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高在+2.0～3.0米，吹填后標高為+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5～7米。
    　　擬建場地淺層第C層為新近沉積的吹填土，土質成分以細砂為主，該層系人工吹填形成，厚度3～4米不等，結構松散，強度低，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，同時少量地下水的存在有利于砂層在振動時產(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.地基處理設計技術要求
    　　根據(jù)招標文件的要求：地基處理深度不小于4米，處理后要求地基承載力達5噸/平方米～10噸/平方米，在有效深度范圍內(nèi)，土的密實度、Ps值、壓縮模量、含水量等應有顯著改善，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.地基處理的總體設計思路
    　　綜合以上分析，地基處理設計明確了土層條件、加固目的、技術要求和工期，因此地基處理總體設計思路是：
    　　(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)本次的地基處理設計應采用針對性強、施工方便、快速、可靠的方法重點加固新近第C層吹填土，消除液化，同時對原有場地表層及下臥土層的不均勻性和土性進行改善，減小總沉降量，以滿足一般建筑物、道路及設備的天然地基的承載力和沉降控制要求。
    　　二、地基處理設計方案的優(yōu)化選擇
    　　1.地基處理設計方案比選
    　　本工程場地面積大，吹填時間短、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，類似工程地基處理主要有以下幾種方法：堆載預壓法、振沖法、排水聯(lián)合強夯法、沖擊碾壓法等處理方法，具體適用性和優(yōu)缺點對比如下：
    　　1)堆載預壓法
     原理及作用：利用前期荷載加速地基土的固結，使地基在建造建(構)筑物之前提前產(chǎn)生沉降，并由此提高地基土的抗剪強度，以適應建(構)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土層和有機質土層中需采用超載預壓法。
     主要特點：需要大量堆載材料和較長的預壓時間。預壓效果取決于地基土的固結特性、土層厚度、預壓荷載大小和預壓時間的長短。
     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沉降具有改良作用，但作用時間長。第C層吹填土自身的固結沉降在無外力作用下，固結時間較長。
     2)振沖擠密法
     原理及作用：一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減?。涣硪环矫嬉揽空駴_器的水平振動力，在加回填料情況下通過填料使砂層擠壓加密。
     適用范圍：適用本法的土質主要是砂土。
     主要特點：施工機械簡便，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，同時對軟土的結構破壞易引起后期固結沉降。
     本場地使用條件：本場地吹填砂的粒徑較細，以粉砂為主，振沖時易產(chǎn)生流態(tài)區(qū)，加固效果差。同時加固深度內(nèi)有局部有粘性土分布，不宜擾動，特別對淤泥質粉質粘土，擾動后易產(chǎn)生后期固結沉降。
     3)強夯法
     原理及作用：利用吊升設備將具有較大質量和一定結構規(guī)格的夯錘起吊至一定高度后，使其自由下落，強大的沖擊能量使地基產(chǎn)生強烈的振動和很高的動應力，使一定范圍內(nèi)的土體的強度提高、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用相對較少。近幾年，采用強夯法通過合理控制設計施工參數(shù)，也在一些工程中處理飽和粉土、粘性土、淤泥質等軟弱地基取得較好效果。
     主要特點：設備簡單、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：利用壓實輪的連續(xù)滾動產(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，這是20世紀90年代中期出現(xiàn)的一種全新的巖土工程技術。
     適用范圍：處理深度一般不超過2米。
     主要特點：具有沖擊力大、原地壓實和效率高等特點。
     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、地質條件、水文條件、施工可行性和技術經(jīng)濟指標的綜合分析，本場地地基處理的優(yōu)化方案是強夯+降、排水固結法。該方法具有以下優(yōu)點：
    　　A.強夯-降、排水固結法環(huán)境條件具備。
    　　該場地開闊，環(huán)境條件簡單，有利于強夯機械設備大面積施工操作，同時不致于對周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。
    　　B.強夯-降、排水固結法排水條件良好。
    　　第C層吹填土(細砂)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。
    　　C.強夯-降、排水固結法加固深度適宜。
    　　地基土的有效加固深度在5～7米左右，能夠滿足招標文件要求，強夯對軟弱粘性土也有一定的影響改善作用。
    　　D.強夯-降、排水固結法能有效地消除液化。
    　　利用強夯時的瞬間沖擊能使土體產(chǎn)生振動液化，土顆粒被壓密或重組，土體有效應力增加，土體強度提高，從而消除土層液化。
    　　E.強夯-降、排水固結法施工效率高。
    　　強夯-降、排水固結法施工效率高，對工期緊、任務急的工程，強夯-降、排水固結法施工具有較大的優(yōu)勢。
    　　F.強夯-降、排水固結法經(jīng)濟節(jié)約。
    　　強夯-降、排水固結法和其它達到同等效果的加固手段類比，其成本可節(jié)約30%～50%左右