吹填土分布规律及性质的试验研究

马凡刚

（铁科院（深圳）研究设计研有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

厦门新机场工程选址在翔安大嶝岛与小嶝岛之间的浅滩区域，填海面积26.0km2，机场项目启动时，规划场地内约2.73km2鱼塘区，已收纳厦门市环境整治工程的河道和近海的疏浚土，完成了疏浚土吹填造地工作，吹填淤泥厚度约5.0～6.0m。

吹填场地的吹填材料成分复杂、吹填作业时序不统一，吹填形成陆域后场地内软弱地基土的空间分布复杂，吹填土性质极差。吹填造地作为机场建设用地的地基处理技术标准和可靠性要求高。利用废弃疏浚土作为机场建设用地的填料，国内并无工程实例来参考，在大面积工程实施前，需对吹填土工程性质及地基处理方法进行研究。通过研究吹填土的的分布规律、处理前后的物理性质、试验吹填土作为机场建设场地填料利用的可行性，解决吹填场地不同地质条件地基处理技术方案等重大技术问题。

目前对吹填土的性质及地基处理方法都有大量的研究，王磊[1]、李宝峰[2]等都对滨海地区吹填土造地技术应用进行过研究，孟凌霄[3]对新近吹填土地基的固结变形及计算方法进行研究。但对于吹填场地处理后是否满足机场建设用地的高标准要求目前暂无较多的研究成果。本文通过研究吹填土的分布规律，工程性质等，对于指导新机场大规模填海材料的选取、吹填土地基处理的设计和施工具有重要意义。

2 吹填土研究内容及方法

本文依托厦门新机场吹填造地地基处理试验段一期工程的研究内容，重点论述一下的研究内容：（1）研究吹填土的落淤分布规律；（2）着重研究吹填淤泥的颗粒组成与分布，吹填土的物理力学性质参数指标；（3）研究吹填淤泥经排水固结处理后的工程性质。

吹填土采用钻孔取样、土工试验、现场原位测试的方法，调查研究吹填土的分布规律、吹填土的基本性质指标，并通过对比试验和检测查明经排水固结处理后土的工程性质指标。具体的研究方法和技术路线如下：（1）在试验段按50m 间距布置勘察点，在勘察点查明吹填土的厚度、取土样；（2）进行室内土工试验，包括含水量试验、比重试验、天然重度试验和颗粒分析试验；（3）进行原位标贯测试，了解吹填砂层的基本构成性质；进行十字板和静力触探等原位测试，了解吹填淤泥质土层的基本工程性质；（4）根据勘察和试验成果，在平面和竖向确定吹填土的分布规律；（5）通过试验段地基处理前后吹填土的室内试验、原位试验结果对比分析及对现场观测资料分析研究，确定吹填淤泥排水固结处理前后的工程性质指标。

3 吹填土的一般性质

在吹填过程中泥沙结构遭到破坏，以细小颗粒的形式缓慢沉积，因而具有塑性指数大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高压缩性、渗透性小等特点[4]。由吹填土构成的地基强度很差，一般不能直接用于工程建设，需要进行地基处理。吹填土属于水力沉积的土层，吹填土一般具有容重小、孔隙比大、含水量高、强度极低的特点，这种松软地基不经处理施工机械无法在其上通行。过去对这类地一般需要搁置若干年，待其在自重作用下固结并在表面形成具有一定强度的硬壳层后，才能开始采用轻型机械加固处理软土。

吹填土物质组成及工程性质不均一，时间因素对其影响较大；含水量和孔隙比很大，重度小；塑性指数大，一般在15 以上；强度很低，承载力很小，且灵敏度很高；压缩性很高，沉降量很大；渗透性小，沉降速度慢。自重作用下吹填土获得的固结沉降比天然软土大，也表明吹填软土比天然软土具有更大的欠固结特性、高压缩性特性[5]。

4 场地吹填土分布规律

场地为新近吹填场地，吹填泥面很软且场内存在大量积水，勘察施工难度较大，因此根据场地实际情况，勘察分两阶段实施：（1）第一阶段，平台作业+小船人工取样，查明吹填土层的层厚、分布；室内化验吹填土的含水量、颗粒密度，进行颗粒分析试验，初步了解吹填土的分布和物理性质；（2）第二阶段，软基处理施工进场后铺设完土工布、砂垫层，按常规的方法进行钻探勘察和原位测试，钻探勘察的结果调整软基处理设计参数。

根据试验段场地勘察资料，对吹填土的厚度、分布特点进行分析比较，归纳吹填土的分布规律。

吹填土吹填落淤时受重力影响，吹填后形成的地层空间分布复杂，土的工程性质差异性大，具有高含水率、高压缩性和低强度等特点。通过对勘察成果进行分析研究，吹填土分布具有以下规律：

按距离吹填口的远近可分为三种地层情况：在吹填口周围25～50m范围，主要沉积砾砂层、砂层等粗颗粒土层；吹填口周围50～75m 范围，主要沉积砂混淤泥层，粗细颗粒交错分布，以粗颗粒为止，粗细颗粒两者分界线坡比约1∶10；吹填口周围75m 范围外，主要沉积淤泥层。

在吹填淤泥沉积地段，表面有1.0～2.0m 厚的流泥，含水率＞100%，未经采取措施人机不能进入。

自吹填口向外，沉积土层的颗粒大小逐渐变少，吹填土层含水率逐渐增大。

吹填淤泥的与原状海积淤泥的颗粒级配相近，其中砂粒含量占30%，粉粒含量约占40%，粘粒含量约占30%。

根据上述分析，吹填土层的分布规律如图1 地质剖面所示。

图1 吹填土空间分布规律

5 吹填淤泥物理力学性质

5.1 颗粒分析

对吹填淤泥、吹填砂和原状海积淤泥层取样进行土的颗粒分析试验。其中砂质土采用筛分试验，淤泥质土类采用筛分和颗粒分析结合试验方法。吹填淤泥、吹填淤泥质砂和砂混淤泥的颗粒分析曲线如图2 所示。根据颗粒分析曲线，可以看出吹填淤泥和海积淤泥的颗粒分布基本一致。吹填淤泥d10=0.02，d30=0.007，d60=0.045（d10、d30、d60分别表示纵坐标累计分布10%、30%、60%），不均匀系数Cu=22.5，属于级配不均匀土；吹填砂，粘粒含量＞15%，粉粒含量＞10%；d10=0.01，d30=0.09，d60=0.55，不均匀系数Cu=55，曲率系数Cc=1.47，属于级配良好的土类。

图2 吹填土的颗粒分析曲线

根据上图颗粒分析曲线图最终得知：吹填淤泥与原状淤泥层的颗粒分布基本一致。

5.2 吹填淤泥土的物理性质

统计分析吹填淤泥和海积淤泥层的物理力学性质指标，场地吹填淤泥和海积淤泥的物理力学性质和压缩性指标见表1。

表1 吹填土的物理性和压缩性指标

5.3 吹填淤泥的强度指标

吹填淤泥和海积淤泥的强度指标如表2 所列。由于吹填淤泥的强度很低，即使采用了薄壁真空取土器，土样也难以成型。在运输和制作土样过程中吹填淤泥土样受到扰动，难以测定其真实强度。为此采用十字板剪切原位测试的方法确定吹填淤泥等软土层的强度。

表2 吹填淤泥的强度指标

由于吹填淤泥的强度很低，即使采用了薄壁真空取土器土样也难以成型。在运输和制作土样过程中吹填淤泥土样受到扰动，难以测定其真实强度。为此采用十字板剪切原位测试的方法确定吹填淤泥等软土层的强度。

6 吹填淤泥处理后物理性质对比

试验段根据不同的地质条件、使用功能、地基处理标准试验了不同的地基处理方案，对于远离吹填口，以吹填淤泥为主的场地，采用插板排水堆载预压和真空联合堆载预压两种排水固结处理方案。

地基处理完成后，对处理后的吹填场地进行地基处理效果检测，检测方法包括钻孔室内试验、原位十字板剪切试验和静力触探试验，取得吹填淤泥处理后的各项指标，与处理前吹填淤泥的指标进行对比，处理前后吹填淤泥的各项指标对比分析如表3～表5 所列。

表3 处理前后吹填淤泥层物理力学性质对比表

表4 处理前后吹填淤泥十字板剪切试验成果对比表

表5 处理前后吹填淤泥静力触探成果对比表

通过对处理前后吹填淤泥的对比分析，得到以下研究结论：

吹填淤泥与原状海积淤泥颗粒分布基本一致，排水固结处理完成后的物理力学性质基本一致。

处理前吹填淤泥属高含水量、高压属性、低强度的软弱土，处排水固结处理后吹填淤泥的含水率、孔隙比、压缩系数大幅度减少，强度指标高大幅度提高，排水固结处理效果明显。

吹填泥处理前qc及fs值均很小，而处理后吹填淤泥的qc及fs值有了较大的增长。

处理前吹填泥淤泥十字板剪切强度约为1.9kPa，处理后吹填淤泥的十字板剪切强度有了较大的增长，达到了25kPa 以上，比处理前增加了约13 倍，增长幅度很大。

7 结束语

厦门机场吹填场地通过试验段一期工程，对吹填淤泥分布规律、处理前后的工程性质进行研究，吹填淤泥经排水固结堆载预压处理后其力学性质得到大幅提升，处理后场地可满足机场建设用地的要求。

通过试验段现场施工和吹填淤泥性质的研究，验证了疏浚土层作为机场建设用地填料的可行性，排水固结处理法处理吹填淤泥的适用性，对机场后续填海场地是否采用疏浚土作为填海材料提供了参考，对厦门机场后续的陆域形成和软基处理总体设计方案具有较大的指导意义。