淺論大面積吹填軟土地基處理方案比選

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1.地基土土性和地下水分析
    　　中國海運(yùn)江蘇造船基地工程位于長江下游江都市三江營，夾江匯入長江的入江口上游約2000米，擬地基處理陸域于2008年7月初完成，該場地吹填前的場地標(biāo)高在+2.0～3.0米，吹填后標(biāo)高為+6.0米，吹填砂層厚度3.0～4.0米，局部河道、魚塘吹填砂層厚度達(dá)5～7米。
    　　擬建場地淺層第C層為新近沉積的吹填土，土質(zhì)成分以細(xì)砂為主，該層系人工吹填形成，厚度3～4米不等，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，呈欠壓密狀態(tài)，且該層為液化土層，不能滿足一般輕型建筑物、道路及設(shè)備的承載力和變形控制要求。
    　　根據(jù)現(xiàn)場踏勘及現(xiàn)場探槽水位觀測表明，擬建場地的地下水埋深隨著時(shí)間的推移在逐步下降，現(xiàn)場地下水位埋深約為自然地面下2.0米左右，場地吹砂前原天然場地的地下水深度約0.5米左右。通過類似工程分析，吹填砂表面下的地下水多為大氣降水和吹砂時(shí)的上層滯水，一般和潛水不具連通性或連通性很小，有效而合理地降、排水較為重要，同時(shí)少量地下水的存在有利于砂層在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生液化使顆粒重排而得到加固效果，因此地下水的控制應(yīng)不影響正常施工和孔壓的消散，并控制地下水位在起夯面1.5米以下。
    　　2.地基處理設(shè)計(jì)技術(shù)要求
    　　根據(jù)招標(biāo)文件的要求：地基處理深度不小于4米，處理后要求地基承載力達(dá)5噸/平方米～10噸/平方米，在有效深度范圍內(nèi)，土的密實(shí)度、Ps值、壓縮模量、含水量等應(yīng)有顯著改善，并消除表層土的地震液化可能性。地基處理的總工期為45天。
    　　3.地基處理的總體設(shè)計(jì)思路
    　　綜合以上分析，地基處理設(shè)計(jì)明確了土層條件、加固目的、技術(shù)要求和工期，因此地基處理總體設(shè)計(jì)思路是：
    　　(1)第C層吹填土所施加的大面積堆載對土性的改良具有長期的效果，對改良下臥土層土性效果明顯。
    　　(2)本次的地基處理設(shè)計(jì)應(yīng)采用針對性強(qiáng)、施工方便、快速、可靠的方法重點(diǎn)加固新近第C層吹填土，消除液化，同時(shí)對原有場地表層及下臥土層的不均勻性和土性進(jìn)行改善，減小總沉降量，以滿足一般建筑物、道路及設(shè)備的天然地基的承載力和沉降控制要求。
    　　二、地基處理設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化選擇
    　　1.地基處理設(shè)計(jì)方案比選
    　　本工程場地面積大，吹填時(shí)間短、吹填料有一定差異，原天然地面多魚塘、明浜，故場地各處吹填土厚度不一，淺層土不均勻，且受工程建設(shè)的工期要求，限制了地基處理方法的選取。根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，類似工程地基處理主要有以下幾種方法：堆載預(yù)壓法、振沖法、排水聯(lián)合強(qiáng)夯法、沖擊碾壓法等處理方法，具體適用性和優(yōu)缺點(diǎn)對比如下：
    　　1)堆載預(yù)壓法
     原理及作用：利用前期荷載加速地基土的固結(jié)，使地基在建造建(構(gòu))筑物之前提前產(chǎn)生沉降，并由此提高地基土的抗剪強(qiáng)度，以適應(yīng)建(構(gòu))筑物荷載的施加并有效地減小工后沉降和差異沉降。
     適用范圍：適用于處理厚度較大的飽和軟土地基。在厚度較大的淤泥質(zhì)土層和有機(jī)質(zhì)土層中需采用超載預(yù)壓法。
     主要特點(diǎn)：需要大量堆載材料和較長的預(yù)壓時(shí)間。預(yù)壓效果取決于地基土的固結(jié)特性、土層厚度、預(yù)壓荷載大小和預(yù)壓時(shí)間的長短。
     本場地使用條件：本場地第C層吹填土的大面積堆載作用對場地下部土層的固結(jié)沉降具有改良作用，但作用時(shí)間長。第C層吹填土自身的固結(jié)沉降在無外力作用下，固結(jié)時(shí)間較長。
     2)振沖擠密法
     原理及作用：一方面依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減小；另一方面依靠振沖器的水平振動(dòng)力，在加回填料情況下通過填料使砂層擠壓加密。
     適用范圍：適用本法的土質(zhì)主要是砂土。
     主要特點(diǎn)：施工機(jī)械簡便，對砂土地基消除液化，提高砂土地基承載力明顯。加固效果取決于砂顆粒的粒徑和組成，同時(shí)對軟土的結(jié)構(gòu)破壞易引起后期固結(jié)沉降。
     本場地使用條件：本場地吹填砂的粒徑較細(xì)，以粉砂為主，振沖時(shí)易產(chǎn)生流態(tài)區(qū)，加固效果差。同時(shí)加固深度內(nèi)有局部有粘性土分布，不宜擾動(dòng)，特別對淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，擾動(dòng)后易產(chǎn)生后期固結(jié)沉降。
     3)強(qiáng)夯法
     原理及作用：利用吊升設(shè)備將具有較大質(zhì)量和一定結(jié)構(gòu)規(guī)格的夯錘起吊至一定高度后，使其自由下落，強(qiáng)大的沖擊能量使地基產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和很高的動(dòng)應(yīng)力，使一定范圍內(nèi)的土體的強(qiáng)度提高、壓縮性降低，以改善地基土抵抗液化的能力和提高土層的均勻程度。
     適用范圍：強(qiáng)夯法一般適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，對于飽和粘性土等地基應(yīng)用相對較少。近幾年，采用強(qiáng)夯法通過合理控制設(shè)計(jì)施工參數(shù)，也在一些工程中處理飽和粉土、粘性土、淤泥質(zhì)等軟弱地基取得較好效果。
     主要特點(diǎn)：設(shè)備簡單、施工速度快、無需加特殊材料和處理成本較低。
     本場地使用條件：本工程場地條件簡單，場地吹填土以粉砂為主，地下水以上層滯水為主，地基加固深度要求大于4米，強(qiáng)夯法處理對本場地適用。
     4)沖擊碾壓法
     原理及作用：利用壓實(shí)輪的連續(xù)滾動(dòng)產(chǎn)生的沖擊、滾壓、揉壓等綜合作用將能量傳遞給土體，并向地下深層傳播，使土體得到壓實(shí)，這是20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的一種全新的巖土工程技術(shù)。
     適用范圍：處理深度一般不超過2米。
     主要特點(diǎn)：具有沖擊力大、原地壓實(shí)和效率高等特點(diǎn)。
     本場地使用條件：處理深度難以滿足4米要求。
     2.地基處理方案的優(yōu)化選擇
    　　通過對本場地的環(huán)境條件、地質(zhì)條件、水文條件、施工可行性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的綜合分析，本場地地基處理的優(yōu)化方案是強(qiáng)夯+降、排水固結(jié)法。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
    　　A.強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法環(huán)境條件具備。
    　　該場地開闊，環(huán)境條件簡單，有利于強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備大面積施工操作，同時(shí)不致于對周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。
    　　B.強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法排水條件良好。
    　　第C層吹填土(細(xì)砂)屬飽和無粘性土地基，在垂直向和水平向具有高的滲透系數(shù)，有利于土體排水固結(jié)。
    　　C.強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法加固深度適宜。
    　　地基土的有效加固深度在5～7米左右，能夠滿足招標(biāo)文件要求，強(qiáng)夯對軟弱粘性土也有一定的影響改善作用。
    　　D.強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法能有效地消除液化。
    　　利用強(qiáng)夯時(shí)的瞬間沖擊能使土體產(chǎn)生振動(dòng)液化，土顆粒被壓密或重組，土體有效應(yīng)力增加，土體強(qiáng)度提高，從而消除土層液化。
    　　E.強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法施工效率高。
    　　強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法施工效率高，對工期緊、任務(wù)急的工程，強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法施工具有較大的優(yōu)勢。
    　　F.強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
    　　強(qiáng)夯-降、排水固結(jié)法和其它達(dá)到同等效果的加固手段類比，其成本可節(jié)約30%～50%左右