因素，本工程采用清淤換填結(jié)合局部低能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行場地預(yù)處理。 4.場地預(yù)處理 由于場地表面的淤泥具有較好的流動(dòng)性，原換填方最初是采用擠淤換填方式進(jìn)行處理的，但隨著換填的推進(jìn)，表層淤泥的流動(dòng)性不均勻逐步體現(xiàn)出來，即表層流動(dòng)性好、深層流動(dòng)性差、淤泥深的地方流動(dòng)性好、淤泥淺的地方流動(dòng)性差，加上回填料吸收部分淤泥中的自由水，造成回填后場地的地面標(biāo)高不斷抬升。在回填了近40000m2后，最大抬升高度達(dá)到1.5m以上，致使回填量大大增加，且局部發(fā)現(xiàn)有將下面砂層擠出混入淤泥的現(xiàn)象，造成擠淤換填工作不得不提前終止。在對(duì)回填后場地

12、進(jìn)行補(bǔ)勘時(shí)，還發(fā)現(xiàn)許多區(qū)域回填層下夾雜有約2m厚的未擠出淤泥，這在后續(xù)罐基礎(chǔ)的地基處理中不得不重新開挖、換填，造成很大的浪費(fèi)。 在這種情況下，原換填方退出，由我公司負(fù)責(zé)后續(xù)的場地?fù)Q填、平整工作。首先，我們對(duì)整個(gè)場地情況及工期要求等進(jìn)行了分析，找出其中主要的矛盾點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： 表層淤泥夾層分布范圍廣且大部分連成一片，處理起來相互影響大； 表層淤泥夾層的流動(dòng)性不均勻； 表層淤泥夾層的厚度不均勻，且深度分布情況無法探明； 現(xiàn)場交通通道少，各種車輛通行相互影響大； 工期緊張，必須考慮清淤換填、低能級(jí)強(qiáng)夯和罐基礎(chǔ)地基處理的交叉作業(yè)。 為選擇合理的施工方案，先在幾個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行了清淤換填的試驗(yàn)。在試驗(yàn)

13、中發(fā)現(xiàn)，由于場地中含水量大且砂土擾動(dòng)后易液化，在淤泥分布深度1.5m以上的地方，隨著清淤深度的增加，四周的淤泥不斷流淌過來，會(huì)以清淤點(diǎn)為中心形成一個(gè)半漏斗狀的區(qū)域，淤泥下面的砂、水和四周流淌來的淤泥混合在一起，無法判別何時(shí)應(yīng)該停止清淤、開始回填，這會(huì)造成很多的砂被當(dāng)作淤泥清除，造成工程量大增。在淤泥的分布深度大于3.0m的地方，隨著清淤深度的增加，四周的淤泥不斷流淌形成的半漏斗狀的區(qū)域越來越大，清淤深度的增加非常困難，若中途停止清淤開始回填，未清出淤泥會(huì)在回填層下形成淤泥夾層，影響后續(xù)的工程質(zhì)量。 綜上所述，如何制定合理的清淤換填施工方案，即不會(huì)將砂錯(cuò)當(dāng)淤泥清除，又不會(huì)將下部的淤泥遺留在場地中

14、，同時(shí)，充分考慮場地內(nèi)作用面長、相互影響大、車輛通行相互影響、工期緊張等因素，是本項(xiàng)目在場地預(yù)處理階段的主要矛盾。 經(jīng)過多次現(xiàn)場查看、組織專題討論會(huì)及咨詢相關(guān)專家，并與罐基礎(chǔ)的地基處理方案綜合考慮，決定采取如下方案進(jìn)行清淤換填： 根據(jù)罐組布置的特點(diǎn)，先在今后永久道路的位置采用拋石擠淤回填的方式回填出臨時(shí)施工道路，將整個(gè)場地分割為8個(gè)獨(dú)立的小區(qū)域； 按照“先簡單、后復(fù)雜、先淺部、后深部、先清淤、后擠淤、再回填、強(qiáng)排水”的原則進(jìn)行清淤換填，回填料采用碎石含量超過50%的開山料； 結(jié)合詳勘報(bào)告，在施工中判別淤泥深度，對(duì)較深處采用分臺(tái)階回填處理。 根據(jù)場地表層淤泥有一定的流動(dòng)性，淤泥分布面積廣的特點(diǎn)，

15、先在規(guī)劃的道路位置采用拋石擠淤回填的方式回填出臨時(shí)道路，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 消除不同區(qū)域之間的相互影響，大大減小清淤換填的難度； 不同區(qū)域可以根據(jù)其自身的特點(diǎn)采用不同的清淤換填方案； 大大增加施工的作業(yè)面，增加交通道路，加快工程施工的進(jìn)度； 可以完成一塊，交工一塊，提供交叉作用的可能。 由于回填道路較窄（810m），且表層淤泥有一定的流動(dòng)性，采用拋石擠淤回填的方式，基本可以擠出下部大部分淤泥快速形成交通通道，同時(shí)這些區(qū)域是道路，即使有部分淤泥未擠出影響也不大。 先簡單、后復(fù)雜：將場地的臨時(shí)道路回填出來后，在整體上對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行分別評(píng)價(jià)，先施工清淤面積小、淤泥深度小、方便處理的罐組，最后施工清淤

16、換填工作量大的罐組，這樣可以盡快將部分場地交付下道工序，各工序交叉施工，加快工程進(jìn)度。 先淺部、后深部：對(duì)單個(gè)分割區(qū)域先換填淤泥較淺的部分，再換填淤泥較深的部分，若先回填淤泥較深部位容易在下部留下淤泥包，且會(huì)將淤泥較淺部位的部分砂土擾動(dòng)作為淤泥清除。 先清淤、后擠淤、再回填：施工中先清淤，同時(shí)保證淤泥面一直低于回填地面1.5m以上，以避免地面標(biāo)高的抬升，同時(shí)保證一定的壓力能將回填土下的淤泥擠出；清淤到一定程度后，再進(jìn)行堆土擠淤，盡量減少換填層下的淤泥殘留量；然后再用推土機(jī)進(jìn)行拋填。整個(gè)施工過程一直按這種順序分段進(jìn)行循環(huán)推進(jìn)。 強(qiáng)排水：在清淤換填的過程中，發(fā)現(xiàn)積水較多時(shí)，及時(shí)用泵進(jìn)行排水。當(dāng)清淤

17、的時(shí)候出水較多時(shí)，砂容易因擾動(dòng)而液化，大大增加水、砂和淤泥攪在一起被清除的概率，同時(shí)加強(qiáng)排水還可以降低場地的水位，加強(qiáng)后續(xù)地基處理的效果。 在清淤換填過程中，根據(jù)清淤的開挖情況現(xiàn)場調(diào)整清淤面低于回填面的深度，宜保持在1.5m以上以加強(qiáng)擠淤的效果。當(dāng)發(fā)現(xiàn)淤泥的深度大于3.0m時(shí)，分二個(gè)臺(tái)階進(jìn)行清淤回填，第一個(gè)臺(tái)階的處理方法與不分臺(tái)階的方法相同。 清淤換填完成后，對(duì)罐基礎(chǔ)影響以外的區(qū)域，采用3000kN.m能級(jí)強(qiáng)夯消除場地淺層的液化及欠固結(jié)現(xiàn)象，作為一般建、構(gòu)筑物的地基持力層，同時(shí)減少長期運(yùn)行中的地面沉降；對(duì)罐基礎(chǔ)影響以內(nèi)的場地采用1500kN.m能級(jí)強(qiáng)夯滿夯一遍，滿足設(shè)備運(yùn)行要求。 5.處理效果

18、 采用上述方案進(jìn)行清淤換填后，整個(gè)場地的地面標(biāo)高得到了較好的控制，很少發(fā)現(xiàn)有將砂誤做淤泥清除的現(xiàn)象，通過換填后的補(bǔ)充勘察發(fā)現(xiàn)，換填層下的殘留淤泥都很薄，基本都在0.5m以內(nèi)，對(duì)后續(xù)場地預(yù)處理和罐基礎(chǔ)地基（超高能級(jí)強(qiáng)夯/置換）處理的施工和效果基本沒有影響。 通過切割分塊施工，先將簡單場地完成換填、平整后交給強(qiáng)夯單位施工，即完成一塊交付一塊，可以滿足后續(xù)場地的預(yù)處理和罐基礎(chǔ)地基處理的施工進(jìn)度要求，基本做到了不誤工、不窩工。現(xiàn)場的施工車輛非常多，有外運(yùn)淤泥的、運(yùn)換填填料的、運(yùn)夯坑填料的、來回調(diào)動(dòng)的挖機(jī)、推土機(jī)及其它運(yùn)行車輛，由于先回填出了較多的施工通道，現(xiàn)場的施工機(jī)械通道得到了合理的規(guī)劃和保證，切實(shí)有效做到了交叉作業(yè)、合理布局、組織有序。 換填完成后場地預(yù)處理均能順利進(jìn)行，且處理效果滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)罐基礎(chǔ)所在區(qū)域僅需要進(jìn)行一遍1500kN.m能級(jí)滿夯，即可進(jìn)行超高能級(jí)強(qiáng)夯/置換處理，這也節(jié)約了大量的施工工期和費(fèi)用。經(jīng)過超高能級(jí)強(qiáng)夯/置換處理的罐基礎(chǔ)，在整個(gè)充水預(yù)壓期間，環(huán)墻沉降觀測點(diǎn)平均沉降基本在65mm左右，最大觀測點(diǎn)沉降不超高110mm，其對(duì)徑點(diǎn)不均勻沉降和相鄰點(diǎn)不均勻沉降均遠(yuǎn)小于規(guī)范限制，取得了很好的效果，按時(shí)完成了項(xiàng)目要求，相