人工吹填土地区液化分析及地基处理技术

0 引言

人工吹填土是由水力冲填泥砂形成的填土，它是我国沿海一带常见的人工填土之一，主要是用高压泥浆泵将挖泥船挖出的泥砂，通过输泥管排送到需要填高地段及泥砂堆积区，经沉淀排水后形成大片冲填土层。被广泛用于填海造陆及解决土地资源稀缺的问题中[1]。

人工吹填土没有经过地基处理，大都为可液化土层。而地基液化是导致地基失稳、建筑物上部结构破坏的直接原因之一。因此，为了保证场地稳定，人工吹填土场地需要根据地基液化程度和设计条件，选择适合的地基处理方法消除地基液化[2]。

本文分析了人工吹填土的成分构成和性质，采用《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016年版）分别计算场地各大地基土层的液化指数，通过对比分析，找出影响液化的主要土层，并提出合理可行的地基处理建议。经实践证明，给出的地基处理方案具有较好的消除地基液化的效果，有效提高了场地地基土层的承载力，保障了建筑物的稳定性和安全性。

1 工程概况

某工程位于河北省唐山市曹妃甸区嘴东经济开发区（滦南县南堡镇），总建筑面积24948m2，地上建筑面积24948m2，无地下建筑。本工程包括38栋建筑物，檐口高度为1.10～16.85m，建筑层数地上为1～4层，基础形式为桩基或独立基础，基础埋深为1.50～5.30m。

工程地质及水文地质条件：

根据岩土工程勘察报告，本工程场区地层以黏性土、粉土和砂土为主，共分为6大层，①层为人工吹填土层，②～⑤层为第四纪海相沉积层，⑥层为第四纪陆相冲积土层。在勘探深度35m范围内观测到一层地下水，地下水类型为潜水，地下水稳定水位埋深为0.20～3.30m，水位标高为-0.29～2.86m。工程地质剖面图详见图1。

图1 工程地质剖面图

2 工程难点

场地分布大量人工吹填土，人工吹填土厚度较大，分布不均匀，一般厚度4.0～6.0m，最大提露厚度9.5m，且多为近3～5年吹填，局部为淤泥质填土，含大量贝壳碎片、植物根茎及少量生活垃圾，具高含水率、高压缩性，未经处理，大都为可液化土层，导致地基不均匀沉陷和开裂，上部建筑物结构破坏。因此，必须采取相应的地基加固处理措施，以保证建筑物地基的稳定[3]。人工吹填土具有高含水率和高压缩性，地下水水位接近自然地面，未经处理，现场施工设备无法进场。

因此准确查明拟建建筑场地范围内地层成因年代、地层结构和空间分布特点，各地基土层的物理力学性质，尤其是人工吹填土的分布范围和物理力学性质，准确地评价整个场地的液化形式和液化程度，选择适合的地基处理方式，部分或全部消除场地液化，满足设计要求，保障建筑物安全，节省项目投资，为后续设备施工做准备，是本工程的重点和难点[4]。

3 人工吹填土层级配情况

人工吹填土层各级颗粒的占比统计详见表1，不均匀系数值及曲率系数值详见表2。由表中数据可以看出，人工吹填土层的不均匀系数Cu大于5，曲率系数Cc介于1～3之间，级配良好。粉砂素填土①层的黏料含量平均值大于3%，粉土素填土①1层的黏料含量平均值大于8%。人工吹填土层含淤泥质土，局部含大量贝壳、腐植质，含水量较大，结构性差，工程性质较差，在进行桩基础设计时应考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响，可采取适当措施降低负摩阻力的不利影响，如在基础外围增加保护桩或在产生负摩阻力段的桩身涂抹沥青等。CFG桩、钻孔灌注桩施工时，须注意孔壁坍塌及缩颈现象，可采取埋设护筒、合理调配泥浆比重及施工工艺等措施。

表1 人工吹填土层各级颗粒的占比统计

表2 人工吹填土层不均匀系数及曲率系数

4 场地液化判别

根 据14#、16#、24#、77#、144#、161#、172#、183#、201#、202#和234#钻 孔所取得的资料，按《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016年版）判定，本场地粉砂素填土①层、粉土素填土①1层、粉土②层、粉砂②1层、粉砂③层、粉土③1层、粉砂④层、粉土④1层为液化地层，液化指数ILE为2.14～59.90，液化等级为轻微～严重[5]。

根据计算结果，影响液化指数的主要土层为粉砂素填土①层、粉土素填土①1层、粉土②层、粉砂②1层、粉砂③层、粉土③1层，主要深度约为0～12m。现将不同地层液化指数占比列表如表3。

由表3可以看出，粉砂素填土①层、粉土素填土①1层、粉土②层、粉砂②1层、粉砂③层、粉土③1层的液化指数约占到85%。粉砂素填土①层、粉土素填土①1层液化指数约占到62%。可见人工吹填土对场地的液化指数影响较大，现将人工吹填土去除的液化指数与原钻孔的液化指数进行对比，详见表4。

表3 不同地层液化指数占比（%）

表4 采用不同方法计算得到的液化指数对比表

由表4可以看出，去除人工吹填土后，大部分钻孔的液化指数将明显减小，除183#钻孔液化等级仍未严重外，其余大部份钻孔均为轻微液化，局部为中等液化。因此人工吹填土为影响场地液化的主要因素，若能对其采取合理的地基处理措施，则能有效降低场地的液化程度，提高地基土体承载力，保证建筑物地基的稳定与安全。

根据现有文献的做法(史宇鹏和周黎安，2007[46]；刘修岩等，2017[47])，使用区域生产函数来研究特定区域因素对区域内经济效率的影响是较好的方法，因此本文的实证模型设定为：

5 地基处理方案建议

由于人工吹填土在场地大面积分布，厚度较大，分布不均匀，且无规律可循，建议施工前对整个场地进行强夯处理，不仅可以消除场地大部分液化的影响，还可在场地表层形成硬壳层，便于后续建筑和道路管线施工。

对强夯后天然地基不能满足要求的建筑，建议采用振冲碎石桩、CFG桩复合地基处理。对某些荷载较大的建筑物，若仍不能满足要求，则可采用钻孔灌注桩或预应力混凝土桩（管桩或方桩）桩基础。

6 地基处理及其效果

对于粉砂素填土①层，采用强夯法进行处理，对于粉砂素填土①1层，采用井点降水+强夯法处理。

强夯有效加固深度为6.0m，点夯单击夯击能为2000kN·m～3000kN·m，满夯夯击能为800kN·m。

通过对比强夯前后的标贯值及液化指数，可以看出0～6m范围内地基土层液化基本消除，仅局部少数钻孔存在轻微液化土层。处理深度范围内粉砂素填土①层和粉土素填土①1层的液化已基本消除。除个别区域深部砂土、粉土层液化导致强夯处理后液化指数较大外，其余大部区域在消除人工吹填土液化后，液化指数明显减小，液化程度多为轻微液化。基本达到了大面积地基处理的目的。

处理后场区平均等效剪切波速为154.5m/s，250m/s≥Vse＞150m/s，本区覆盖层厚度dov＞50m，场地类型为III类场地。

强夯加固后表层土地基承载力特征值不小于140kPa，承载力满足设计文件要求。

7 结论

①人工吹填土在场地大面积分布，厚度较大，分布不均匀，且多为近3～5年吹填，具高含水率、高压缩性，未经处理，大都为可液化土层，导致地基不均匀沉陷和开裂，上部建筑物结构破坏，须采取相应的地基加固处理措施。

②人工吹填土级配良好，但含黏粒较大，局部含有机质，须考虑其对施工和设计的不利影响。

③粉砂素填土①层、粉土素填土①1层、粉土②层、粉砂②1层、粉砂③层、粉土③1层的液化指数约占到85%。粉砂素填土①层、粉土素填土①1层液化指数约占到62%。

④去除人工吹填土后，大部分钻孔的液化指数明显减小，为轻微液化，仅局部为中等液化。

⑤人工吹填土为影响场地液化的主要因素，因此，可对整个场地进行强夯处理。

⑥强夯处理后，0～6m范围内地基土层液化基本消除，液化指数明显减小，液化程度多为轻微液化。

⑦强夯处理后场区平均等效剪切波速为154.5m/s，250m/s≥Vse＞150m/s，本区覆盖层厚度dov＞50m，场地类型为III类场地。

⑧强夯处理后表层土地基承载力特征值不小于140kPa，承载力满足设计文件要求，且场地表面形成硬壳层，便于后续建筑和道路管线施工。

⑨对强夯后天然地基不能满足要求的建筑，建议采用振冲碎石桩、CFG桩复合地基处理或预应力混凝土桩（管桩或方桩）桩基础。