人工吹填土地區(qū)液化分析及地基處理技術(shù)

0 引言

人工吹填土是由水力沖填泥砂形成的填土，它是我國沿海一帶常見的人工填土之一，主要是用高壓泥漿泵將挖泥船挖出的泥砂，通過輸泥管排送到需要填高地段及泥砂堆積區(qū)，經(jīng)沉淀排水后形成大片沖填土層。被廣泛用于填海造陸及解決土地資源稀缺的問題中[1]。

人工吹填土沒有經(jīng)過地基處理，大都為可液化土層。而地基液化是導(dǎo)致地基失穩(wěn)、建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞的直接原因之一。因此，為了保證場地穩(wěn)定，人工吹填土場地需要根據(jù)地基液化程度和設(shè)計(jì)條件，選擇適合的地基處理方法消除地基液化[2]。

本文分析了人工吹填土的成分構(gòu)成和性質(zhì)，采用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）（2016年版）分別計(jì)算場地各大地基土層的液化指數(shù)，通過對比分析，找出影響液化的主要土層，并提出合理可行的地基處理建議。經(jīng)實(shí)踐證明，給出的地基處理方案具有較好的消除地基液化的效果，有效提高了場地地基土層的承載力，保障了建筑物的穩(wěn)定性和安全性。

1 工程概況

某工程位于河北省唐山市曹妃甸區(qū)嘴東經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)（灤南縣南堡鎮(zhèn)），總建筑面積24948m2，地上建筑面積24948m2，無地下建筑。本工程包括38棟建筑物，檐口高度為1.10～16.85m，建筑層數(shù)地上為1～4層，基礎(chǔ)形式為樁基或獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1.50～5.30m。

工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件：

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本工程場區(qū)地層以黏性土、粉土和砂土為主，共分為6大層，①層為人工吹填土層，②～⑤層為第四紀(jì)海相沉積層，⑥層為第四紀(jì)陸相沖積土層。在勘探深度35m范圍內(nèi)觀測到一層地下水，地下水類型為潛水，地下水穩(wěn)定水位埋深為0.20～3.30m，水位標(biāo)高為-0.29～2.86m。工程地質(zhì)剖面圖詳見圖1。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

2 工程難點(diǎn)

場地分布大量人工吹填土，人工吹填土厚度較大，分布不均勻，一般厚度4.0～6.0m，最大提露厚度9.5m，且多為近3～5年吹填，局部為淤泥質(zhì)填土，含大量貝殼碎片、植物根莖及少量生活垃圾，具高含水率、高壓縮性，未經(jīng)處理，大都為可液化土層，導(dǎo)致地基不均勻沉陷和開裂，上部建筑物結(jié)構(gòu)破壞。因此，必須采取相應(yīng)的地基加固處理措施，以保證建筑物地基的穩(wěn)定[3]。人工吹填土具有高含水率和高壓縮性，地下水水位接近自然地面，未經(jīng)處理，現(xiàn)場施工設(shè)備無法進(jìn)場。

因此準(zhǔn)確查明擬建建筑場地范圍內(nèi)地層成因年代、地層結(jié)構(gòu)和空間分布特點(diǎn)，各地基土層的物理力學(xué)性質(zhì)，尤其是人工吹填土的分布范圍和物理力學(xué)性質(zhì)，準(zhǔn)確地評價(jià)整個(gè)場地的液化形式和液化程度，選擇適合的地基處理方式，部分或全部消除場地液化，滿足設(shè)計(jì)要求，保障建筑物安全，節(jié)省項(xiàng)目投資，為后續(xù)設(shè)備施工做準(zhǔn)備，是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)[4]。

3 人工吹填土層級配情況

人工吹填土層各級顆粒的占比統(tǒng)計(jì)詳見表1，不均勻系數(shù)值及曲率系數(shù)值詳見表2。由表中數(shù)據(jù)可以看出，人工吹填土層的不均勻系數(shù)Cu大于5，曲率系數(shù)Cc介于1～3之間，級配良好。粉砂素填土①層的黏料含量平均值大于3%，粉土素填土①1層的黏料含量平均值大于8%。人工吹填土層含淤泥質(zhì)土，局部含大量貝殼、腐植質(zhì)，含水量較大，結(jié)構(gòu)性差，工程性質(zhì)較差，在進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)摩阻力對樁基承載力和沉降的影響，可采取適當(dāng)措施降低負(fù)摩阻力的不利影響，如在基礎(chǔ)外圍增加保護(hù)樁或在產(chǎn)生負(fù)摩阻力段的樁身涂抹瀝青等。CFG樁、鉆孔灌注樁施工時(shí)，須注意孔壁坍塌及縮頸現(xiàn)象，可采取埋設(shè)護(hù)筒、合理調(diào)配泥漿比重及施工工藝等措施。

表1 人工吹填土層各級顆粒的占比統(tǒng)計(jì)

表2 人工吹填土層不均勻系數(shù)及曲率系數(shù)

4 場地液化判別

根 據(jù)14#、16#、24#、77#、144#、161#、172#、183#、201#、202#和234#鉆 孔所取得的資料，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）（2016年版）判定，本場地粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層、粉砂④層、粉土④1層為液化地層，液化指數(shù)ILE為2.14～59.90，液化等級為輕微～嚴(yán)重[5]。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，影響液化指數(shù)的主要土層為粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層，主要深度約為0～12m?，F(xiàn)將不同地層液化指數(shù)占比列表如表3。

由表3可以看出，粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層的液化指數(shù)約占到85%。粉砂素填土①層、粉土素填土①1層液化指數(shù)約占到62%?？梢娙斯ご堤钔翆龅氐囊夯笖?shù)影響較大，現(xiàn)將人工吹填土去除的液化指數(shù)與原鉆孔的液化指數(shù)進(jìn)行對比，詳見表4。

表3 不同地層液化指數(shù)占比（%）

表4 采用不同方法計(jì)算得到的液化指數(shù)對比表

由表4可以看出，去除人工吹填土后，大部分鉆孔的液化指數(shù)將明顯減小，除183#鉆孔液化等級仍未嚴(yán)重外，其余大部份鉆孔均為輕微液化，局部為中等液化。因此人工吹填土為影響場地液化的主要因素，若能對其采取合理的地基處理措施，則能有效降低場地的液化程度，提高地基土體承載力，保證建筑物地基的穩(wěn)定與安全。

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)的做法(史宇鵬和周黎安，2007[46]；劉修巖等，2017[47])，使用區(qū)域生產(chǎn)函數(shù)來研究特定區(qū)域因素對區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)效率的影響是較好的方法，因此本文的實(shí)證模型設(shè)定為：

5 地基處理方案建議

由于人工吹填土在場地大面積分布，厚度較大，分布不均勻，且無規(guī)律可循，建議施工前對整個(gè)場地進(jìn)行強(qiáng)夯處理，不僅可以消除場地大部分液化的影響，還可在場地表層形成硬殼層，便于后續(xù)建筑和道路管線施工。

對強(qiáng)夯后天然地基不能滿足要求的建筑，建議采用振沖碎石樁、CFG樁復(fù)合地基處理。對某些荷載較大的建筑物，若仍不能滿足要求，則可采用鉆孔灌注樁或預(yù)應(yīng)力混凝土樁（管樁或方樁）樁基礎(chǔ)。

6 地基處理及其效果

對于粉砂素填土①層，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，對于粉砂素填土①1層，采用井點(diǎn)降水+強(qiáng)夯法處理。

強(qiáng)夯有效加固深度為6.0m，點(diǎn)夯單擊夯擊能為2000kN·m～3000kN·m，滿夯夯擊能為800kN·m。

通過對比強(qiáng)夯前后的標(biāo)貫值及液化指數(shù)，可以看出0～6m范圍內(nèi)地基土層液化基本消除，僅局部少數(shù)鉆孔存在輕微液化土層。處理深度范圍內(nèi)粉砂素填土①層和粉土素填土①1層的液化已基本消除。除個(gè)別區(qū)域深部砂土、粉土層液化導(dǎo)致強(qiáng)夯處理后液化指數(shù)較大外，其余大部區(qū)域在消除人工吹填土液化后，液化指數(shù)明顯減小，液化程度多為輕微液化?；具_(dá)到了大面積地基處理的目的。

處理后場區(qū)平均等效剪切波速為154.5m/s，250m/s≥Vse＞150m/s，本區(qū)覆蓋層厚度dov＞50m，場地類型為III類場地。

強(qiáng)夯加固后表層土地基承載力特征值不小于140kPa，承載力滿足設(shè)計(jì)文件要求。

7 結(jié)論

①人工吹填土在場地大面積分布，厚度較大，分布不均勻，且多為近3～5年吹填，具高含水率、高壓縮性，未經(jīng)處理，大都為可液化土層，導(dǎo)致地基不均勻沉陷和開裂，上部建筑物結(jié)構(gòu)破壞，須采取相應(yīng)的地基加固處理措施。

②人工吹填土級配良好，但含黏粒較大，局部含有機(jī)質(zhì)，須考慮其對施工和設(shè)計(jì)的不利影響。

③粉砂素填土①層、粉土素填土①1層、粉土②層、粉砂②1層、粉砂③層、粉土③1層的液化指數(shù)約占到85%。粉砂素填土①層、粉土素填土①1層液化指數(shù)約占到62%。

④去除人工吹填土后，大部分鉆孔的液化指數(shù)明顯減小，為輕微液化，僅局部為中等液化。

⑤人工吹填土為影響場地液化的主要因素，因此，可對整個(gè)場地進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

⑥強(qiáng)夯處理后，0～6m范圍內(nèi)地基土層液化基本消除，液化指數(shù)明顯減小，液化程度多為輕微液化。

⑦強(qiáng)夯處理后場區(qū)平均等效剪切波速為154.5m/s，250m/s≥Vse＞150m/s，本區(qū)覆蓋層厚度dov＞50m，場地類型為III類場地。

⑧強(qiáng)夯處理后表層土地基承載力特征值不小于140kPa，承載力滿足設(shè)計(jì)文件要求，且場地表面形成硬殼層，便于后續(xù)建筑和道路管線施工。

⑨對強(qiáng)夯后天然地基不能滿足要求的建筑，建議采用振沖碎石樁、CFG樁復(fù)合地基處理或預(yù)應(yīng)力混凝土樁（管樁或方樁）樁基礎(chǔ)。