某码头吹填场地工后沉降控制方法的应用与分析

文/温志文 湛江南海西部石油勘察设计有限公司 广东湛江 524057

1、工程背景

海口港区某码头扩建工程拟形成后方陆域，主要用于堆场和仓库建设，地面荷载按照40kpa 考虑。根据工程地质勘察报告，显示拟建工程范围内揭露的地层有第四系全新统海相沉积（Q4m）的淤泥夹砂层；第四系下更新统浅海-滨海潮坪相（Q1m）沉积粘性土夹砂层；第三系上新统滨浅海相沉积的（N2m）粘性土夹砂层。

拟建工程陆域形成方案，原方案计划在北侧护岸、西侧护岸、南侧坡地、东侧外围堤所围成区域内大面积吹填疏浚物和部分海砂形成面层标高为4.4m 的陆域，地基处理方法考虑将整体区域分为A 区和B 区，A 区为吹填土较深区域，考虑打排水板形成竖向排水通道，进行堆载预压，卸载后再进行强夯，夯能为1500KJ，而B 区为吹填土较浅区域，直接实施强夯，夯能为3000KJ。拟建工程整体工期为四年半，地基处理工期考虑为两年。

但在吹填区域已经吹填了小部分淤泥疏浚物后，由于港区整体战略调整的需要，使用需求发生变化，如建设工期要求提前一年半，地面荷载提高到了60kpa，工后沉降量要求小于30cm。工程条件发生改变，必须做出相应变更，方能满足实际情况的要求。

2、现状条件分析

如果按拟建工程吹填和地基处理的原方案进行，虽场地承载力可以满足60kpa 的要求，但对于工后沉降，根据勘察单位对现状补充勘察的资料，分别计算吹填场地地基处理完成交付使用前、交付使用1 ～3年后及最终沉降（计算荷载：施工期只考虑自重下固结，交付使用后的使用荷载为60kPa）。由于该吹填区域下卧淤泥较厚，在没有竖向排水通道的情况下，固结较慢。到交付使用前，淤泥在上部土体自重下固结度为40%，残余沉降较大，都在60-70cm 左右。完工后码头投入正常使用，使用荷载60kPa，第一年的年沉降量在16-28cm 左右，沉降量逐年递减，到第三年的年沉降量为8-10cm，经计算交工后第6年沉降逐步稳定。

综上所述如果对吹填场地如不做地基处理方案调整，场地使用的前3年维修费用高，且较频繁，工后沉降较大，无法满足要求。

3、吹填方案和地基处理方案变更

为了减少维修费用，保证正常使用，减少工后沉降，吹填方案和地基处理方案都结合实际情况进行综合调整：

3.1 吹填方案

如继续采用大量吹填疏浚物（淤泥、淤泥质砂土）作为吹填物料，则需要较长的固结沉降时间，因此，需要将吹填物料替换为中粗砂或开山土石等优质吹填物料。考察周边物料情况，决定A 区域采用海砂吹填，而B 区采用海砂和平整山坡地多出来的土石方回填，在满足功能需求同时得以将费用增加量控制在最小。

3.2 地基处理

吹填区完成面标高4.4m，吹填海砂厚度6-11m，吹填砂区域对下部淤泥土较厚的区域考虑采用沉管砂桩处理，砂桩间距1.5m×1.5m，正方形布置，桩径0.3m。砂桩的砂料为中粗砂，中粗砂含泥量不大于5%，而下卧淤泥层较薄的区域只需表层振冲密实。另，工程要在大面积实施地基处理前，进行了试验区施工，取得实际反馈后，调整技术要求，方可大面积施工。

除了对主要吹填海砂层处理外，还有考虑下部软弱土层，保护淤泥和淤泥加砂层。

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吹填区原软弱土层厚度在2-5m，目前施工方已经吹填部分疏浚物其中靠近A 区南侧较多，北侧护岸较少，软弱层厚度在4-6m，相对分部均匀。如仅对上部吹填砂层进行地基处理，不对软弱下卧层进行处理，场地工后沉降计算得知约35-55cm，仍不能满足要求。因此，要求振冲密实处理时，振动头要插入软弱层底部，形成置换砂桩，减少工后沉降。

经核算，如果采用砂桩方案后，在施工期现有自重荷载下的沉降基本完成，但是如果开始施加设计使用荷载，会继续沉降，但计算工后沉降量可控制在30cm 以内。

4、质量控制点管理措施

4.1 振动沉管砂桩施工

灌砂率：经计算单桩平均灌砂量为1.12m3。工前，监理单位对我部砂斗进行了测量，斗容为0.7m3，单桩灌砂2 斗（实际灌砂不少于1m3，平均灌砂率92%。），实际施工过程中由监理单位旁站监督保证灌砂率符合设计要求。

点位：有施工员内业布点，测量人员现场放样，并在点位插木桩进行标识。施工过程中要求实际振冲点位误差不大于8cm。

4.2 振冲密实施工

深度：振冲的深度为3m-11m，平均深度约7.5m。4 组振冲器共分为2 种规格，2 组14m，2 组为9m，振冲杆上标识刻度，现场指挥人员按区块指挥振冲器下放深度。

留振时间及密实电流：严格控制密实电流，仔细区分瞬间电流和密实电流，保证电压值控制在380V±20V 之间。控制台操作人员与现场指挥人员密切配合，保证振冲器上提速度符合要求，留振时间充足。

5、结论与建议

通过对设计方案论证和改进，对施工过程严密监控，本工程吹填场地的关键要素控制效果十分理想。载荷板实验结果显示地基承载力达到了200kpa；通过建立31 个沉降观测点，对吹填陆域进行工后沉降监测，结果显示，投产两年后，场地沉降基本稳定，平均沉降量仅为17cm，且沉降差最大不超5cm，砂层振冲密实程度高，表层下部1m，标贯均为16 击以上。

本工程施工过程中加大了使用荷载，又缩短了工期，对吹填场地工后沉降控制均为不利影响，但通过综合手段：

（1）采用合适当地实际情况的优质吹填物料，如中粗砂等；

（2）选择对吹填料合适的地基处理方法，如振冲密实法对砂层的处理效果比较好，而局部软弱层较厚区域采用沉管砂桩。

（3）大面积开展地基处理前，先进行试验区施工，用以调整振冲技术参数和设备功率选型，将达到更好效果。

（4）选择与土壤的动力耦合特性更好的振冲器[2]，会达到更好效果。

在各种不利的情况下，将吹填场地的完成效果做到相对最佳。