某碼頭吹填場地工后沉降控制方法的應用與分析

文/溫志文 湛江南海西部石油勘察設計有限公司 廣東湛江 524057

1、工程背景

海口港區某碼頭擴建工程擬形成后方陸域，主要用于堆場和倉庫建設，地面荷載按照40kpa 考慮。根據工程地質勘察報告，顯示擬建工程范圍內揭露的地層有第四系全新統海相沉積（Q4m）的淤泥夾砂層；第四系下更新統淺海-濱海潮坪相（Q1m）沉積粘性土夾砂層；第三系上新統濱淺海相沉積的（N2m）粘性土夾砂層。

擬建工程陸域形成方案，原方案計劃在北側護岸、西側護岸、南側坡地、東側外圍堤所圍成區域內大面積吹填疏浚物和部分海砂形成面層標高為4.4m 的陸域，地基處理方法考慮將整體區域分為A 區和B 區，A 區為吹填土較深區域，考慮打排水板形成豎向排水通道，進行堆載預壓，卸載后再進行強夯，夯能為1500KJ，而B 區為吹填土較淺區域，直接實施強夯，夯能為3000KJ。擬建工程整體工期為四年半，地基處理工期考慮為兩年。

但在吹填區域已經吹填了小部分淤泥疏浚物后，由于港區整體戰略調整的需要，使用需求發生變化，如建設工期要求提前一年半，地面荷載提高到了60kpa，工后沉降量要求小于30cm。工程條件發生改變，必須做出相應變更，方能滿足實際情況的要求。

2、現狀條件分析

如果按擬建工程吹填和地基處理的原方案進行，雖場地承載力可以滿足60kpa 的要求，但對于工后沉降，根據勘察單位對現狀補充勘察的資料，分別計算吹填場地地基處理完成交付使用前、交付使用1 ～3年后及最終沉降（計算荷載：施工期只考慮自重下固結，交付使用后的使用荷載為60kPa）。由于該吹填區域下臥淤泥較厚，在沒有豎向排水通道的情況下，固結較慢。到交付使用前，淤泥在上部土體自重下固結度為40%，殘余沉降較大，都在60-70cm 左右。完工后碼頭投入正常使用，使用荷載60kPa，第一年的年沉降量在16-28cm 左右，沉降量逐年遞減，到第三年的年沉降量為8-10cm，經計算交工后第6年沉降逐步穩定。

綜上所述如果對吹填場地如不做地基處理方案調整，場地使用的前3年維修費用高，且較頻繁，工后沉降較大，無法滿足要求。

3、吹填方案和地基處理方案變更

為了減少維修費用，保證正常使用，減少工后沉降，吹填方案和地基處理方案都結合實際情況進行綜合調整：

3.1 吹填方案

如繼續采用大量吹填疏浚物（淤泥、淤泥質砂土）作為吹填物料，則需要較長的固結沉降時間，因此，需要將吹填物料替換為中粗砂或開山土石等優質吹填物料。考察周邊物料情況，決定A 區域采用海砂吹填，而B 區采用海砂和平整山坡地多出來的土石方回填，在滿足功能需求同時得以將費用增加量控制在最小。

3.2 地基處理

吹填區完成面標高4.4m，吹填海砂厚度6-11m，吹填砂區域對下部淤泥土較厚的區域考慮采用沉管砂樁處理，砂樁間距1.5m×1.5m，正方形布置，樁徑0.3m。砂樁的砂料為中粗砂，中粗砂含泥量不大于5%，而下臥淤泥層較薄的區域只需表層振沖密實。另，工程要在大面積實施地基處理前，進行了試驗區施工，取得實際反饋后，調整技術要求，方可大面積施工。

除了對主要吹填海砂層處理外，還有考慮下部軟弱土層，保護淤泥和淤泥加砂層。

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吹填區原軟弱土層厚度在2-5m，目前施工方已經吹填部分疏浚物其中靠近A 區南側較多，北側護岸較少，軟弱層厚度在4-6m，相對分部均勻。如僅對上部吹填砂層進行地基處理，不對軟弱下臥層進行處理，場地工后沉降計算得知約35-55cm，仍不能滿足要求。因此，要求振沖密實處理時，振動頭要插入軟弱層底部，形成置換砂樁，減少工后沉降。

經核算，如果采用砂樁方案后，在施工期現有自重荷載下的沉降基本完成，但是如果開始施加設計使用荷載，會繼續沉降，但計算工后沉降量可控制在30cm 以內。

4、質量控制點管理措施

4.1 振動沉管砂樁施工

灌砂率：經計算單樁平均灌砂量為1.12m3。工前，監理單位對我部砂斗進行了測量，斗容為0.7m3，單樁灌砂2 斗（實際灌砂不少于1m3，平均灌砂率92%。），實際施工過程中由監理單位旁站監督保證灌砂率符合設計要求。

點位：有施工員內業布點，測量人員現場放樣，并在點位插木樁進行標識。施工過程中要求實際振沖點位誤差不大于8cm。

4.2 振沖密實施工

深度：振沖的深度為3m-11m，平均深度約7.5m。4 組振沖器共分為2 種規格，2 組14m，2 組為9m，振沖桿上標識刻度，現場指揮人員按區塊指揮振沖器下放深度。

留振時間及密實電流：嚴格控制密實電流，仔細區分瞬間電流和密實電流，保證電壓值控制在380V±20V 之間。控制臺操作人員與現場指揮人員密切配合，保證振沖器上提速度符合要求，留振時間充足。

5、結論與建議

通過對設計方案論證和改進，對施工過程嚴密監控，本工程吹填場地的關鍵要素控制效果十分理想。載荷板實驗結果顯示地基承載力達到了200kpa；通過建立31 個沉降觀測點，對吹填陸域進行工后沉降監測，結果顯示，投產兩年后，場地沉降基本穩定，平均沉降量僅為17cm，且沉降差最大不超5cm，砂層振沖密實程度高，表層下部1m，標貫均為16 擊以上。

本工程施工過程中加大了使用荷載，又縮短了工期，對吹填場地工后沉降控制均為不利影響，但通過綜合手段：

（1）采用合適當地實際情況的優質吹填物料，如中粗砂等；

（2）選擇對吹填料合適的地基處理方法，如振沖密實法對砂層的處理效果比較好，而局部軟弱層較厚區域采用沉管砂樁。

（3）大面積開展地基處理前，先進行試驗區施工，用以調整振沖技術參數和設備功率選型，將達到更好效果。

（4）選擇與土壤的動力耦合特性更好的振沖器[2]，會達到更好效果。

在各種不利的情況下，將吹填場地的完成效果做到相對最佳。