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(fā)的新方法。

某人工島為灘海石油勘探開發(fā)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(yōu)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(tài)，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(fā)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(jiān)測結果進行分析、總結，為后續(xù)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(tài)，厚度約1.0 m～3.0 m;③粉土:灰～深灰色，飽和，中密狀態(tài)，厚度為4.9 m～11.2 m;④1粉質粘土:灰色，濕，軟塑～可塑狀態(tài)，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(yōu)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(qū)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(tài)，其中部分深度處甚至達到了密實狀態(tài)。

另外，由圖1的測試結果可以看出:

a.Z5區(qū)(正三角形，2.5 m間距)的加固效果最好，Z6區(qū)(正三角形，3.0 m間距)的加固效果最差，Z3區(qū)(正三角形，2.5 m間距)及Z4區(qū)(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(yōu)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(tài)，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(huán)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(yōu)先推薦采用振沖密實法。

4 大面積施工檢測與監(jiān)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(jiān)測。從開始進行地基處理就對島體的沉降進行了監(jiān)測，從圖3可以看出，沉降主要發(fā)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(wěn)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(qū)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(qū)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(qū)地基檢測報告[R].2007.