吹填造地對(duì)城市建設(shè)的影響分析

廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門 361009

0 引言

吹填造地是目前我國進(jìn)行城市建設(shè)的重要手段，對(duì)吹填造地研究分析內(nèi)容主要有吹填土組成特性分析；吹填造地的地基處理方法研究；吹填造地沉降計(jì)算的研究等［1］［2］［3］，但并沒有綜合分析吹填造地形成的地基對(duì)城市基礎(chǔ)建設(shè)的影響。本文結(jié)合廈門馬鑾灣吹填造地對(duì)城市基礎(chǔ)建設(shè)的影響進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

1 吹填土的性質(zhì)對(duì)城市建設(shè)的影響

廈門馬鑾灣吹填土組成有5 類，分別為吹填砂、吹填流泥、吹填淤泥、吹填淤泥混砂及吹填素土，由于吹填工藝使得各種土層分布厚薄差距很大，比如吹填淤泥的厚度最薄的只有0.2m，最厚的達(dá)5.3m，吹填砂最薄的厚度只有0.3m，最厚的7.7m。這些土層無論是在平面上的分布還是沿土層深度的分布很雜亂，土層分布規(guī)律性差，土層的判斷采用地質(zhì)鉆孔的方式，但鉆孔之間是有一定距離的，因此要在一定范圍內(nèi)劃分出一類土的準(zhǔn)確性差；吹填土第二方面的性質(zhì)就是不同區(qū)域形成的應(yīng)力歷史各不相同，由于馬鑾灣吹填造地形成面積達(dá)422 萬m2，形成時(shí)間跨度大，吹填時(shí)間達(dá)3 年，3 年內(nèi)有的地塊剛形成，有的地塊不僅吹填完成而且已完成了真空預(yù)壓，因此不同區(qū)域的地塊性質(zhì)差別很大。

從表1 中列出吹填土地基對(duì)城市道路建設(shè)的影響分析，表1 中的工期是指地基處理要求工序最小控制時(shí)間。吹填砂強(qiáng)夯采用兩遍普夯擊一遍點(diǎn)夯，吹填砂孔隙水壓力消散快，因此兩遍普夯及點(diǎn)夯間不用時(shí)間間隔，而吹填素土兩遍普夯及點(diǎn)夯之間需要2～4 周左右孔隙水壓力消散時(shí)間，因此吹填砂強(qiáng)夯工期比吹填素土快。剛吹填淤泥含水量大，承載力低，道路打攪拌樁設(shè)備進(jìn)場(chǎng)難度大成樁效果差，因此先進(jìn)行真空預(yù)壓后提高吹填淤泥的承載力，再打攪拌樁，常規(guī)吹填造地的場(chǎng)地真空預(yù)壓時(shí)間為4 個(gè)月左右。如果道路施工前吹填造地已進(jìn)行了真空預(yù)壓預(yù)處理，就可直接進(jìn)行攪拌加固，因此經(jīng)真空預(yù)壓處理過和未處理過造地地基，道路地基加固方案工期及造價(jià)均不相同。

表1 吹填土對(duì)道路建設(shè)的影響分析

2 吹填土對(duì)對(duì)地面沉降的影響

2.1 真空預(yù)壓不同加固深度對(duì)地面沉降影響

吹填流泥雖然物理力學(xué)性質(zhì)是最差的，但是該土層在吹填造地表面，經(jīng)水分蒸發(fā)沉積會(huì)轉(zhuǎn)變成吹填淤泥，在造地土層中存在的時(shí)間不長，因此對(duì)城市基礎(chǔ)建設(shè)地面沉降影響不大，吹填淤泥混砂物理力學(xué)性質(zhì)比吹填淤泥的性質(zhì)好，因此對(duì)地面沉降影響最大吹填淤泥，因此本文采用吹填淤泥層分析真空預(yù)壓不同加固深度對(duì)地面沉降的影響。

圖1 為計(jì)算的模型斷面，計(jì)算軟件采用Midas 有限元分析軟件。馬鑾灣吹填的初平高程為4.5m，規(guī)劃高程在5～7m，計(jì)算模型的規(guī)劃高程采用6m，高程4.5～6m 為填素土。計(jì)算地勘參數(shù)見表1，吹填淤泥及原狀淤泥本構(gòu)采用修正劍橋模型，粉質(zhì)粘土及殘積砂質(zhì)粘土本構(gòu)采用庫侖-莫爾模型，全風(fēng)化花崗巖頂做為沉降計(jì)算的有效深度界限。計(jì)算地質(zhì)鉆孔選取了原狀淤泥最深的鉆孔JXK21。地質(zhì)鉆孔JXK21 土層分布如下：吹填淤泥H1 的厚度為2.1m，原狀淤泥厚度H2 為11.3m，粉質(zhì)粘土厚度H3 為4.1m，殘積砂質(zhì)粘土H4 厚度為8m，下為全風(fēng)化花崗巖。計(jì)算模型選取了兩種未打穿原狀淤泥層和打穿原狀淤泥層，即塑料排水板打設(shè)深度為8m 和13.4m 兩種工況下的真空預(yù)壓。不同的加固深度對(duì)地面沉降的影響不同，馬鑾灣在吹填造地完成后就要開始大面積城市基礎(chǔ)開發(fā)建設(shè)，而且有些基礎(chǔ)建設(shè)在與吹填造地同時(shí)進(jìn)行，塑料排水板長度從8m 增加到13.4m，真空預(yù)壓加固每平米增加造價(jià)15 元左右，但對(duì)馬鑾灣后期開發(fā)建設(shè)減少了地面沉降的安全隱患。

表2 計(jì)算模型土層參數(shù)表

圖1 地面沉降計(jì)算模型

2.2 吹填土層對(duì)原狀土層沉降影響

馬鑾灣原狀土層主要有三種：原狀淤泥、粉質(zhì)粘土及殘積砂質(zhì)粘土。原狀淤泥層較薄在2m 左右，而且原地面頂層即為原狀淤泥，排水路徑短固結(jié)時(shí)間快，因而原狀淤泥對(duì)吹填造地后的地面沉降影響較小。

表2 中殘積砂質(zhì)粘性土性質(zhì)比粉質(zhì)粘土好，該土層沉降引起地面沉降量比粉質(zhì)粘土小，因而在馬鑾灣地區(qū)粉質(zhì)粘土層沉降量對(duì)吹填造地地面沉降影響大。選取了粉質(zhì)粘土最深的鉆孔JXK129 進(jìn)行沉降分析，鉆孔JXK129 土層分布如下：吹填淤泥H1 的厚度為3.3m，原狀淤泥厚度H2 為0.3m，計(jì)算粉質(zhì)粘土厚度H3 為20m，粉質(zhì)粘土層下就是強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。計(jì)算時(shí)假設(shè)了一種工況粉質(zhì)粘土厚度為10m 與粉質(zhì)粘土厚度20m 進(jìn)行對(duì)比分析，表3 列出了不同粉質(zhì)粘土厚度對(duì)地面沉降的影響。在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)，應(yīng)對(duì)吹填土形成時(shí)間進(jìn)行調(diào)查，才可提出安全經(jīng)濟(jì)合理的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案。由于理論計(jì)算誤差較大，在造地期設(shè)置長期沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可提高最終沉降預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)地面沉降對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的危害，并及時(shí)采取有效措施消除安全隱患。

表3 不同粉質(zhì)粘土厚度地面沉降統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論

（1）吹填土地基形成的造地，存在引起地面沉降不安全隱患，進(jìn)行城市基礎(chǔ)開發(fā)建設(shè)時(shí)應(yīng)調(diào)查造地形成的應(yīng)力歷史，考慮吹填土層對(duì)原地面沉降影響的大小，采取必要的安全措施。

（2）馬鑾灣吹填造地區(qū)應(yīng)由政府部門統(tǒng)一設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行沉降及孔隙水壓力等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)，為城市建設(shè)提供可應(yīng)用的有效數(shù)據(jù)，并可及時(shí)發(fā)現(xiàn)不安全隱患采取措施。