钱塘江河口软弱低洼场地吹填试验研究

范逸峰,陈 星

(1.宁波杭州湾新区水利管理处,浙江 宁波 315336;2.浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

上海大众拟在钱塘江南岸杭州湾新区建设第六工厂,该场地为前几年刚围涂而成,地面高程低,约1.5～2.5 m,表层多为淤泥质土或淤泥质粉土,承载力低、易压缩沉降,属典型的河口软弱低洼场地。厂区不能积水和受淹,且要求为整块场地,不允许有河网、沟坎等分隔设施,回填材质不能影响厂房和设备基础施工 (如桩基)。为满足要求,厂区高程必须达5.0 m以上,即需填高2.0～3.0 m。

经相关专家多方论证,一致认为,传统石渣回填对厂区内高密度桩基施工有影响,一般土方回填沉降量大,满足不了沉降精度要求,而从外海吹沙回填成本较高(80元/m3左右)[1-2]。综合比较后,采取水力取土吹填方案,即在围涂区内选择适当区域取土,泥浆泵输送吹填至填筑区块,后期可利用取土坑建设成景观湖或湿地。同时对吹填后填筑层地基强度进行检测,以评判是否满足厂区地基强度要求。

2 吹填试验

2.1 试验方案和区块

上海大众区块位于钱塘江南岸宁波杭州湾新区,东起兴慈大道,西至兴慈四路,南起十塘横江,北至十一塘横江,总面积约1 000 hm2,选择厂区的西北部作试验区块。根据施工吹填方案 (填筑高度2.4 m,分0.8,1.2,2.4 m不同吹填厚度),共设3个试验块,每块面积4 000 m2(50 m×80 m),共12 000m2。试验区块和检测布置平面示意见图1,吹填断面示意见图2(图中0.4 m为吹填前清除厚度)。

图1 试验区块和检测布置平面示意图 单位:m

图2 试验区块吹填断面示意图 单位:m

2.2 试验工艺

采用泥浆泵水力取土吹填,填筑区人工结合机械捣实。水力吹填筑堤施工原理是利用水力冲挖机组冲挖、输送、吹填,也即用高压水枪水力冲挖,形成泥浆汇聚在集泥池,然后用泥浆泵吸泥逐层输送吹填至相应地点,经排水、捣实、固结成层。该方法是采用水力冲挖机组通过水力冲挖、输送吹填工艺,特别是对含沙量较高的粉土、粉砂土层,施工效率大大提高,具有明显的经济效益[3-4]。

2.3 试验过程

吹填施工步骤:清除表层杂草和浮泥→泥浆泵输送吹填→人工随填随捣至吹填高度→铺导板→机械 (挖掘机)捣密。施工过程如下:

(1)区块1:3次吹填+人工随填随捣+机械(挖掘机)捣密的吹填方案。于2011年5月5日开始清除表层40 cm杂草和浮泥,分3次吹填,每次吹填厚度0.8 m,每层在人工随填随捣的基础上铺导板用机械(挖掘机)捣密。5月15日填至1.2 m时,因需要了解填筑基本情况,现场决定西半块先做检测分析,5月19日进行了钻 (静)探及土工试验检测;东半块仍按原计划继续填筑,5月25日填至2.4 m时结束施工,5月29日进行了钻(静)探及土工试验检测。

(2)区块2:2次吹填+人工随填随捣+机械(挖掘机)捣密的吹填方案。于2011年5月5日开始清除表层40 cm杂草和浮泥,分2次吹填,每次吹填厚度1.2 m,每层在人工随填随捣的基础上铺导板用机械 (挖掘机)捣密。5月25日填至2.4 m时结束施工,5月29日进行了钻(静)探及土工试验检测。

(3)区块3:1次性吹填+人工随填随捣+机械(挖掘机)捣密的吹填方案。于2011年5月5日开始清除表层40 cm杂草和浮泥,完成时间5月24日,1次吹填而成,吹填厚度2.4m,然后在人工随填随捣的基础上铺导板用机械(挖掘机)捣密。5月29日进行了钻 (静)探及土工试验检测。

3 成果检测

3.1 检测内容和方法

表1 各吹填区块检测工作表 个

主要检测吹填土的物理力学指标和地基强度,选择在不同区块同时进行钻孔取土和静力触探测试,测试吹填土的性质指标和地基强度。其中1#区块西半区检测孔6个,东半区5个,2#、3#区块检测孔均为5个,检测孔需深入原始地面以下4.5 m左右。检测方法和内容见表1,检测孔布置见图1。

3.2 检测结果

吹填前,在新近围涂区内预定的取土区块内取土试验,取土区表面5 m内大部分为黏质粉土,在低洼和冲沟处分布淤泥质粉质黏土。其中0-1层淤泥质粉质黏土颗粒组成:黏粒20.9%、粉粒78.1%、砂粒以上1%;0-2层黏质粉土颗粒组成:黏粒11.2%、粉粒 88.2%、砂粒以上0.6%。可见,吹填料大多数为黏质粉土,局部夹土质接近黏质粉土的淤泥质粉质黏土,其物理力学指标见表2。

吹填后经检测,原始地面以下4.3 m以内至现吹填表面共分3个岩土层,自上而下分别为:1层吹填土、2层淤泥质粉质黏土 (原始涂面表层)和3层黏质粉土,各层物理力学指标见表2。

(1)1层吹填土:灰色,湿,成份为黏质粉土,稍～中密,中等压缩性,土的均匀性一般,密实度变化偏大,主要表现在下部1.0～1.5 m填土密实度差异较高,这与原浅表土强度及含水率有一定关系,当原浅表土强度低、含水率较高,填土压密时,易扰动该土层,并导致填土层不易被压密,反之则易被压密。但对于填土施工质量控制应该尚可。

(2)2层淤泥质粉质黏土:为原始涂面表层,灰色,饱和,流塑或稍密,高压缩性。含植物根系,该土层为新近围海造地冲淤积土,土的均匀性较差,强度低,一般不作为持力层利用,层顶0.5～0.8 m,有被压实痕迹,当其上部存在填土后,该土层变为下卧层,但其强度仍直接控制了天然地基承载力。

(3)3层黏质粉土:灰色,湿,中密,中等压缩性。该原状土层强度高,土质均匀,是场址较好的持力层。

表2 地基土物理力学指标和强度检测成果表

4 结 语

钱塘江河口表层沉积砂性软弱土适宜吹填,经吹填和压密后,其强度在半个月内基本达到原有强度,但其模量仅有原来的50%。根据实测参数,吹填土层强度中等,可作为变形要求不高的轻型建筑浅基持力层,其地基承载力可作下卧层强度验算后确定。

从不同区块、不同试验方法的检测结果看,分层填筑比一次填筑的填土质量相对要好,其密实度更好、承载力更高,强度增长差别在10%～15%。

本次试验费用主要由施工费(表层清基及土方吹填)和检测费组成,以市场价结算约15元/m3,由于试验工期紧,土方吹填费中考虑了赶工费,实际应用时费用将更低,远低于外海吹沙回填和石渣回填方案,大大节约回填成本,能取得较好的经济效益。

[1]应舒.吹填造陆技术在温州滨海园区丁山垦区中的应用[J].浙江水利科技,2010(5):84-85.

[2]金毅,杨梅萍,曹茜茜.浅谈吹填技术在温州东围堤工程中的应用 [J].大坝与安全,2011(2):57-62.

[3]王正波,田金伟.黑龙江水利科技[J].2011,39(6):290-291.

[4]仉奉忠,谷春光,宋晓红,等.水力吹填在围堰施工中的应用[J].水利水电施工,2005(4):11-12.