人工島吹填砂地基處理試驗研究

張虎平 胡殿才

(中交上海航道勘察研究設計院有限公司，上海 200120)

0 引言

我國陸地油田產量正呈逐年下降趨勢，而灘海石油勘探今年取得了重大突破，油氣產量逐年上升。近岸灘海水深一般小于5 m，建設人工島實現海油陸采，是一種安全、經濟、高效的近岸灘海油氣開發的新方法。

某人工島為灘海石油勘探開發而建，面積約為27.5萬m2，采用吹填粉土、粉細砂形成，吹填砂厚度7 m～12 m，為滿足石油鉆井平臺振動荷載及抗震設防要求，需對吹填砂地基進行地基處理。為優選地基處理方案，在現場開展了一系列的地基處理試驗研究。

吹填粉土和粉砂顆粒較細，且系吹填成陸，土體處于松散～稍密狀態，承載力低，結構比較松散，地基承載力不能滿足鉆機井口槽和島上建筑物地基設計荷載要求，在地震或鉆機平臺振動荷載作用下，吹填粉土和粉砂極易發生地震液化并導致上部結構產生過大沉降及不均勻沉降，影響結構安全和使用功能。因此必須進行密實加固，提高承載力和密實度(達到使用要求)，消除液化，以滿足鉆機及島上建筑物正常使用要求。

本文針對地基處理目標及吹填土的特點，進行了振沖密實法和強夯法的現場試驗研究，對檢測和監測結果進行分析、總結，為后續大面積地基處理方案的確定提供可靠的依據。

1 設計條件

1.1 工程地質條件

地表以下勘探深度內揭露的土層自上而下為:

①吹填土:稍濕～飽和，松散～稍密，以粉砂為主，含少量貝殼碎片，厚度為8.0 m ～10.6 m，粘粒含量約為13.6%;②粉質粘土:灰色～灰黑色，飽和～過飽和，流塑狀態，厚度約1.0 m～3.0 m;③粉土:灰～深灰色，飽和，中密狀態，厚度為4.9 m～11.2 m;④1粉質粘土:灰色，濕，軟塑～可塑狀態，具有中～高壓縮性，厚度為2.9 m～7.1 m;④2粉土:灰色，濕、稍密，具有中壓縮性，厚度為2.3 m～5.9 m;⑤粉質粘土:灰黃色，可塑～硬塑，具有中壓縮性，層厚度5.9 m。

1.2 地下水位

吹填剛結束時，地下水位基本與吹填土面持平;在吹填結束2個月后，地下水位大約下降至地面以下4.0 m。

2 地基處理目標

根據上部使用要求，確定地基處理目標如下。

2.1 地基工后沉降及承載力要求

1)工后沉降要求:工后沉降不大于30 cm。

2)地基承載力要求:地基承載力設計值不小于150 kPa。

2.2 抗地震液化要求

滿足抗震設防烈度7度(0.185g)抗震設防要求。

3 試驗研究

3.1 地基處理試驗方案

根據地質資料分析，本工程加固的重點為上部的吹填土，為了確定最優的加固方案，試驗采用了振沖密實法和強夯法進行比選，試驗方案見表1，表2。

表1 振沖密實法試驗方案

表2 強夯地基處理法試驗方案

3.2 試驗結果與分析

3.2.1 振沖密實方案試驗結果與分析

1)標準貫入試驗結果分析。

為了檢驗振沖密實法的加固效果，施工結束14 d后，在各試驗小區選擇代表性點進行了標貫試驗檢測，其典型測試結果見圖1。根據標貫檢測結果可知，吹填粉砂層的標貫平均值由加固前的6.2擊增大到加固后的13.7擊～25.2擊，達到了中密狀態，其中部分深度處甚至達到了密實狀態。

另外，由圖1的測試結果可以看出:

a.Z5區(正三角形，2.5 m間距)的加固效果最好，Z6區(正三角形，3.0 m間距)的加固效果最差，Z3區(正三角形，2.5 m間距)及Z4區(正三角形，2.5 m間距)加固效果介于前二者之間。表明振沖點的布置形式和間距對地基加固效果的影響較大，綜合考慮地基處理要求等因素，對于本工程推薦采用正三角形振沖點布置形式，2.5 m間距;

b.本工程上部2 m范圍內的加固效果較差，主要是淺部上覆土壓力較小的原因造成的，對于淺部的吹填砂可以通過后期的振動碾壓來提高地基強度。

2)沉降量分析。

根據施工前后進行的地面標高測量結果，振沖施工結束后地基的沉降量為0.37 m ～0.74 m，平均值約為0.54 m，吹填砂的厚度約為8 m(見圖1)，相當于吹填土的壓縮量約為6.8%，該數據可供吹填工程的預留標高設計提供參考。

圖1 振沖密實法地基加固效果對比圖

3.2.2 強夯方案試驗結果與分析

1)標準貫入試驗結果分析。采用強夯法加固吹填砂土，在7 m以上加固效果較好。隨著強夯能量的增大，地基加固影響深度并不明顯(見圖2)。

圖2 強夯法地基加固效果對比圖

2)沉降量分析。根據施工前后進行的地面標高測量結果，振沖施工結束后地基的平均沉降量約為0.43 m，強夯引起的地面沉降顯著。

3.2.3 兩種設計方案比選

1)地基處理效果。采用振沖密實法加固吹填粉砂的效果優于強夯法，且振沖密實法的加固深度要大于強夯法。

2)加固土的工程性質及厚度。對于吹填厚度小于7 m的粉砂，采用振沖密實法和強夯法均可取得較好的加固效果;對于厚度較大的吹填土，強夯法在深部的加固效果難以保證。

3)加固時機選擇。對于新吹填的粉砂，由于整個場地處于飽和狀態，場地表層尚未形成硬殼層，采用振沖密實法施工效率較高;隨著吹填完工時間的增長，場地內的水位下降，有利于土體在夯擊作用下密實，若吹填砂厚度適中，可以考慮采用強夯法進行施工。

4)對周邊環境的影響。強夯施工會產生較大的振動，對島體結構的影響較大，而采用振沖密實法對島體的影響較小。

綜上所述，對于吹填砂厚度較大的人工島，優先推薦采用振沖密實法。

4 大面積施工檢測與監測

1)檢測。對于大面積的地基處理，重點在于施工過程質量的控制。為降低工程造價，地基檢測頻率可適當降低，檢測手段應以靜力觸探試驗和標貫試驗為主，載荷板試驗為輔。經現場試驗檢測，地基處理效果達到設計要求。

2)監測。從開始進行地基處理就對島體的沉降進行了監測，從圖3可以看出，沉降主要發生在地基處理期，地基處理完成后約1年內場地的工后沉降約在10 cm以內，且趨于穩定，表明地基處理效果較好。

圖3 人工島分層沉降過程線圖

5 結語

1)對于新近吹填的厚度大于7 m的吹填粉砂，若其粘粒含量在15%以內，采用振沖密實法進行地基加固效果較好;

2)對于吹填完成時間較長、地下水位明顯降低，且吹填厚度小于7 m的吹填砂，采用強夯法施工效率高，加固效果較好;

3)吹填粉砂的壓縮率約在7%，在進行吹填標高設計時需按該比例進行標高設計;

4)對于大面積的吹填砂地基處理檢測，應以深層的靜力觸探和標貫為主，載荷板試驗為輔。

[1]中交上海航道勘察研究設計院有限公司.冀東南堡油田西線進海路及1號人工端島工程地基處理試驗方案設計[R].2006.

[2]上海航源港口工程質量檢測有限公司.冀東南堡油田1號人工端島試驗區地基處理方案分析[R].2007.

[3]河北冀東建設工程有限公司.冀東南堡油田1號人工端島無填料試驗區地基檢測報告[R].2007.

[4]河北冀東建設工程有限公司.冀東南堡油田1號人工端島強夯試驗區地基檢測報告[R].2007.