吕四港电厂吹填土地基处理方法初步探讨

赵宇

（上海市水务局行政服务中心（上海市海洋局行政服务中心），上海200000）ZHAO Yu

1 引言

随着我国东南沿海地区经济的快速发展，土地资源也正日益短缺。针对此，沿海城市通常会采用吹填造陆的方式来缓解土地紧缺问题。由于吹填土地基有承载能力低、地下水位高、空隙大和沉降大等特点，所以无法直接应用到工程建筑领域。

在工程施工中，常采用动力固结法、真空预压法、强夯法和复合地基法来处理吹填土。对此，在综合考虑现场实际情况、施工机械和经济性的基础上，经初步判定后，可采用高真空击密法、强夯法和振冲碎石桩复合地基法[1]。

2 工程概况

吕四港电厂位于江苏省启东市吕四港附近的秦潭以西新港闸口，距吕四镇约15 km。厂址为海堤外滩涂，为了不占用农田，围滩造地建厂。该地区原始整个滩地向海倾斜，地形比较平缓。场地在施工前基本达到设计标高且已固结近两年，吹填土的强度有较大提高，部分地区吹填土的地基承载力特征值达到了80 kPa，但土质在横向和纵向上分布极不均匀，短期内达不到辅助建筑物设计荷载要求，因此需要对轻型建筑物、煤场和道路等场地进行处理。

3 工程地质概况

根据现场勘察资料，原场地上部地层主要为粉砂，稍密。下部含有淤泥质粉质黏土夹层，目前吹填土呈饱和松散状态。电厂主要建（构）筑物拟采用桩基础，桩基持力层埋深超过40 m，试桩报告已通过审查。但对于其他辅助及附属建（构）筑物，对地基承载力和变形要求相对较低，不需要长桩进行地基处理，而上部自然地基土（①-1、①-2号土）承载力特征值仅为120 kPa。

此外，新近吹填的饱和松散粉砂地层地基承载力特征值大部分仅为80 kPa，小部分还没达到80 kPa，存在中等—严重液化现象，不能满足设计要求，甚至达不到大型机械施工荷载需要。因此，必须进行浅地基处理[2]。

为节约地基处理费用，加快工程工期，同时综合考虑本场地厂址地区缺少石料、场地临时供电困难和大型机械设备进场困难等问题，拟采用以下3种浅地基处理方案，即高真空击密法、强夯法和振冲碎石桩复合地基法[3]。

根据厂区初步设计勘察结果，场地地层从上到下描述如下：

1）0-1粉砂：为吹填填土，呈松散、上部潮湿、下部饱和特点，一般天气无积水，阴雨天局部积水。该土层厚度为2.8～5.9 m，平均厚度为4.0 m，平均标贯击数1.7击。

2）①-1粉细砂：呈灰、灰绿色，特点为饱和、稍密，表层局部夹少量黏土薄层，含贝壳、云母碎片，有水析现象，摇振反应明显，层理不清晰。该层土平均标贯击数约12.4击，层厚较薄，一般厚度为3.4～5.9 m，平均厚度约为4.5 m。

3）①-2粉砂：呈灰色，具有饱和、稍密的特点，且含云母碎片，夹粉质黏土薄层，偶含腐殖质，摇振反应中等。该层平均标贯击数约11.0击，分布比较均匀，层厚变化不大，一般厚度为3.6～6.9 m，平均厚度为4.8 m。

4）②粉质黏土夹粉土：呈灰、褐灰色，具有可塑，粉砂、粉土含量较大的特点，层状分布，呈千层饼状，层理明显。该层平均标贯击数约9.6击，层顶埋深约为11.7～13.8 m，层厚约为3.9～7.3 m，平均厚度为5.67 m。

5）③粉砂：呈青灰、灰色，具有中密、饱和、摇振反应中等特征，含云母碎片，夹粉质黏土薄层。该层平均标贯击数约16.8击，层顶埋深约为17.2～19.2 m，层厚约为6.2～8.7 m，平均厚度为7.58 m。

4 地基情况及处理方法比较

4.1 地基情况

地基地质条件情况比较复杂，往往会存在大面积吹填土地基，而由于吹填土地基的土体物理力学性质差、高压缩性、强度低，因此对基础施工存在一定的不良影响。另外，因场地原状土层位、层厚不稳定、缺层错层现象比较严重，所以各土层的力学性质较离散，且压缩模量差异较大，属不均匀地基。

拟建项目各建筑物基础情况如下：（1）主厂房区基底压力范围为150～300 kPa，基底标高为-1.5～-2.0 m，适合采用桩基础；（2）水泵房以及部分水工建筑物基底压力范围为120～150 kPa，基底标高为-1.0～-3.5 m；（3）辅助建筑物、煤场以及道路要求地基承载力范围为90～110 kPa，基底标高-1.0～-3.5 m。

经过反复的技术和经济比较可知，对于水泵房、水工建筑物、辅助建筑物、煤场以及道路可采用强夯法、高真空击密法和振冲碎石桩法进行地基处理。

4.2 地基处理方法及对比分析

4.2.1 地基处理方法

地基处理方法主要具有以下3种方法。

1）强夯法。被称为动力固结法或压实法，通常将一定质量的夯锤提升到一定高度后自由落体，进而给地基一定的振动和冲击能量。通过冲击力对土体产生应力波，在原地基中形成密实的土墩，从而提高土体的密实度、改善土体力学性质、增加地基土的强度，降低其压缩性。通过强夯法，可显著改善地基土质强度。现如今，强夯法被广泛应用于地基处理；另外，相较于普通的压实和夯实地基，强夯法的作用机理更加类似于复合地基的地质中。

2）高真空击密法。又称真空动力固结法，该方法是将真空降水固结与强夯法相结合的方法：（1）由真空降低土体的孔隙水压力，再采用强夯法快速增加土体的有效应力；（2）重复该过程达到快速固结土体的目的；（3）在夯击的过程中始终保持地基土的含水率较低的状态，而在夯击过程中形成的超孔隙水压力会在下一次降水中消散。该方法适合于地下水较为丰富且排水性能较差的粉土地基，其施工工艺与强夯法比较类似，但高真空击密法的主要目的是加快土体的固结。

3）振冲碎石桩复合地基法。振冲碎石桩是在振冲孔中添加碎石回填料，在地基中形成密实的碎石桩。其主要作用是通过置换和土体形成复合地基；同时，该方法可形成快速排水通道加速土体的排水固结，且有助于消除土体的超孔隙水压力，能够防止砂土液化。振冲碎石桩对于黏性土主要是置换作用，对于粉土除置换作用还有振实挤密改善土体性质的作用。由此可知，对于黏性含量不大于10%的粉土和砂土可采用不加碎石填料的处理方法。该施工方法可适用于本项目中①-1粉细砂和①-2粉砂。根据以往的工程经验，采用不加碎石填料的处理方式对于砂土地基的天然级配以及颗粒粗细较为敏感，承载力提升有限。因此，在使用过程中需要谨慎评判使用条件，并充分做好现场试验。

4.2.2 对比分析

结合技术原理和施工方法综合分析结果，如表1所示。

表1 地基处理方法综合分析表

由表1可得出以下3个结论：

1）强夯法的工期最短，经济性最好。如采用高真空击密法，该施工场地需要反复降水和强夯，施工步骤烦琐。如采用强夯法则减少了施工的步骤和降水孔的数量，有效缩短了施工工期。但是，由于地下水位较高，且部分土体排水性较差，因此在使用强夯法时需要注意夯击的次序和周围降水措施，以达到好的强夯效果。通常来说，强夯法拟采用的试夯工艺如下：（1）每块场地面积都为30 m×30 m，在强夯场地外围采用真空井点降水法，真空井点间距建议为3 m，共设置2排；（2）考虑到部分土体的排水性较差，建议采用间隔跳夯的方式，避免超孔隙水压力过快增长；（3）适当减小满夯的夯击能增加夯击遍数，建议强夯夯击能量为2 400 kN·m，满夯能量为1 500 kN·m。

2）高真空击密法与强夯法的施工工艺与施工机械基本相同，但需要在强夯区域内设置降水孔，拟在试夯场地内布置3.5 m×3.5 m。拟采用2遍夯击击密。每次降水完成后，要拔出降水管，进行强夯，第一遍强夯完成后重新布置井点降水，降水完成后再拔出降水管，进行第二遍强夯。相较于强夯法，该方法的施工工艺较为复杂，而且根据以往的工程经验2种处理方案处理后的地基承载力基本相同。但高真空击密法可有效防止“橡皮土”，适用性较广、可靠性较高。对于吕四港工程，0-1号粉土层较厚的部分地区适合采用高真空击密法。

3）振冲碎石桩复合地基法工期最长，经济性最差。根据以往的施工经验，处理后地基承载力一般略高于强夯法。同时，该处理方法施工机械较小对于周围已建建筑物影响较小。但由于项目所在地区碎石采购困难，该处理方法不能大规模使用。因此，该方案为备选方案。值得注意的是，当出现强夯机械无法进入，或对周围建筑物有重大影响且无法设置隔振沟时，可采用振冲碎石桩复合地基法。

5 结语

根据上述分析对比，可得出如下结论：

1）吹填土地基承载力低，变形大，易液化，无法满足建筑物的要求。强夯法、高真空击密法和振冲碎石桩复合地基法3种方法均可以有效提高软土地基的承载力。

2）相比振冲碎石桩复合地基法，强夯法和高真空击密法工期短，经济效益高。但强夯对于周围建筑物的影响较大，同时需要的施工场地较大，当出现无法满足现场施工条件时，可采用振冲碎石桩复合地基法作为备选方案。

3）高真空击密法和强夯法的施工机械和施工工艺基本相同。在工期、经济性和适用性上各有优势。因此，建议可根据现场实际情况灵活采用这2种处理方法，充分利用①-1层粉细砂和①-2粉砂，以进一步减少工程投资和缩短施工工期。