沿海滩涂区地基预处理方案

摘要：本文根据海湾滩涂区的场地特点，针对场地地基预处理主要解决的问题，介绍了堆载预压+强夯及高真空击密两种软土地基处理方案的原理和工艺流程。

关键词：滩涂区；淤泥；地基预处理

中图分类号： P642 文献标识码： A

1 工程概况

某工程拟建厂址大部分位于海湾滩涂与浅海地貌单元连接地带，考虑到场地的防洪和防内涝要求，场地设计整平标高为9.35m，目前厂区大部分地段表层为淤泥，厚度为7.9~19.7m，平均为15.5m，顶面标高为1.75~4.2m，平均为2.9m，因此场地需回填的厚度约为5.15~7.60m，平均为6.40m。场地地基预处理主要解决的问题主要有：（1）淤泥层的压缩沉降和变形问题；（2）回填土的处理问题，处理后能满足一般建（构）筑物地基要求。

2 地基预处理

地基预处理主要是预先固结，减少工后沉降，提高场地稳定性。其方法有开挖换填（挖除淤泥，用中、粗砂结合碎石土换填）、静力排水固结（堆载预压法、真空预压法及两者的联合）、静动排水固结（堆载预压+低能量强夯）等多种。

排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水通道，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建筑以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水被慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基逐渐固结，地基发生沉降，同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐步提高的方法。

排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。近年来，竖向排水系统应用广泛的有袋装砂井和塑料排水板。增加固结压力的主要方法有堆载法、真空预压法以及这两种方法兼用的联合法等。

根据本工程特点，本工程排水固结法可采用两种方案：堆载预压、真空预压。在土体回填过程中，对回填土也有一定的承载力和密实度要求，因此回填土也需要分层碾压或强夯。综合对淤泥和回填土处理的要求，本工程地基预处理有两种方案：堆载预压+强夯，高真空击密。

3 堆载预压+强夯方案

3.1堆载预压

堆载预压是软土地基处理的方法之一。该方法通过在场地分级堆土或其它荷载，使土体中的孔隙水沿排水板排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高。为了防止堆载时压坏地基，需分级加载，即：在前一级荷载作用下地基基本固结后，再施加下一级荷载，直至达到设计荷载为止。主要施工工艺如下：

（1）水平排水层施工

水平排水层一般采用砂垫层，砂垫层一般采用透水性好的中粗砂，其渗透系数大于10-2cm/s，含泥量不大于3%。根据工程所在地的料源情况，也可以采用碎石或砂砾材料做垫层，即碎石或砂砾垫层。

（2）竖向排水体施工

从国内外的技术发展来看，竖向排水体先后主要应用过：200-500mm的普通砂井；70-120mm的袋装砂井；塑料排水板。

（3）预压荷载的施工

填筑实体材料注意控制加载速率，确保稳定，防止失稳。

首先回填碎石施工垫层，回填厚度控制在1.0m左右；然后分层回填碎石土；为防止软土地基失稳，严格采用分层回填，每次回填的层厚宜控制在1.0m～1.5m左右。

至此，全部完成淤泥排水堆载预压加固地基处理。

3.2强夯

（1）第一层碎石土回填后低能量强夯

为加快淤泥排水固结的速度和提高回填土石的密实度，在第一层碎石土回填后进行低能量强夯。

低能量强夯采取“先轻后重、逐级加能、逐层加固、少击多遍”的施工工艺，考虑到淤泥的渗透性差、强度低的特性，为了减小夯击对其结构的破坏，开始时应使用较小的夯击能，待浅层土排水固结强度提高后，再分级加大夯击能量，使动能向深层传递。

夯击的收锤标准即每遍夯击的次数，需要由现场土体变形与孔压决定。总原则是：要使地基土在夯击能作用下能够继续密实，而不至于破坏土体的结构。具体要求为：夯坑附近的土体不出现明显的隆起；夯坑附近的土体不能有过大的侧向位移；后一击沉降量应小于前一击的沉降量，否则说明土体结构破坏。

以超静孔压完全或基本消散为控制标准，深层土体的孔隙水压力消散需要一定时间，因此，施工中一定要合理地安排各遍夯击的时间间隔，这对保证土体排水固结及强度的提高是非常重要的。

（2）回填到设计标高后强夯

回填土堆载预压完成后进行强夯施工。强夯采用两遍点夯两遍满夯工艺，单点夯能为2000~4000kN.m，强夯完成及场地平整后，经振动碾压后达到设计要求的地基加固场地零米标高。至此，完成淤泥软土地基和填方地层的全部地基加固处理。

4 高真空击密方案

高真空击密法的基本思想就是动静耦合作用下的排水固结法，通过改善地基土的排水条件，将强夯法和真空预压法相结合，利用动荷载较大冲击能激发较高的孔隙水压力，在静荷载作用下孔压消散固结，土体强度得以提高。

高真空击密法的高真空排水对饱和软土的固结作用分为两个方面。

(1)第一遍高真空排水固结

高真空排水设备的排水，可迅速在所需处理的土体范围内生产高真空，促使孔隙水和孔隙气体快速排出而导致土体固结。

(2)压力差排水固结

第一遍高真空排水后实施的高能强夯，使所处理的土体在强夯产生的压缩波作用下形成渗水通道。在随之而插入的高真空管作用下产生孔隙水压力差而加速孔隙水排出与超孔隙水压力消散，进一步导致土体的排水固结。

由于每遍的强夯是在高真空排水及已对土体产生一定的排水固结的基础上叠加进行的，此时土的含水量大为降低，密实度己有所提高，因此施加强夯后夯击效应得以迅速提高，土的密实度得以快速增大。

高真空排水与强夯击密的互相配合与共同循环作用，使饱和软土在短时间内迅速形成低含水量、高密实度的硬壳层，满足建筑物对地基土的承载力与沉降要求。

4.1 高真空击密法的施工工艺

高真空击密法加固软土地基时根据加固区土体的物理力学性质、特点，选取不同的加固设备、施工工艺进行处理。

（1）高真空降水+振击法：对于加固能量要求较低的土体，采用这种方法。主要选取碾压机进行碾压，碾压机机动性强、运转灵活、操作方便、施工安全。

（2）高真空降水+锤击法：这是较为常用的方法，采用强夯机的夯击加固土体，可以根据设计要求调整夯锤重量的大小，以控制夯击能。主要适用于开阔的场地，进行大面积加固处理。

（3）高真空降水十冲击法：这种方法的特点是设备快速灵活，适合难以加固的小范围地段，譬如毗邻建（构）筑物或夯机难以进入的地区。

4.2高真空击密法的优点

（1）工期短:工期较常规方法节约50%左右；通过调整真空管的间距、真空度、时间等，控制软土中的孔隙水消散时间，使软土孔隙水自然消散时间从3~4周缩短为5~7天。

（2）质量可控:通过施加不同的夯击能量控制地基承载力，通过控制施工沉降而有效控制工后沉降；通过采用不同的施工参数，区域差异沉降工前有效控制进而可以减小工后差异沉降。

（3）施工环保:地基处理过程中不加入任何添加剂，无泥浆等废弃物排出。

5 两种处理方案的比较及选择

堆载预压+强夯法具有施工工艺简单，有效加固深度深，投资省，能够就地取材等优点，但堆载材料需要量较大，工期稍长。

高真空击密具有工期较短，无需大量堆载材料，施工期地基稳定性好，但施工工艺较复杂，工序多，费用较高。

本工程采用堆载预压+强夯法能满足工期要求，本着工艺简单可靠，造价经济的原则本工程场地预处理方案选择堆载预压+强夯法。