某城市综合体项目吹砂回填软土地基处理方案论证及选取

华佳伟

（上海绿地景汇置业有限公司， 上海 200335）

0 引言

对于沿海、江河滩涂吹填砂土造地的工程项目，地基通常表现为欠固结、软弱沉陷，这对前期岩土勘探和后续的建(构)筑物施工准备造成了很大的困难，也是建设面临的首要任务。为了使场地稳定，满足各种施工机械进场以及后续施工开挖的要求，必须对吹填后的软土地基进行预处理。

1 项目概况

1.1 工程简介

该项目位于长江入海口，上海崇明岛与江苏启东市之间的孤岛上，大部分区域经过围堰人工吹填形成。其中该项目B 区块南北向（短边）长约1300m，东西向（长边）长约3000m，总占地面积约300 万平米。首期建设用地（住宅及商业区域，不包含高尔夫球场）约1257 亩，合838206 平方米，拟建建筑物多为别墅，建筑物最大高度<60m；整个社区品质要求非常高。另外，作为高档社区的配套设施，新村沙B 区块场地北侧拟堆土建造高尔夫球场。

1.2 场地及地质条件

根据规划设计文件，场地水面标高为+0.85m（黄海高程，以下同），目前场地平均标高为+2.70m，建成后，住宅区场地标高在5.0～5.3m，市政道路在2.5～2.7m，高尔夫球场的堆土高度在7.0～9.3m。

1.3 地基土工程性能评述

拟建场地属于潮坪地貌类型，根据初步勘察资料揭示，在50m 深度范围内揭露的地基土均属于第四纪沉积物。场地内地层从其结构特性、土性不同和物理力学性质上的差异可划分为3 个层及不同层次的亚层、各层土描述如下：

1 层吹填土，场地内均有分布，灰黄色，层底标高1.71～-4.57m，平均厚度3.29m，主要由粉性土夹少量碎石子组成，局部夹淤泥，土质不均。

2 层淤泥，场地内部分地段有分布，灰色，层底标高-0.26～-5.58m，平均厚度2.64m，吹填产物，土质极为软弱。

3 层淤泥质粉质粘土，场地内部分地段有分布，灰色，层底标高-1.94～-8.43m，平均厚度3.13m，原滩面沉积物，夹有粉性土，土质不均。

2 吹砂回填软土地基预处理要求

由于该工程开发计划较为紧张按计划。为满足该工期要求，建议分阶段进行地基处理，第一阶段快速地基处理后，场地能满足建筑物范围内常规施工设备的操作及行走要求，建筑物范围内能够进行工程桩施工等施工作业；后期再根据具体的社区道路、管线铺设情况，进行局部补强，解决建筑物与社区道路及入室管线的沉降、差异沉降问题。为对地基处理后效果进行量化，根据以往工程经验，本次地基处理设计标按以下几点控制：

（1）地基处理后，浅层地基承载力特征值不小于60kPa；

（2）控制浅层地基的均匀性，减少场地使用期内由于地基不均匀性产生的不均匀沉降；

3 吹砂回填软土地基处理方法讨论

吹填土大部分区域属欠固结土，是典型的软土地基类型，由于工期限制要求，地基处理的方法有一定局限性。根据已有的经验，堆载预压法、真空预压法、深层搅拌法、强夯法、冲击压实法、井点降水联合强夯法等软基处理方法具有一定的可行性，具体对比如下：

3.1 堆载预压法

A） 原理及其作用：堆载预压法是指利用预荷载使地基排水固结，使地基强度得以提高，承载力显著增强。随后卸去荷载再建造建筑物，可以有效减小施工后沉降。

B） 适用范围：厚度较大的饱和软土地基。在软黏土地基上则需采用超载预压法。

C） 主要特点：使用的材料与器具比较简单并且施工操作方便。但较长的预压时间以及较多的预压材料。

D） 本场地使用的限制性：堆载材料来源与预压时间。

3.2 真空预压法

A) 原理及其作用：在软粘土中设置竖向塑料排水带或砂井，上铺砂层，再覆盖薄膜封闭，借助滤水管及排水通道，将薄膜与土体间的水气抽出，使膜内排水带、砂层部分等处于真空状态，利用负压作用，使土预先固结以减少地基后期沉降。

B) 适用范围：仅对于软粘性土的处理具有一定适用性。

C) 主要特点：加固过程中土体不会造成侧向挤出，不会造成地基失稳，加固速度快，工期短。施工设备简单，便于操作，无需大量堆载材料。

D) 本场地使用的限制性：持续充足的电力供应以及地基水平变形。

3.3 深层搅拌法

A) 原理及其作用：将特制的搅拌机械下沉至预定的加固深度，由下而上提升搅拌轴的旋转翼片并压入固化剂（水泥浆或生石灰），在地基深处将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，产生物理-化学反应，经过一定时间凝结成圆柱状加固土体，进而提高地基强度。

B) 适用范围：适用于各种土质地基的加固，但对于有机物含量大的土、硫酸盐含量大的土的加固效果较差。

C) 主要特点：最大限度的利用了原土，设计比较灵活，可根据上部结构需要选择各种加固形式并且对周围原有建筑物的影响很小，可在市区内和密集建筑群中进行施工。并且与钢筋混凝土桩基相比，节省了较多的钢材，降低了造价。

D) 本场地使用的限制性：成本昂贵，近海场地盐分较高，固化剂固化效果较差。

3.4 强夯法

A) 原理及其作用：使具有较大质量和规格的重锤（通常为十几吨至上百吨）从几米至几十米的高处使其自由下落，对土体进行动力夯击，使一定范围内的土体强制压密进而减少压缩性，善地基土抗液化能力，提高土层的强度和均匀程度。

B) 适用范围：主要适用于颗粒粒径大于0.05mm 的粗颗粒土，如砂土、碎石土、粉煤灰、回填土、粘性土等，对饱和的粉土和粘性土的加固效果不明显。

C) 主要特点：使用工地常用简单设备，工艺与操作简单，加固效果显著，节省加固原材料并且施工费用低。

D) 本场地使用的限制性：场地部分区域土层粘粒含量高，排水困难，土层较软，难以施工或处理效果差。

3.5 冲击压实法

A) 原理及其作用：冲击压实技术在上世纪90年代出现，是一种冲击和揉搓作用相结合的全新压实方法，在压实作业中较大地增加对土石的压实能量，进而改善土体的原状结构，使土体孔隙率减小，抗剪能力提高，将土体未来的沉降量在冲击、振动、压实过程中提前实现，达到更好的基础压实效果。

B) 适用范围：适用于深度不超过3m 的土层；

C) 主要特点：原地压实节省施工场地，冲击力大压实效果好。

D) 本场地使用的限制性：对土层中的含水量要求较高。

3.6 井点降水联合强夯法

A) 原理及其作用：此方法是对强夯法的进一步调整，在强夯前进行高真空降水，降低土层含水量，随后进行强夯，采取少击多遍施工方式，有效缩短强夯间歇时间，降低场地的地下水位及土层含水量，加快强夯后超孔隙水压力消散，减少施工工期。

B) 适用范围：对软弱地基的加固较为使用。

C) 主要特点：施工设备较为简单，施工速度较快，节省工期。

D) 本场地使用的限制性：适用于有一定承载力的场地，对于承载力低下类型的场地，强夯施工设备难以施工行走。

4 吹砂回填软土地基处理方案讨论

4.1 处理方案讨论

4.1.1 A类场地

A类场地浅层无软弱①2层淤泥及①3层淤泥质粉质粘土分布；第①1层吹填土土性以粉性、砂性土为主，静探Ps值在2.0～4.0MPa左右。

4.1.2 B类场地

该场地吹填土以粉性土为主，呈松散状态，吹填土未得到有效固结。该类型场地可考虑的处理方式有：堆载预压、真空预压、水泥土搅拌桩、高真空降水联合低能量强夯。堆载预压土方量要求极大、工期要求长，因此不适合本工程；深层搅拌桩是处理软土地基的一种好方法，但本工程地基处理面积很大，若采用该方法势必带来很高的工程造价，且处理后影响后期场地建设基础施工，亦不宜作为本场地吹填土处理方式；降水联合强夯处理方法处理软弱土层在上海地区已积累了较多的工程经验，具有工期短、费用低、适用于大面积的地基处理经验，只要合理选择设计参数、控制施工流程，该方法对于处理B 类型吹填土场地能取得较好效果。对于真空预压处理方式，由于吹填土含粉性颗粒较多，难以形成大面积负压区，造价较降水联合强夯方式高，综合考虑，B 类型场地不宜选择真空预压方式。

4.1.3 C类场地

该类型场地的第①2层淤泥较厚，呈流塑状态。地基土承载力无法满足强夯设备的施工，因此不宜采用强夯的施工方法。对于真空预压处理方式，由于吹填土以下为粉性土，难以形成大面积负压区，因此C类场地亦不适合真空预压的地基处理方式。根据地基处理经验，可以选用：排水固结＋振动碾压。

经考察，该处理方式在临港吹填土处理中取得显著的效果。该方法首先通过设置主、次排水沟、排水碎石垫层等梯级表层排水系统，以及土体内设置塑料排水板形成竖向排水通道，使土体经过充足时间（一般需2个月左右）排水，使土体强度得到固结提高，然后再其上铺设20～30cm的道碴或碎石，通过大吨位的（21t以上）的振动压路机在其进行多次迂回振动碾压（冲击压实），达至改善土体强度、结构的作用，使场地浅部形成一定厚度的硬壳层，使其可满足一般施工设备的施工行走。

A 类场地土性较好，根据工程经验，仅需常规整平即可。高尔夫球场需要堆土造型，从技术经济性考虑，堆载预压最为合适。因此，本项目主要针对B 类场地、C 类场地进行地基处理，地质条件较为复杂。

4.2 处理方案的论证选取

4.2.1 A类场地处理方案

根据A类场地特性，该场地土性较好，仅需常规整平即可满足施工设备操作及行走要求。

4.2.2 B类场地处理方案

根据B 类场地特性，B 类场地地基处理建议采用：井点降水联合强夯的地基处理方式。

4.2.3 C类场地处理方案

根据C类场地特性，C类场地地基处理建议采用：排水固结＋振动碾压。根据浅层软土的厚度，C类场地分为C1、C2两种类型，采用排水固结+振动碾压地基处理时，通过调整塑料排水板的长度及布置密度、碾压施工遍数，以达到预期的地基处理效果。但C类场地上述处理方案成本较高，结合现场实际情况，因地制宜，考虑该区域采砂便利，且仅增加部分运输成本，经现场论证，可将C类场地人为转化为B类场地，故最终确定，C类场地的处理方案为：回填砂土+井点降水联合强夯，以达到最佳经济效果。

5 试验方案及测试结果

各区域预处理有效深度和承载能力有不同要求，在综合考量场地地质条件以及工程实际情况后，共选取工程中4个试验区进行试夯,每个试验区面积约900m2(30m×30m)，其中第4个试验区将人为创造条件将C型场地转化为B型场地。

为对试夯过程进行全方位动态观测，在试夯前设置地表沉降观测记录点、孔隙水压力观测点、地表土水平位移观测点以及地下水位观测井等。试夯后使用静力触探和标贯试验方法来检测加固结深度与固结度,对加固后地基承载力的检测则采用载荷板试验进行确定。

通过试夯区试夯前后静力触探、标贯试验和载荷板试验的数据对比分析可以得出,试夯在地基固结度、固结深度和承载能力等方面可以满足吹砂回填软土地基预处理后的设计要求,得到的施工参数达到了工期、效果与经济性的最优结合，可用于大面积场地降水强夯预处理施工中。结合该项目现场条件，在取砂较为便利，除产生运输成本外，并无购买砂源的额外支出，可将上述C类场地人为转换为B类场地，因此综合考虑以上因素后的选择在本工程中最终选用的是降水强夯法。

本工程地基预处理的测试结果证明，选用降水强夯法对吹砂回填软土地基场地进行预处理是可行的,在时间紧迫的状况下更具有优势。

6 结束语

该项目建(构)筑物种类繁多，并要求对地基预处理后达到不同效果,针对此情况，综合考虑各种因素后，采用降水强夯法分片分区的进行处理，达到工期、效果与经济性的最优结合。本工程地基预处理的测试结果证明，选用降水强夯法对吹砂回填软土地基场地进行预处理是可行的,在时间紧迫的状况下更具有优势。