浅论大面积吹填软土地基处理方案比选

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1.地基土土性和地下水分析
    　　中国海运江苏造船基地工程位于长江下游江都市三江营，夹江汇入长江的入江口上游约2000米，拟地基处理陆域于2008年7月初完成，该场地吹填前的场地标高在+2.0～3.0米，吹填后标高为+6.0米，吹填砂层厚度3.0～4.0米，局部河道、鱼塘吹填砂层厚度达5～7米。
    　　拟建场地浅层第C层为新近沉积的吹填土，土质成分以细砂为主，该层系人工吹填形成，厚度3～4米不等，结构松散，强度低，呈欠压密状态，且该层为液化土层，不能满足一般轻型建筑物、道路及设备的承载力和变形控制要求。
    　　根据现场踏勘及现场探槽水位观测表明，拟建场地的地下水埋深随着时间的推移在逐步下降，现场地下水位埋深约为自然地面下2.0米左右，场地吹砂前原天然场地的地下水深度约0.5米左右。通过类似工程分析，吹填砂表面下的地下水多为大气降水和吹砂时的上层滞水，一般和潜水不具连通性或连通性很小，有效而合理地降、排水较为重要，同时少量地下水的存在有利于砂层在振动时产生液化使颗粒重排而得到加固效果，因此地下水的控制应不影响正常施工和孔压的消散，并控制地下水位在起夯面1.5米以下。
    　　2.地基处理设计技术要求
    　　根据招标文件的要求：地基处理深度不小于4米，处理后要求地基承载力达5吨/平方米～10吨/平方米，在有效深度范围内，土的密实度、Ps值、压缩模量、含水量等应有显著改善，并消除表层土的地震液化可能性。地基处理的总工期为45天。
    　　3.地基处理的总体设计思路
    　　综合以上分析，地基处理设计明确了土层条件、加固目的、技术要求和工期，因此地基处理总体设计思路是：
    　　(1)第C层吹填土所施加的大面积堆载对土性的改良具有长期的效果，对改良下卧土层土性效果明显。
    　　(2)本次的地基处理设计应采用针对性强、施工方便、快速、可靠的方法重点加固新近第C层吹填土，消除液化，同时对原有场地表层及下卧土层的不均匀性和土性进行改善，减小总沉降量，以满足一般建筑物、道路及设备的天然地基的承载力和沉降控制要求。
    　　二、地基处理设计方案的优化选择
    　　1.地基处理设计方案比选
    　　本工程场地面积大，吹填时间短、吹填料有一定差异，原天然地面多鱼塘、明浜，故场地各处吹填土厚度不一，浅层土不均匀，且受工程建设的工期要求，限制了地基处理方法的选取。根据已有的工程经验，类似工程地基处理主要有以下几种方法：堆载预压法、振冲法、排水联合强夯法、冲击碾压法等处理方法，具体适用性和优缺点对比如下：
    　　1)堆载预压法
     原理及作用：利用前期荷载加速地基土的固结，使地基在建造建(构)筑物之前提前产生沉降，并由此提高地基土的抗剪强度，以适应建(构)筑物荷载的施加并有效地减小工后沉降和差异沉降。
     适用范围：适用于处理厚度较大的饱和软土地基。在厚度较大的淤泥质土层和有机质土层中需采用超载预压法。
     主要特点：需要大量堆载材料和较长的预压时间。预压效果取决于地基土的固结特性、土层厚度、预压荷载大小和预压时间的长短。
     本场地使用条件：本场地第C层吹填土的大面积堆载作用对场地下部土层的固结沉降具有改良作用，但作用时间长。第C层吹填土自身的固结沉降在无外力作用下，固结时间较长。
     2)振冲挤密法
     原理及作用：一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减小；另一方面依靠振冲器的水平振动力，在加回填料情况下通过填料使砂层挤压加密。
     适用范围：适用本法的土质主要是砂土。
     主要特点：施工机械简便，对砂土地基消除液化，提高砂土地基承载力明显。加固效果取决于砂颗粒的粒径和组成，同时对软土的结构破坏易引起后期固结沉降。
     本场地使用条件：本场地吹填砂的粒径较细，以粉砂为主，振冲时易产生流态区，加固效果差。同时加固深度内有局部有粘性土分布，不宜扰动，特别对淤泥质粉质粘土，扰动后易产生后期固结沉降。
     3)强夯法
     原理及作用：利用吊升设备将具有较大质量和一定结构规格的夯锤起吊至一定高度后，使其自由下落，强大的冲击能量使地基产生强烈的振动和很高的动应力，使一定范围内的土体的强度提高、压缩性降低，以改善地基土抵抗液化的能力和提高土层的均匀程度。
     适用范围：强夯法一般适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，对于饱和粘性土等地基应用相对较少。近几年，采用强夯法通过合理控制设计施工参数，也在一些工程中处理饱和粉土、粘性土、淤泥质等软弱地基取得较好效果。
     主要特点：设备简单、施工速度快、无需加特殊材料和处理成本较低。
     本场地使用条件：本工程场地条件简单，场地吹填土以粉砂为主，地下水以上层滞水为主，地基加固深度要求大于4米，强夯法处理对本场地适用。
     4)冲击碾压法
     原理及作用：利用压实轮的连续滚动产生的冲击、滚压、揉压等综合作用将能量传递给土体，并向地下深层传播，使土体得到压实，这是20世纪90年代中期出现的一种全新的岩土工程技术。
     适用范围：处理深度一般不超过2米。
     主要特点：具有冲击力大、原地压实和效率高等特点。
     本场地使用条件：处理深度难以满足4米要求。
     2.地基处理方案的优化选择
    　　通过对本场地的环境条件、地质条件、水文条件、施工可行性和技术经济指标的综合分析，本场地地基处理的优化方案是强夯+降、排水固结法。该方法具有以下优点：
    　　A.强夯-降、排水固结法环境条件具备。
    　　该场地开阔，环境条件简单，有利于强夯机械设备大面积施工操作，同时不致于对周围环境产生危害。
    　　B.强夯-降、排水固结法排水条件良好。
    　　第C层吹填土(细砂)属饱和无粘性土地基，在垂直向和水平向具有高的渗透系数，有利于土体排水固结。
    　　C.强夯-降、排水固结法加固深度适宜。
    　　地基土的有效加固深度在5～7米左右，能够满足招标文件要求，强夯对软弱粘性土也有一定的影响改善作用。
    　　D.强夯-降、排水固结法能有效地消除液化。
    　　利用强夯时的瞬间冲击能使土体产生振动液化，土颗粒被压密或重组，土体有效应力增加，土体强度提高，从而消除土层液化。
    　　E.强夯-降、排水固结法施工效率高。
    　　强夯-降、排水固结法施工效率高，对工期紧、任务急的工程，强夯-降、排水固结法施工具有较大的优势。
    　　F.强夯-降、排水固结法经济节约。
    　　强夯-降、排水固结法和其它达到同等效果的加固手段类比，其成本可节约30%～50%左右