潍坊港中港区西作业区无填料振冲地基处理技术

朱洪涛，邢树军，范莹莹

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

关键字：吹填；粉土地基；无填料振冲；地基加固

引 言

潍坊港中港区位于莱州湾南岸白浪河入海口的西侧，为潍坊港重点发展的港区，是以散杂货运输为主、临港工业区原材料及产成品运输为辅的综合性港区，拟建的6～8多用途泊位及9～11通用泊位两个工程，码头总长度约 1 347 m，陆域纵深675 m，陆域总面积约91万m2。由于工程陆域面积大，地基加固方案选取是否恰当，不仅对堆场工程的质量、工期、造价都有重大影响，更重要的是，地基处理效果直接关系到整个工程能否按期建成，以及建成后能否按设计要求的正常使用，发挥最大效益。

1 概 况

拟新建的多用途及通用泊位堆场陆域由港池航道疏浚土吹填形成，大部分区域冲填土主要为粉土（面积约79万m2），具有含水率高，饱和度高，强度低，极易震动液化的特点，大部分粉粒含量（0.075～0.005 mm）均在88 %～90 %范围（如表1所示），平均标贯击数N＜1击，分层厚度为 5.8～10.0 m；场地西侧水门区域在吹填过程中集结了大量粉细砂细颗粒与淤泥质粘土（面积约12万m2），该区域的吹填土处于松散状态且含泥量较高，含水率接近饱和状态；原始场地上部为全新统中后期海相沉积的粉土，下部为全新统早期冲-海相沉积的粉土和粉质黏土等。工程要求地基处理完成后地基承载力特征值不小于 120 kPa，残余沉降不大于50 cm。

表1 吹填粉土颗粒平均分布

2 地基处理方案

由于粉土颗粒较细，按规范及传统不可采用无填料振冲处理。国内外一般认为无填料振冲适用于处理黏粒含量小于10 %的粗砂和中砂地基，而粉细砂、吹填粉细砂颗粒较细而均匀，难以自行塌孔形成挤密效果，对于粉细砂及吹填细砂地基，是否可以采用不加填料的振冲法进行加固是有争议的[1]，近年来，唐山港曹妃甸港区采用多点共振（或胁迫）无填料振冲工艺处理粉细砂地基取得了较好的处理效果，严格意义上讲它与规范中所指简单的传统无填料振冲施工工艺有一定区别，多点共振无填料振冲可以在合理间距内布置 2～3个振冲头的同时施振，克服粉细砂不易塌孔的难题，突破深层松散粉细砂地基加固机制的瓶颈[2]，对于粉土地基采用无填料振冲基本没有成功的案例。

临近本工程东侧中港区液体化工泊位曾进行场地排水+无填料振冲处理施工，该工程场地地基条件同本工程类似，为新吹填粉土地基，该处理方法预先采用水上挖掘机晃动吹填粉土，在饱和松散的粉土受到动力重复荷载作用时，破坏原吹填土内部结构，土体将发生体积的收缩，体积的快速收缩将导致超孔隙水压力来不及消散而急剧上升，破坏土的原有结构直到产生液化，待超孔隙水压力消散后，使吹填砂颗粒重新排列而趋于密实，达到排水固结的目的。之后依靠振冲器的反复强力振动、水冲以及水平振挤等作用，使振冲器周围的初步排水固结的吹填粉土层再次发生短暂液化或结构破坏，粉土颗粒在液化后重新排列，在上负荷重力和振动作用下，向低势能位置转移，颗粒间孔隙减少，使得处理范围内的土层形成更为密实的结构，从而提高吹填粉土层的承载力和抗液化能力，达到加固密实的目的，最终地基处理完成后地基承载力特征值可达到 120 kPa。综合考虑拟建工程的使用荷载及临近工程无填料振冲施工经验，拟预先经场地扰动预排水+无填料振冲的试验区典型施工，待检验合格后可以推广应用于后续堆场陆域吹填粉土地基大面积采用。

3 典型施工处理

在粉土吹填区选取3 000 m2进行典型施工，先采用一台SLW220型水上挖机对典型施工区域进行预先进行扰动排水，扰动点距 1.5～2.0 m，扰深1.2～1.5 m，连续三日每日各扰动一遍，沿场地周边分块开挖排水沟，人工配合机械辅助排水，同时对场地内较软区域机械补充进行扰动，以满足后续施工设备进场要求。

扰动排水地基初步固结后，结合新近吹填粉土颗粒分布及邻近已完成工程的施工经验，需合理制定无填料振冲的主要相关设计参数。

1）造孔水压及出水量

由于新近吹填粉土粉粒含量较高，施工时注意造孔时水压和水量都不必很大，以避免水量过大或压力过高致使孔口回水量增大流速增高，以带走大量细颗粒形成淤积，降低处理效果。初步拟定水压控制在0.3～0.6 MPa，水量控制在200～400 L/min，使振冲器尽快沉入土中，直到达到设计处理深度，并将水量调至最小。

2）留振时间

新近吹填粉土相对粉砂及中粗砂孔隙比要小，超孔隙水压力的消散比较缓慢，同样达到液化所需要的时间也较长，液化的影响范围较广，因此应有足够的分段留振时间，使振动及振密加固地基土得到最大程度的发挥，使得每段留振范围内的土体得到充分液化，这样才能最大程度的加固地基土体。考虑振冲器下沉至设计深度后留振60 s，之后慢速上拔，每上拔0.5 m留振20～30 s，然后依次上拔、留振直到孔口。

3）振冲点布置形式及间距

为了减少细颗粒较多产生流态区，扩大挤密区范围，通过降低水压、控制振冲器的运动速率和上提间距，适当拉大振动点之间的间距，来克服颗粒较细挤密效果差的弊端。初步拟定振冲点间距2.6 m，正三角形布置（采用三点胁迫共振），采用三次振冲施工法（三次下沉、三次提升），振动深度7 m。

由于浅层地基土土质及围压小，表层2～3 m地基土振冲效果相对稍差，因此无填料振冲完成后，进行场地排水，上部需要叠加小能量满夯施工，初步拟定满夯两遍，夯击能1 000 kN·m，后利用振动压路机进行碾压密实，提高表层地基土的密实度及承载力。

4 效果分析

粉土地基的孔隙水压力消散比较缓慢，随着孔隙水压力消散，地基强度增长随之增长，即存在一个强度增长时间效应问题[3]，因此处理完成后地基需留有一定的强度增长期，结合已有工程经验，在地基处理全部完成后2周以上，采用标准贯入试验、静力触探及载荷板试验进行地基处理效果检测，具体检测结果汇总见表2～3、图3。

表2 典型施工区加固前后地基土指标

表3 静力触探结果

图3 典型施工区域载荷试验曲线

对比典型施工区处理前后地基土标贯试验结果可知，无填料振冲的加固处理完成后，处理效果较为显著，吹填粉土层标贯击数均提高到不小于10击，同时处理后场地平均沉降约50～60 cm，处理范围内消除了地基液化和沉降；由载荷试验可知，终止载荷为 240 kPa，处理后地基承载力特征值为均不小于 120 kPa；同时触探结果表明处理后的吹填粉土地基均匀性已得到较大的改善，可以在地基浅层形成一均匀的相对硬层，从而有效消除地基的不均匀沉降。综合判断场地预排水+无填料振冲法处理本场地地基能够达预期的目的，可以大面积应用于新近吹填粉土区。

5 结 语

典型施工区检测合格后，6#～11#通用及多用途堆场吹填粉土区开展大面积无填料振冲施工，施工完成后采用标贯试验、载荷板试验等手段检测，地基承载力特征值均达到120 kPa的设计要求，且场地液化情况基本消除。后续临近的12#～14#通用散货工程、欢乐海游艇码头工程等项目的陆域堆场粉土地基均采用了扰动预排水+无填料振冲的处理方法，取得了满意的处理效果。

1）无填料振冲法处理中粗砂及粉细砂地基加固中已有广泛的应用，但在粉土地基中应用较少，通过中港区新建件杂货及通用堆场的典型施工及后续工程的大面积应用，场地扰动排水后的无填料振冲加固工艺可应用于本港区粘粒含量≤10 %的新近吹填粉土地基中，该方案具有施工效率高、明显节约工程投资等优势，具有较大的社会和经济效益。

2）细颗粒含量的多少对无填料振冲的施工参数和地基加固质量有较大的影响，采用无填料振冲法进行粉土地基加固前，必须先在典型区域做试验区，验证有关技术参数及无填料振冲在本场区的适用性。