吹填软土场地地基预处理方法探讨

　　1.引言

 

　　随着我国经济的发展，在东部沿海地区，能用于工程建设的土地资源越来越紧张，通过围海吹填造地形成建设场地，成为改变土地紧缺现状的必由之路。围海吹填造地一般采用近海新近沉积的海底砂土作为吹填料，由于吹填土是由水力吹填形成的，因此其成分和分布规律与所吹填的泥砂来源及吹填时的水力条件有着密切的关系。

 

　　吹填土的性质一般具有三高一低的特点，即天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低，含粘粒较大的吹填土渗透系数小，吹填土的土层分布不均匀，大部分场地表层都含有一定区域的淤泥，常需要晾晒一年甚至几年后才方便利用。国内外对吹填土进行加固处理的方法很多，而吹填土场地预处理方案常常会对整个项目的工期、经济性、安全和基础方案产生很大的影响。

 

　　2.工程地质情况

 

　　山东某项目包括32座10万m3储罐，占地约60万m2，建设场地是采用围海吹填造地形成的。项目场地基岩埋深大部分在8～16m之间，基岩顶面较平缓，基岩之上就是吹填土，吹填土主要有中、细砂组成且严重液化，吹填土中包含吹填粘土夹层和表层淤泥层。

 

　　场地约3/4的区域分布有表层淤泥层，最厚处约5.4m，具有腥臭味，混砂，大部分区域表层淤泥呈可流动状态，且其厚度分布规律性不强，无法预先探明，表层淤泥层分布范围见图1中阴影显示区域。

 

 

　　根据项目要求，在场地吹填完成4个月后就开始进行施工，要求在18个月内项目完成，具备进油条件。因此，本项目的场地预处理需要考虑下列因素：

 

　　①表层淤泥分布范围广、厚度变化大，且施工人员、机械无法进场；

 

　　②吹填场地形成时间短、含水量高、松散、严重欠固结、严重液化；

 

　　③场地吹填后地面标高基本等于场地设计标高；

 

　　④需满足在18个月内具备进油条件，其中，场地预处理需要在6个月内完成。

 

　　3.场地预处理方案确定

 

　　现在国内外出现了很多适用于吹填土的处理方法，这些方法主要从物理和化学两个方面来改善吹填土的工程性质，物理方法一般有清淤换填、真空预压法、堆载预压、强夯法、动力排水固结法、高真空击密法、碎石桩法、CFG桩法、强夯置换法、二灰桩法和水泥搅拌桩法等，化学方法主要是针对相对均匀的粘性吹填土采用新型固化剂进行固化处理[1]。

 

　　张季超等人曾在表层有淤泥的吹填场地上，采用先吹填2～3m的砂，再插入塑料排水板，根据“先轻后重，逐级加能，少击多遍，逐层加固”原则，采用动力排水固结法进行地基预处理，取得了较好的效果[2]。青岛滨海曾采用先在吹填土场地表面铺设竹荆笆和土工布，其上吹填0.5m的砂，再插入塑料排水板，采用动力排水固结法进行地基预处理，也取得了一定的效果[3]。真空预压对欠固结、渗透系数较大的新近吹填土也具有较好的处理效果[4]。徐士龙等人将高真空降、排水与低能量强夯结合的高真空击密法也在许多吹填土场地上获得了成功[5][6]。振冲碎石桩在砂性吹填土中成功应用的案例较多[7]，在含粘性土较多吹填土中则应用相对较少。

 

　　在采用上述方法对地基进行处理后，场地的承载力均有明显地提高，一般可以达到80～120kPa，若场地内需要建造载荷大、不均匀沉降控制严格的建、构筑物时，常常采用刚性桩基承台基础方案。

 

　　拟建场地吹填后地面标高基本等于场地设计标高，许多区域表层淤泥为可流动状，因此，除采用清淤换填外，较可行的方案有：先铺土工布垫层（由于竹荆笆会对大量构筑物基础的设计和施工造成不利影响，不考虑采用），在土工布上吹填约1.0m厚的砂，再插塑料排水板，然后进行真空预压或者动力排水固结。其中，真空预压方案试验和施工的工期至少在10个月以上，不满足本项目工期要求；动力排水固结在本项目中应用具有如下特点：

 

　　①由于场地的面积大、表层淤泥处于可流淌状，土工布的铺设难度大，需要先在场地中搭设一定的脚手架通道；

 

　　②吹填砂设备、插管设备和低能级强夯设备在1.0m厚吹填砂上面行走存在一定的安全风险；

 

　　③由于表层淤泥的厚度变化大，不同厚度分布范围难确定，试验、施工参数的确定较困难；

 

　　④由于淤泥渗透系数小，表层淤泥厚度大于4.0m的区域处理效果较差，会造成整个场地处理后整体均匀性较差；

 

　　⑤铺设土工布、吹砂、插管和强夯试验、施工的总工期较长（至少约7个月），对总项目工期影响较大；

 

　　⑥同时会对罐基础的地基处理方案选择造成较多的限制。

 

　　清淤换填方案适用范围广、施工速度快（清淤换填约需3个月），对罐基础地基处理方案和基础方案影响小，能满足本项目各项要求，但缺点也很明显，回填料需求量大、需要有淤泥堆场及费用较高。

 

　　结合本项目旁边的预留地可以做堆放淤泥场地，当地开山碎石来源丰富可以作为清淤回填料，当地砂源紧张、供应不足等情况，同时，本项目采用动力排水固结进行预处理后，罐基础基本只能采用钻孔灌注桩基承台方案，总体费用较高。综合上述各项因素，本工程采用清淤换填结合局部低能级强夯进行场地预处理。

 

　　4.场地预处理

 

　　由于场地表面的淤泥具有较好的流动性，原换填方最初是采用挤淤换填方式进行处理的，但随着换填的推进，表层淤泥的流动性不均匀逐步体现出来，即表层流动性好、深层流动性差、淤泥深的地方流动性好、淤泥浅的地方流动性差，加上回填料吸收部分淤泥中的自由水，造成回填后场地的地面标高不断抬升。在回填了近40000m2后，最大抬升高度达到1.5m以上，致使回填量大大增加，且局部发现有将下面砂层挤出混入淤泥的现象，造成挤淤换填工作不得不提前终止。在对回填后场地进行补勘时，还发现许多区域回填层下夹杂有约2m厚的未挤出淤泥，这在后续罐基础的地基处理中不得不重新开挖、换填，造成很大的浪费。

 

　　在这种情况下，原换填方退出，由我公司负责后续的场地换填、平整工作。首先，我们对整个场地情况及工期要求等进行了分析，找出其中主要的矛盾点有以下几个方面：

 

　　①表层淤泥夹层分布范围广且大部分连成一片，处理起来相互影响大；

 

　　②表层淤泥夹层的流动性不均匀；

 

　　③表层淤泥夹层的厚度不均匀，且深度分布情况无法探明；

 

　　④现场交通通道少，各种车辆通行相互影响大；

 

　　⑤工期紧张，必须考虑清淤换填、低能级强夯和罐基础地基处理的交叉作业。

 

　　为选择合理的施工方案，先在几个典型区域进行了清淤换填的试验。在试验中发现，由于场地中含水量大且砂土扰动后易液化，在淤泥分布深度1.5m以上的地方，随着清淤深度的增加，四周的淤泥不断流淌过来，会以清淤点为中心形成一个半漏斗状的区域，淤泥下面的砂、水和四周流淌来的淤泥混合在一起，无法判别何时应该停止清淤、开始回填，这会造成很多的砂被当作淤泥清除，造成工程量大增。在淤泥的分布深度大于3.0m的地方，随着清淤深度的增加，四周的淤泥不断流淌形成的半漏斗状的区域越来越大，清淤深度的增加非常困难，若中途停止清淤开始回填，未清出淤泥会在回填层下形成淤泥夹层，影响后续的工程质量。

 

　　综上所述，如何制定合理的清淤换填施工方案，即不会将砂错当淤泥清除，又不会将下部的淤泥遗留在场地中，同时，充分考虑场地内作用面长、相互影响大、车辆通行相互影响、工期紧张等因素，是本项目在场地预处理阶段的主要矛盾。

 

　　经过多次现场查看、组织专题讨论会及咨询相关专家，并与罐基础的地基处理方案综合考虑，决定采取如下方案进行清淤换填：

 

　　①根据罐组布置的特点，先在今后永久道路的位置采用抛石挤淤回填的方式回填出临时施工道路，将整个场地分割为8个独立的小区域；

 

　　②按照“先简单、后复杂、先浅部、后深部、先清淤、后挤淤、再回填、强排水”的原则进行清淤换填，回填料采用碎石含量超过50%的开山料；

 

　　③结合详勘报告，在施工中判别淤泥深度，对较深处采用分台阶回填处理。

 

　　根据场地表层淤泥有一定的流动性，淤泥分布面积广的特点，先在规划的道路位置采用抛石挤淤回填的方式回填出临时道路，具有以下几个优点：

 

　　①消除不同区域之间的相互影响，大大减小清淤换填的难度；

 

　　②不同区域可以根据其自身的特点采用不同的清淤换填方案；

 

　　③大大增加施工的作业面，增加交通道路，加快工程施工的进度；

 

　　④可以完成一块，交工一块，提供交叉作用的可能。

 

　　由于回填道路较窄（8～10m），且表层淤泥有一定的流动性，采用抛石挤淤回填的方式，基本可以挤出下部大部分淤泥快速形成交通通道，同时这些区域是道路，即使有部分淤泥未挤出影响也不大。

 

　　先简单、后复杂：将场地的临时道路回填出来后，在整体上对各个区域进行分别评价，先施工清淤面积小、淤泥深度小、方便处理的罐组，最后施工清淤换填工作量大的罐组，这样可以尽快将部分场地交付下道工序，各工序交叉施工，加快工程进度。

 

　　先浅部、后深部：对单个分割区域先换填淤泥较浅的部分，再换填淤泥较深的部分，若先回填淤泥较深部位容易在下部留下淤泥包，且会将淤泥较浅部位的部分砂土扰动作为淤泥清除。

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