上海长江入海口吹填土区域新建重载道路的地基处理

郭延义

1. 上海建工二建集团有限公司 上海 200090；

2. 上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上海 200080

随着社会发展，更多的海边、江边、河道入海口等滩涂地区得到开发，工程建设比较多，主要建设内容有：海港、船舶码头、观景平台、景观道路、物流园区等。由于上述区域紧邻海边、江边，地基土多为吹填土、人工回填土等，地质条件较差，为达到地基承载力要求，需要对场地进行地基处理[1-4]。常规地基处理措施主要有：垫层换填、真空预压、强夯夯实、复合地基、压密注浆等。

1 工程概况

1.1 工程简介

某大型物流园区位于长江三角洲东南前缘，内有数栋建筑物、集装箱堆场等，考虑到重载货物运输，园区内同时考虑若干条重载道路（重载道路承载能力80～100 t）。此区域原为长江滩涂，近十几年逐渐堆填为陆域。地质勘探报告的相关数据显示，此区域地基土承载力较弱，为软弱地基土，为避免上部结构施工完成后产生不均匀沉降，需要对所有道路区域的地基土进行处理，主要采用降水强夯工艺。园区重载道路长约10.3 km，宽10 m，道路地基处理完成后，结构层由下至上为：厚800 mm的石灰土→厚150 mm的级配碎石层→厚200 mm的水泥稳层碎石层→厚240 mm的C40钢筋混凝土层。道路结构剖面如图1所示。

图1 道路结构剖面示意

1.2 地质概况

拟建场地属于潮坪地带地貌类型，虽浅部分布有新进堆积或沉积的杂填土、素填土、吹填土，但下部各层地基土分布相对较稳定，且土性相对均匀。

土层从上至下依次为：①1-0河浜底淤泥质土、①1-1杂填土、①1-2杂填土、①1-3素填土、①1-4围海造填土、①3吹填土（砂质粉土夹淤泥质黏土）、②3灰色砂质粉土、③灰色淤泥质粉质黏土、③2砂质粉土夹粉质黏土、④灰色黏土。综合上海地图的区域地质资料，拟建场地为稳定场地，在对浅部新进堆积或沉积的①1-1—①3层土进行适当处理后，适宜本工程建设。

2 降水强夯原理

利用强夯措施，使土层中产生正负压力差（土体受到强烈挤压后产生的超孔隙水压力为正压，高真空产生的为负压）能够快速消散土体产生的超孔隙水压力，压力消散促使软土中吸附水快速排出形成自由离子态。真空泵产生的负压将自由态水分快速排出，水分的排出也能加快土体内超孔隙水压力消散，使强夯效果大大提高。通过降水强夯使土体中的水分排出、孔隙压缩，从而使土体得到充分压缩，在一定深度范围内形成一个较硬的壳层，土体板结后能使上部荷载均匀有效扩散，降低了因荷载不均匀扩散造成的地基不均匀沉降风险。

3 工艺及技术参数确定

3.1 工艺确定

根据地基处理规范及设计要求，在进行正式强夯地基处理前需采取样板先行措施（即先施工试验段）。试验段分别采取碎石垫层+降水+强夯工艺、降水+强夯工艺、碎石垫层+强夯工艺这3种方式进行试验。经现场试验并由第三方检测后，确认碎石垫层+降水+强夯工艺能满足现场地基处理要求，同时针对高填土区域，增加2遍预夯，使场地在正式强夯前进行一次整体预沉降，即地基处理工艺为碎石垫层+预夯+降水+强夯。

3.2 技术参数

3.2.1 井点降水参数

强夯过程中需配合轻型井点降水，井点降水采取内外结合的方式，内部设置长6.0、4.0 m的井点管，间隔布置，间距3.5 m；外围封闭管设置长6.0 m管，间距2.0 m。井点管采用DN32的PVC管，端部滤管长1.2 m（图2）。

图2 井点管布置示意

3.2.2 强夯参数及控制标准

1）强夯参数。强夯施工先进行预夯施工：夯点按照矩形布置，纵横向间距为3.5 m×3.5 m，夯击能量为600 kJ，采取打一跳一的方式，每个夯点夯击次数为5击；预夯后经3～5 d超孔隙水压力消散后，进行点夯工序施工：夯击能量增加至1 000 kJ，夯点按照矩形布置，纵横向间距3.5 m×3.5 m，每个夯点夯击数增至8击（图3）；最后进行普夯施工：夯击能量降至800 kJ，采用搭接夯，2个夯点搭接距离为锤底直径的1/4，每个点夯击数为2击（图4）。

图3 点夯夯点平面布置示意

图4 普夯夯点平面布置示意

2）控制标准。当夯坑周围出现明显隆起，250 mm范围隆起量超过50 mm，后一击沉降量大于前一击沉降量，以及相邻2次夯击沉降量差值不大于100 mm且出现提锤困难时，应采取减小夯击能量或者停止强夯等措施。

4 地基处理流程及关键技术

4.1 降水强夯工艺流程

土方开挖或回填至设计标高→回填厚500 mm碎石工作垫层至起夯面标高→第1次预夯→第2次预夯→井点插管→第1次降水→第1次点夯→第2次降水（第三方监测孔隙水压力消散至设计要求70%～80%）→第2次点夯→第3次降水（第三方监测孔隙水压力消散至设计要求70%～80%）→满夯→压路机振动碾压

4.2 路槽土方开挖、回填

根据设计标高要求，分段测量出各区域路槽原始标高，确定土方开挖或回填区域。土方每层回填厚度不得大于300 mm，需采用压路机压实后不出现明显轮迹时方可进行上层土方回填。为避免土方超挖影响自然地基，机械开挖至设计标高以上200 mm时，由人工配合机械整平基槽，两侧边坡按照1∶1.5放坡。

4.3 碎石工作垫层铺设

土方开挖或回填至起夯面下0.5 m后进行碎石层回填，碎石层回填厚度500 mm，按照每层250 mm回填且分层压实。碎石回填完成后由第三方进行标高复测。

4.4 井点管工艺

4.4.1 井点管施工

由于本工程采用井点降水+强夯进行地基处理，为避免水冲法增加土体含水率，因此井点管采取干插法。井点管施工工序为：测量放线定位→插拔机打孔→安装井点管→底部回填滤料→上部500 mm深度采用黏土密封→布设总管→井点管与总管连接→排水总管连接至真空泵→安装排水管→试抽→正式降水。

钻机钻孔完成后，滤管要立即插入孔中，速度要快，把滤料灌入孔中，为保证滤料充分包裹滤管，应上下抽动井点管，使滤料下沉，同步添加滤料入孔，滤料填充高度根据要求需超过滤管纱网顶部50 mm左右，上部用泥土封孔，主要防止地下漏气，以达到降水效果。

4.4.2 降水运行

降水运行前应进行试抽，检查是否存在漏气现象，真空度是否能达到要求，并准确测定井口、地面标高及地下水位。抽水系统经检查符合要求后，开始抽水，且每天由第三方进行地下水位观测，待地下水位标高位于强夯面标高下2.0 m并经监理单位验收合格后可进行后道强夯作业。

4.5 强夯施工技术

4.5.1 强夯施工工艺

强夯按短边方向行进且逐步远离受影响现有建（构）筑物。夯机移至定位夯点后，应调整机械，确保夯锤中心与夯点吻合。

夯击就位后，强夯前夯锤顶标高及落距由专业测量人员采用测量仪器进行精确测量（本工程预夯、点夯、普夯夯锤提升高度分别为6、10、8 m，主要通过脱钩器的钢丝绳长度控制落距），待基础工作准备完毕，将夯锤起吊至规定高度后，夯锤脱钩自由下落，待周边环境安全后，由测量员测量夯后锤顶标高，依次完成后续各击施工。当夯点完成设计要求，夯击次数或相邻2次夯击沉降量差值不大于100 mm时，此夯点工作完成，夯机移至下一夯点施工，前一夯点产生坑内外高差采用周边碎石土混合料填平。

普夯完成后，采用挖掘机整平夯坑，再采用振动压路机振动碾压，加快地基整体板结。

4.5.2 强夯施工监测

根据力的相互作用原理，当土体受到外界强力压缩后会产生超孔隙水压力，若土体中的孔隙水压力不能及时消散或消散量达不到设计要求时便进行下一遍工序施工，则会降低土体的固结效果，因此每遍强夯后应由第三方监测单位通过孔隙水压力观测仪对土体超孔隙水压力进行观测，直至监测范围内孔隙水压力消散至设计要求70%～80%后，方可进行第2遍点夯或第3遍普夯工作。

4.6 施工交界面处理措施

施工过程中道路需根据不同区域划分施工段，为保证施工质量，前后施工段交界面区域需采取复夯措施，复夯长度10 m（均为已完成加固处理区域），复夯仅进行普夯，且在交界面外3.0 m处设置外围封闭井点管与下一工作面外围封闭井点管闭合。

前一工作面的土方开挖及回填区域需留设搭接工作面，按照宽1.0 m、高0.3 m，坡度1∶1.5形式人工配合机械修坡。

5 工后检测要求

5.1 检测内容及时间

强夯完成后为检测强夯地基处理效果，需对地基进行承载力、均匀性、回弹模量等参数检测。根据规范要求，碎石土、砂土地基检测间隔时间宜为7～14 d，粉土、黏性土检测间隔时间宜为14～28 d。本工程地基土为砂质粉土，因此进行7 d和14 d这2次检测。

5.2 检测频率及参数

1）地基均匀性检测：一般采用动力初探或标准贯入、静力初探试验等原位测试以及室内土工试验，每300 m2不少于1个点，且整个场不少于3个点。

2）回弹模量检测：要求回弹模量≥40 MPa，每2 000 m2检验1个点，不足2 000 m2至少检验1个点。

3）承载力检测值：根据设计要求，道路浅层地基承载力特征值≥120 kPa。

经第三方检测，强夯后面层碎石土层压实度达到95%。地基承载力最大加载量240 kPa，总沉降量24.38 mm，回弹量6.73 mm，极限承载力≥240 kPa，满足设计要求，总体夯沉量约为400 mm。

6 应用效果

本工程通过降水+强夯地基处理的探索研究，先通过对不同场地、不同处理方式、不同夯能等多种方式的试验，确定了一系列应用参数，为后续大面积地基处理奠定了基础。本工程地基处理总面积约45万 m2，总工期约270 d（受到上海梅雨季节及台风季节等影响）。

7 结语

虽然降水+强夯地基处理措施目前主要应用于沿海、沿江等区域，应用区域较为局限，但当遇到软弱地质，需进行地基处理时，均可采用降水+强夯的方法。该方法不但加快了施工速度，降低了对周边环境的影响，同时能够使土体固结时间缩短，大大提高了浅层土体的密实度及承载力。实践表明，本技术措施可适用于任何地区的软弱地质，不但起到了实质性作用，同时也为同类型地质条件下的道路路基、房建基础等施工提供了参考依据。