人工岛吹填砂地基处理试验研究

张虎平 胡殿才

(中交上海航道勘察研究设计院有限公司，上海 200120)

0 引言

我国陆地油田产量正呈逐年下降趋势，而滩海石油勘探今年取得了重大突破，油气产量逐年上升。近岸滩海水深一般小于5 m，建设人工岛实现海油陆采，是一种安全、经济、高效的近岸滩海油气开发的新方法。

某人工岛为滩海石油勘探开发而建，面积约为27.5万m2，采用吹填粉土、粉细砂形成，吹填砂厚度7 m～12 m，为满足石油钻井平台振动荷载及抗震设防要求，需对吹填砂地基进行地基处理。为优选地基处理方案，在现场开展了一系列的地基处理试验研究。

吹填粉土和粉砂颗粒较细，且系吹填成陆，土体处于松散～稍密状态，承载力低，结构比较松散，地基承载力不能满足钻机井口槽和岛上建筑物地基设计荷载要求，在地震或钻机平台振动荷载作用下，吹填粉土和粉砂极易发生地震液化并导致上部结构产生过大沉降及不均匀沉降，影响结构安全和使用功能。因此必须进行密实加固，提高承载力和密实度(达到使用要求)，消除液化，以满足钻机及岛上建筑物正常使用要求。

本文针对地基处理目标及吹填土的特点，进行了振冲密实法和强夯法的现场试验研究，对检测和监测结果进行分析、总结，为后续大面积地基处理方案的确定提供可靠的依据。

1 设计条件

1.1 工程地质条件

地表以下勘探深度内揭露的土层自上而下为:

①吹填土:稍湿～饱和，松散～稍密，以粉砂为主，含少量贝壳碎片，厚度为8.0 m ～10.6 m，粘粒含量约为13.6%;②粉质粘土:灰色～灰黑色，饱和～过饱和，流塑状态，厚度约1.0 m～3.0 m;③粉土:灰～深灰色，饱和，中密状态，厚度为4.9 m～11.2 m;④1粉质粘土:灰色，湿，软塑～可塑状态，具有中～高压缩性，厚度为2.9 m～7.1 m;④2粉土:灰色，湿、稍密，具有中压缩性，厚度为2.3 m～5.9 m;⑤粉质粘土:灰黄色，可塑～硬塑，具有中压缩性，层厚度5.9 m。

1.2 地下水位

吹填刚结束时，地下水位基本与吹填土面持平;在吹填结束2个月后，地下水位大约下降至地面以下4.0 m。

2 地基处理目标

根据上部使用要求，确定地基处理目标如下。

2.1 地基工后沉降及承载力要求

1)工后沉降要求:工后沉降不大于30 cm。

2)地基承载力要求:地基承载力设计值不小于150 kPa。

2.2 抗地震液化要求

满足抗震设防烈度7度(0.185g)抗震设防要求。

3 试验研究

3.1 地基处理试验方案

根据地质资料分析，本工程加固的重点为上部的吹填土，为了确定最优的加固方案，试验采用了振冲密实法和强夯法进行比选，试验方案见表1，表2。

表1 振冲密实法试验方案

表2 强夯地基处理法试验方案

3.2 试验结果与分析

3.2.1 振冲密实方案试验结果与分析

1)标准贯入试验结果分析。

为了检验振冲密实法的加固效果，施工结束14 d后，在各试验小区选择代表性点进行了标贯试验检测，其典型测试结果见图1。根据标贯检测结果可知，吹填粉砂层的标贯平均值由加固前的6.2击增大到加固后的13.7击～25.2击，达到了中密状态，其中部分深度处甚至达到了密实状态。

另外，由图1的测试结果可以看出:

a.Z5区(正三角形，2.5 m间距)的加固效果最好，Z6区(正三角形，3.0 m间距)的加固效果最差，Z3区(正三角形，2.5 m间距)及Z4区(正三角形，2.5 m间距)加固效果介于前二者之间。表明振冲点的布置形式和间距对地基加固效果的影响较大，综合考虑地基处理要求等因素，对于本工程推荐采用正三角形振冲点布置形式，2.5 m间距;

b.本工程上部2 m范围内的加固效果较差，主要是浅部上覆土压力较小的原因造成的，对于浅部的吹填砂可以通过后期的振动碾压来提高地基强度。

2)沉降量分析。

根据施工前后进行的地面标高测量结果，振冲施工结束后地基的沉降量为0.37 m ～0.74 m，平均值约为0.54 m，吹填砂的厚度约为8 m(见图1)，相当于吹填土的压缩量约为6.8%，该数据可供吹填工程的预留标高设计提供参考。

图1 振冲密实法地基加固效果对比图

3.2.2 强夯方案试验结果与分析

1)标准贯入试验结果分析。采用强夯法加固吹填砂土，在7 m以上加固效果较好。随着强夯能量的增大，地基加固影响深度并不明显(见图2)。

图2 强夯法地基加固效果对比图

2)沉降量分析。根据施工前后进行的地面标高测量结果，振冲施工结束后地基的平均沉降量约为0.43 m，强夯引起的地面沉降显著。

3.2.3 两种设计方案比选

1)地基处理效果。采用振冲密实法加固吹填粉砂的效果优于强夯法，且振冲密实法的加固深度要大于强夯法。

2)加固土的工程性质及厚度。对于吹填厚度小于7 m的粉砂，采用振冲密实法和强夯法均可取得较好的加固效果;对于厚度较大的吹填土，强夯法在深部的加固效果难以保证。

3)加固时机选择。对于新吹填的粉砂，由于整个场地处于饱和状态，场地表层尚未形成硬壳层，采用振冲密实法施工效率较高;随着吹填完工时间的增长，场地内的水位下降，有利于土体在夯击作用下密实，若吹填砂厚度适中，可以考虑采用强夯法进行施工。

4)对周边环境的影响。强夯施工会产生较大的振动，对岛体结构的影响较大，而采用振冲密实法对岛体的影响较小。

综上所述，对于吹填砂厚度较大的人工岛，优先推荐采用振冲密实法。

4 大面积施工检测与监测

1)检测。对于大面积的地基处理，重点在于施工过程质量的控制。为降低工程造价，地基检测频率可适当降低，检测手段应以静力触探试验和标贯试验为主，载荷板试验为辅。经现场试验检测，地基处理效果达到设计要求。

2)监测。从开始进行地基处理就对岛体的沉降进行了监测，从图3可以看出，沉降主要发生在地基处理期，地基处理完成后约1年内场地的工后沉降约在10 cm以内，且趋于稳定，表明地基处理效果较好。

图3 人工岛分层沉降过程线图

5 结语

1)对于新近吹填的厚度大于7 m的吹填粉砂，若其粘粒含量在15%以内，采用振冲密实法进行地基加固效果较好;

2)对于吹填完成时间较长、地下水位明显降低，且吹填厚度小于7 m的吹填砂，采用强夯法施工效率高，加固效果较好;

3)吹填粉砂的压缩率约在7%，在进行吹填标高设计时需按该比例进行标高设计;

4)对于大面积的吹填砂地基处理检测，应以深层的静力触探和标贯为主，载荷板试验为辅。

[1]中交上海航道勘察研究设计院有限公司.冀东南堡油田西线进海路及1号人工端岛工程地基处理试验方案设计[R].2006.

[2]上海航源港口工程质量检测有限公司.冀东南堡油田1号人工端岛试验区地基处理方案分析[R].2007.

[3]河北冀东建设工程有限公司.冀东南堡油田1号人工端岛无填料试验区地基检测报告[R].2007.

[4]河北冀东建设工程有限公司.冀东南堡油田1号人工端岛强夯试验区地基检测报告[R].2007.