李 朔 郝婷婷 王桂林 王 春 吳 迪

（東營市勘察測繪院，山東 東營 257100）

0 引言

黃河挾帶著黃土高原的大量泥沙涌入渤海，在入海的地方，由于河床的擴(kuò)大及海水的頂托，流速緩慢，大量泥沙便在此落淤，形成了黃河三角洲。入海的泥沙在附近淤積，受潮水沖淤漂游不定，以致阻塞港口航道，因此每年需要對航道疏浚，大量的航道疏浚工作形成了黃河三角洲地區(qū)特有的吹填土地基。

吹填土又名沖填土，是在整治和疏通江河航道時(shí)，用挖泥船和泥漿泵把江河、港口或淺海底部的泥沙通過水力吹填而形成的沉積土[1]。在吹填過程中，泥沙結(jié)構(gòu)遭到破壞，以細(xì)小顆粒的形式緩慢沉積，因而具有天然含水量高、孔隙比大、高壓縮性、低承載力等特點(diǎn)。由吹填土構(gòu)成的地基，其工程性質(zhì)與吹填料的顆粒組成和沉積條件密切相關(guān)，一般情況下地基強(qiáng)度很差，不能直接用于工程建設(shè)，需要進(jìn)行地基處理。

1 吹填土地基處理機(jī)理

目前吹填土地基處理方法的機(jī)理主要是，建立良好排水通道，通過夯、壓、擠等物理方式使土體內(nèi)外產(chǎn)生壓差，在壓差作用下使超孔隙水壓力快速消散，有效應(yīng)力顯著增長，從而加速排水固結(jié)過程[2]，進(jìn)而使地基在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較高強(qiáng)度。常用的物理加固方法有強(qiáng)夯法、高真空擊密法及真空預(yù)壓法等[3-5]。

機(jī)械振密法一般分兩幅施工，是通過使用挖掘機(jī)清除表層浮土至水位標(biāo)高后，用推土機(jī)對場地進(jìn)行碾壓使淺層土體產(chǎn)生液化涌水，然后將挖掘機(jī)鏟斗插入土中一定深度并加以振沖，使影響深度范圍內(nèi)的深層土體產(chǎn)生液化，并在推土機(jī)碾壓擠密的雙重作用下，使超孔隙水壓力在短時(shí)間內(nèi)急劇增大，促使孔隙水、氣延縱向及橫向排水排氣通道排出，并沿設(shè)置在場區(qū)周圍的集水坑用潛水泵抽離場區(qū)，從而加速排水固結(jié)過程。振沖、碾壓后的場地用經(jīng)過晾曬后的干土分層回填，壓實(shí)形成淺層“硬殼層”，致密結(jié)構(gòu)的“硬殼層”又可以阻止地下水上返，使回填后的地基土在較長的時(shí)間內(nèi)保持較高的承載能力。

2 工程概況及處理方案

2.1 工程概況

本工程廠址地貌成因類型為沖積三角洲平原，經(jīng)航道疏浚土吹填形成，吹填土成份以粉土為主，松散狀態(tài)，層厚一般3m，其下為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。由于場地在動力作用下極易產(chǎn)生液化和沉降，影響工程機(jī)械進(jìn)廠和后續(xù)施工，須進(jìn)行地基處理，處理面積共計(jì)42.5萬m2，要求有效處理深度不小于3m，處理后的地基承載力不小于80kPa。

2.2 處理方案

該工程具有土質(zhì)條件極差、地下水位高、大型機(jī)械難以進(jìn)場等施工難度，項(xiàng)目論證期間曾考慮真空降水強(qiáng)夯法和振沖密實(shí)法。但考慮到工程實(shí)際情況，沖填土及粉土以下為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土透水性差，降水效果不明顯，在較大的夯擊能量下容易形成橡皮土，且采用強(qiáng)夯法費(fèi)用較高，并不適用于本工程。采用振沖密實(shí)法，雖能在表層形成硬殼層允許施工車輛進(jìn)出，但該處理場地面積很大，需要大量填充材料，且這些填充材料在后期建筑物基礎(chǔ)施工時(shí)會再次被挖除，造成大量資源浪費(fèi)。經(jīng)優(yōu)化論證，最終本工程采用機(jī)械振密工法進(jìn)行地基處理，分兩幅施工。

2.2.1 地基處理步驟

具體的處理步驟為：場地放線分塊、清除表層土→開挖排水溝→推土機(jī)碾壓→挖掘機(jī)振沖→重復(fù)碾壓及振沖→靜置晾曬→分層回填壓實(shí)→質(zhì)量檢測。

（1）清除表層土（見圖1）。

圖1 清除表層土

場地按20m×100m分塊，表層清土厚度60cm或至地下水位處濕潤土層即可。清表后開挖面應(yīng)保證一定的縱向及橫向坡度以利于排水，縱坡度不小于0.3%，橫坡度不小于1.5%，土方堆放高度不超過2.5m，對清表土進(jìn)行晾曬，便于控制后期回填施工質(zhì)量。

（2）開挖排水溝（見圖2）。

圖2 開挖縱向排水溝

沿開挖面長度方向在兩側(cè)開挖寬1.5m排水溝，溝底深度不小于1.5m，縱坡度不小于0.3%，排水溝溝底較低處設(shè)集水坑，將所有明水匯集此集水坑內(nèi)，通過潛水泵管排方式排至場區(qū)外。排水溝開挖寬度及深度同時(shí)要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)情況做調(diào)整，如果開挖明溝過程出現(xiàn)明顯的透水現(xiàn)象，要加寬開挖寬度，防止出現(xiàn)土方坍塌現(xiàn)象，影響排水；排水溝深度要嚴(yán)格控制，確保排水溝的排水坡度，同時(shí)整個(gè)明排水過程要有專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)，查看排水溝的排水情況，保證明水的自流性。

（3）推土機(jī)碾壓（見圖3）。

圖3 推土機(jī)碾壓

排水溝挖好后開始對推平的場地采用推土機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓時(shí)沿縱向依次進(jìn)行，注意相鄰碾壓線之間不留間隙，通過碾壓使場地表面出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。履帶式推土機(jī)行進(jìn)速度10 km/h～12km/h，碾壓線重疊不小于20cm，初次碾壓不小于3遍或至場區(qū)有明顯涌水為止，終碾采用重量不小于12t的履帶式推土機(jī)。經(jīng)過碾壓后，處理區(qū)地面會產(chǎn)生沉降，此時(shí)應(yīng)采取措施使處理區(qū)內(nèi)積水及時(shí)排至排水溝內(nèi)。

（4）挖掘機(jī)振沖（見圖4）。

圖4 挖掘機(jī)振沖

場地經(jīng)過碾壓后，將挖掘機(jī)鏟斗插入場地土中進(jìn)行撓動，撓動時(shí)宜按先外后內(nèi)沿直線逐點(diǎn)進(jìn)行，撓動點(diǎn)按4m×4m方塊分布，撓動點(diǎn)的深度不小于1.5m，每個(gè)點(diǎn)的有效撓動時(shí)間不小于1min，并且撓動影響范圍在4m～5m范圍內(nèi),撓動過程中撓動點(diǎn)周圍土中出現(xiàn)水跡，撓動點(diǎn)周圍土質(zhì)變松軟停止撓動，轉(zhuǎn)為下一點(diǎn)撓動。整塊區(qū)域撓動完畢，靜止放置，待土壤中水分自行溢出，同時(shí)安排專人在場地表面上順通流水線，確保溢出表層的水順利流至排水溝。

（5）重復(fù)機(jī)械碾壓及振沖（見圖5）。

圖5 反復(fù)碾壓及振沖后場地情況

待場地第一遍撓動完成后，靜置24h～48h，待表面不再冒水后繼續(xù)采用推土機(jī)進(jìn)入場地反復(fù)碾壓，碾壓不小于5遍或達(dá)到場地表面出現(xiàn)較多涌水現(xiàn)象停止碾壓，開始第二遍撓動。

采用挖掘機(jī)進(jìn)行第二遍撓動時(shí)由于經(jīng)過第一遍撓動后土質(zhì)已變松軟液化，插入撓動點(diǎn)可加大到6m×6m方塊布置。第二遍撓動時(shí)鏟斗深入土中深度及撓動時(shí)間與第一次相同，但第二次撓動時(shí)必須確保撓動區(qū)域的土層完全液化成稀泥狀，使土中水分完全涌出。

由于碾壓及撓動作用，土體內(nèi)的水大量涌出，在第二遍撓動施工前，在場地上沿垂直于排水溝方向開挖幾道寬度0.5m、深度約0.2m的橫向排水溝，將場地上的水引入主排水溝，排水溝間距15m一道（間距可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際出水情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整），見圖6所示。

圖6 橫向排水溝排水

（6）靜置晾曬（見圖7）。

圖7 靜置晾曬

由于碾壓擾動過程對地基土結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的擾動，使其強(qiáng)度暫時(shí)有所降低，飽和土體內(nèi)產(chǎn)生較高的超孔隙水壓。因此，碾壓擾動結(jié)束后要靜置一段時(shí)間，使強(qiáng)度恢復(fù)，超孔隙水壓消散以后再進(jìn)行載荷試驗(yàn)?；謴?fù)期的長短需根據(jù)土的性質(zhì)而定，黏性土孔隙水壓力消散所需時(shí)間較長，砂性土孔隙水壓力消散較快。對飽和黏性土地基，恢復(fù)期不宜少于28d；對砂土、粉土和雜填土地基，不宜少于7d。

（7）分層回填壓實(shí)（見圖8）。

圖8 分層回填壓實(shí)

晾曬后的場地經(jīng)驗(yàn)收完畢后方可進(jìn)行干土回填壓實(shí)?；靥钔敛捎瞄_挖的表層土壤，在最佳含水量時(shí)進(jìn)行回填（開挖的土層含水量較大時(shí)需對土層進(jìn)行翻曬），回填厚度超過30cm時(shí)要分層回填壓實(shí)，測定土壤成分確定最佳含水量，嚴(yán)禁采用含水率過高的土壤回填?；靥钸^程中應(yīng)使用同一標(biāo)志控制回填標(biāo)高，避免二次整平作業(yè)?；靥詈竽雺好軐?shí)，進(jìn)行質(zhì)量檢測。

3 處理效果分析

3.1 原位測試評價(jià)

地基處理后，對整個(gè)場區(qū)按30m×50m間距布置檢測點(diǎn)，共布置183孔靜力觸探試驗(yàn)（孔深6m），50孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（孔深6m），30組十字板剪切試驗(yàn)及30組淺層平板載荷試驗(yàn)，檢測點(diǎn)平面布置圖見圖9。檢測結(jié)果見表1。

圖9 檢測點(diǎn)布置平面圖

根據(jù)表1檢測結(jié)果：處理后填土地基承載力特征值均滿足80kPa要求。其中對14#及15#淺層平板做破壞試驗(yàn)可知，地基承載力特征值最高可達(dá)135kPa～150kPa。擬建場區(qū)地基處理深度:3.20m～4.50m,平均3.76m。經(jīng)機(jī)械振密處理后的地基均勻，錐尖摩擦阻力提高8倍以上，承載力提高約2倍以上，處理效果顯著。

表1 機(jī)械振密處理前后部分物理力學(xué)指標(biāo)對比

3.2 經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

本工程采用機(jī)械振密排水固結(jié)法進(jìn)行地基處理，處理面積約42.5萬平方米。結(jié)合黃河三角洲地區(qū)吹填土處理經(jīng)驗(yàn)[6],對不同的地基處理方法，其經(jīng)濟(jì)性比較見表2。

表2 吹填土地基處理方案經(jīng)濟(jì)分析表

由表2可以看出，在各項(xiàng)地基處理方法中，傳統(tǒng)的地基處理方法造價(jià)高，工期長，對于大面積的加固工程產(chǎn)生的費(fèi)用較大。本工程使用機(jī)械振密法節(jié)約了至少兩千萬地基處理費(fèi)用。施工速度快，成本低，施工靈活，可以根據(jù)工程需要采用單幅、兩幅或三幅施工，以滿足不同的工期要求，而且工期短，質(zhì)量可控，效果明顯。

3.3 綜合評價(jià)

本工程采用機(jī)械振密排水固結(jié)法加固地基，提高了地基承載力，節(jié)約了工期，節(jié)省了造價(jià)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的目的。綜合比較，機(jī)械振密法不僅費(fèi)用低，工期短，而且處理后的地基承載力高，是一種實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性很高的大面積吹填土地基處理工法。地基處理前后對比情況見圖10、圖11。

圖10 處理前場地情況

圖11 處理后場地情況

4 結(jié)束語

近年來，機(jī)械振密法在黃河三角洲大面積吹填土地基處理中應(yīng)用廣泛，其通過碾壓、振沖作用使超孔隙水壓力在短時(shí)間內(nèi)急劇增大產(chǎn)生液化，促使孔隙水、氣延縱向及橫向排水排氣通道排出，從而加速排水固結(jié)過程，同時(shí)回填壓實(shí)形成“硬殼層”以保持較高的承載能力，在實(shí)際工程應(yīng)用中，已經(jīng)體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。相比傳統(tǒng)的地基處理方法,具有費(fèi)用低、節(jié)能環(huán)保、處理效果好以及工期可控等優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著城市用地的不斷緊張，對疏浚吹填土區(qū)域的利用已經(jīng)成為趨勢，機(jī)械振密法具有良好的發(fā)展前景，可以為社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為今后在大面積吹填土地基處理施工領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。