吹填土分布規(guī)律及性質(zhì)的試驗(yàn)研究

馬凡剛

（鐵科院（深圳）研究設(shè)計(jì)研有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

廈門新機(jī)場工程選址在翔安大嶝島與小嶝島之間的淺灘區(qū)域，填海面積26.0km2，機(jī)場項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，規(guī)劃場地內(nèi)約2.73km2魚塘區(qū)，已收納廈門市環(huán)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，吹填淤泥厚度約5.0～6.0m。

吹填場地的吹填材料成分復(fù)雜、吹填作業(yè)時(shí)序不統(tǒng)一，吹填形成陸域后場地內(nèi)軟弱地基土的空間分布復(fù)雜，吹填土性質(zhì)極差。吹填造地作為機(jī)場建設(shè)用地的地基處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和可靠性要求高。利用廢棄疏浚土作為機(jī)場建設(shè)用地的填料，國內(nèi)并無工程實(shí)例來參考，在大面積工程實(shí)施前，需對(duì)吹填土工程性質(zhì)及地基處理方法進(jìn)行研究。通過研究吹填土的的分布規(guī)律、處理前后的物理性質(zhì)、試驗(yàn)吹填土作為機(jī)場建設(shè)場地填料利用的可行性，解決吹填場地不同地質(zhì)條件地基處理技術(shù)方案等重大技術(shù)問題。

目前對(duì)吹填土的性質(zhì)及地基處理方法都有大量的研究，王磊[1]、李寶峰[2]等都對(duì)濱海地區(qū)吹填土造地技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行過研究，孟凌霄[3]對(duì)新近吹填土地基的固結(jié)變形及計(jì)算方法進(jìn)行研究。但對(duì)于吹填場地處理后是否滿足機(jī)場建設(shè)用地的高標(biāo)準(zhǔn)要求目前暫無較多的研究成果。本文通過研究吹填土的分布規(guī)律，工程性質(zhì)等，對(duì)于指導(dǎo)新機(jī)場大規(guī)模填海材料的選取、吹填土地基處理的設(shè)計(jì)和施工具有重要意義。

2 吹填土研究內(nèi)容及方法

本文依托廈門新機(jī)場吹填造地地基處理試驗(yàn)段一期工程的研究內(nèi)容，重點(diǎn)論述一下的研究內(nèi)容：（1）研究吹填土的落淤分布規(guī)律；（2）著重研究吹填淤泥的顆粒組成與分布，吹填土的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)指標(biāo)；（3）研究吹填淤泥經(jīng)排水固結(jié)處理后的工程性質(zhì)。

吹填土采用鉆孔取樣、土工試驗(yàn)、現(xiàn)場原位測(cè)試的方法，調(diào)查研究吹填土的分布規(guī)律、吹填土的基本性質(zhì)指標(biāo)，并通過對(duì)比試驗(yàn)和檢測(cè)查明經(jīng)排水固結(jié)處理后土的工程性質(zhì)指標(biāo)。具體的研究方法和技術(shù)路線如下：（1）在試驗(yàn)段按50m 間距布置勘察點(diǎn)，在勘察點(diǎn)查明吹填土的厚度、取土樣；（2）進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，包括含水量試驗(yàn)、比重試驗(yàn)、天然重度試驗(yàn)和顆粒分析試驗(yàn)；（3）進(jìn)行原位標(biāo)貫測(cè)試，了解吹填砂層的基本構(gòu)成性質(zhì)；進(jìn)行十字板和靜力觸探等原位測(cè)試，了解吹填淤泥質(zhì)土層的基本工程性質(zhì)；（4）根據(jù)勘察和試驗(yàn)成果，在平面和豎向確定吹填土的分布規(guī)律；（5）通過試驗(yàn)段地基處理前后吹填土的室內(nèi)試驗(yàn)、原位試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析及對(duì)現(xiàn)場觀測(cè)資料分析研究，確定吹填淤泥排水固結(jié)處理前后的工程性質(zhì)指標(biāo)。

3 吹填土的一般性質(zhì)

在吹填過程中泥沙結(jié)構(gòu)遭到破壞，以細(xì)小顆粒的形式緩慢沉積，因而具有塑性指數(shù)大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高壓縮性、滲透性小等特點(diǎn)[4]。由吹填土構(gòu)成的地基強(qiáng)度很差，一般不能直接用于工程建設(shè)，需要進(jìn)行地基處理。吹填土屬于水力沉積的土層，吹填土一般具有容重小、孔隙比大、含水量高、強(qiáng)度極低的特點(diǎn)，這種松軟地基不經(jīng)處理施工機(jī)械無法在其上通行。過去對(duì)這類地一般需要擱置若干年，待其在自重作用下固結(jié)并在表面形成具有一定強(qiáng)度的硬殼層后，才能開始采用輕型機(jī)械加固處理軟土。

吹填土物質(zhì)組成及工程性質(zhì)不均一，時(shí)間因素對(duì)其影響較大；含水量和孔隙比很大，重度小；塑性指數(shù)大，一般在15 以上；強(qiáng)度很低，承載力很小，且靈敏度很高；壓縮性很高，沉降量很大；滲透性小，沉降速度慢。自重作用下吹填土獲得的固結(jié)沉降比天然軟土大，也表明吹填軟土比天然軟土具有更大的欠固結(jié)特性、高壓縮性特性[5]。

4 場地吹填土分布規(guī)律

場地為新近吹填場地，吹填泥面很軟且場內(nèi)存在大量積水，勘察施工難度較大，因此根據(jù)場地實(shí)際情況，勘察分兩階段實(shí)施：（1）第一階段，平臺(tái)作業(yè)+小船人工取樣，查明吹填土層的層厚、分布；室內(nèi)化驗(yàn)吹填土的含水量、顆粒密度，進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，初步了解吹填土的分布和物理性質(zhì)；（2）第二階段，軟基處理施工進(jìn)場后鋪設(shè)完土工布、砂墊層，按常規(guī)的方法進(jìn)行鉆探勘察和原位測(cè)試，鉆探勘察的結(jié)果調(diào)整軟基處理設(shè)計(jì)參數(shù)。

根據(jù)試驗(yàn)段場地勘察資料，對(duì)吹填土的厚度、分布特點(diǎn)進(jìn)行分析比較，歸納吹填土的分布規(guī)律。

吹填土吹填落淤時(shí)受重力影響，吹填后形成的地層空間分布復(fù)雜，土的工程性質(zhì)差異性大，具有高含水率、高壓縮性和低強(qiáng)度等特點(diǎn)。通過對(duì)勘察成果進(jìn)行分析研究，吹填土分布具有以下規(guī)律：

按距離吹填口的遠(yuǎn)近可分為三種地層情況：在吹填口周圍25～50m范圍，主要沉積礫砂層、砂層等粗顆粒土層；吹填口周圍50～75m 范圍，主要沉積砂混淤泥層，粗細(xì)顆粒交錯(cuò)分布，以粗顆粒為止，粗細(xì)顆粒兩者分界線坡比約1∶10；吹填口周圍75m 范圍外，主要沉積淤泥層。

在吹填淤泥沉積地段，表面有1.0～2.0m 厚的流泥，含水率＞100%，未經(jīng)采取措施人機(jī)不能進(jìn)入。

自吹填口向外，沉積土層的顆粒大小逐漸變少，吹填土層含水率逐漸增大。

吹填淤泥的與原狀海積淤泥的顆粒級(jí)配相近，其中砂粒含量占30%，粉粒含量約占40%，粘粒含量約占30%。

根據(jù)上述分析，吹填土層的分布規(guī)律如圖1 地質(zhì)剖面所示。

圖1 吹填土空間分布規(guī)律

5 吹填淤泥物理力學(xué)性質(zhì)

5.1 顆粒分析

對(duì)吹填淤泥、吹填砂和原狀海積淤泥層取樣進(jìn)行土的顆粒分析試驗(yàn)。其中砂質(zhì)土采用篩分試驗(yàn)，淤泥質(zhì)土類采用篩分和顆粒分析結(jié)合試驗(yàn)方法。吹填淤泥、吹填淤泥質(zhì)砂和砂混淤泥的顆粒分析曲線如圖2 所示。根據(jù)顆粒分析曲線，可以看出吹填淤泥和海積淤泥的顆粒分布基本一致。吹填淤泥d10=0.02，d30=0.007，d60=0.045（d10、d30、d60分別表示縱坐標(biāo)累計(jì)分布10%、30%、60%），不均勻系數(shù)Cu=22.5，屬于級(jí)配不均勻土；吹填砂，粘粒含量＞15%，粉粒含量＞10%；d10=0.01，d30=0.09，d60=0.55，不均勻系數(shù)Cu=55，曲率系數(shù)Cc=1.47，屬于級(jí)配良好的土類。

圖2 吹填土的顆粒分析曲線

根據(jù)上圖顆粒分析曲線圖最終得知：吹填淤泥與原狀淤泥層的顆粒分布基本一致。

5.2 吹填淤泥土的物理性質(zhì)

統(tǒng)計(jì)分析吹填淤泥和海積淤泥層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，場地吹填淤泥和海積淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)和壓縮性指標(biāo)見表1。

表1 吹填土的物理性和壓縮性指標(biāo)

5.3 吹填淤泥的強(qiáng)度指標(biāo)

吹填淤泥和海積淤泥的強(qiáng)度指標(biāo)如表2 所列。由于吹填淤泥的強(qiáng)度很低，即使采用了薄壁真空取土器，土樣也難以成型。在運(yùn)輸和制作土樣過程中吹填淤泥土樣受到擾動(dòng)，難以測(cè)定其真實(shí)強(qiáng)度。為此采用十字板剪切原位測(cè)試的方法確定吹填淤泥等軟土層的強(qiáng)度。

表2 吹填淤泥的強(qiáng)度指標(biāo)

由于吹填淤泥的強(qiáng)度很低，即使采用了薄壁真空取土器土樣也難以成型。在運(yùn)輸和制作土樣過程中吹填淤泥土樣受到擾動(dòng)，難以測(cè)定其真實(shí)強(qiáng)度。為此采用十字板剪切原位測(cè)試的方法確定吹填淤泥等軟土層的強(qiáng)度。

6 吹填淤泥處理后物理性質(zhì)對(duì)比

試驗(yàn)段根據(jù)不同的地質(zhì)條件、使用功能、地基處理標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)了不同的地基處理方案，對(duì)于遠(yuǎn)離吹填口，以吹填淤泥為主的場地，采用插板排水堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓兩種排水固結(jié)處理方案。

地基處理完成后，對(duì)處理后的吹填場地進(jìn)行地基處理效果檢測(cè)，檢測(cè)方法包括鉆孔室內(nèi)試驗(yàn)、原位十字板剪切試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)，取得吹填淤泥處理后的各項(xiàng)指標(biāo)，與處理前吹填淤泥的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，處理前后吹填淤泥的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比分析如表3～表5 所列。

表3 處理前后吹填淤泥層物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)比表

表4 處理前后吹填淤泥十字板剪切試驗(yàn)成果對(duì)比表

表5 處理前后吹填淤泥靜力觸探成果對(duì)比表

通過對(duì)處理前后吹填淤泥的對(duì)比分析，得到以下研究結(jié)論：

吹填淤泥與原狀海積淤泥顆粒分布基本一致，排水固結(jié)處理完成后的物理力學(xué)性質(zhì)基本一致。

處理前吹填淤泥屬高含水量、高壓屬性、低強(qiáng)度的軟弱土，處排水固結(jié)處理后吹填淤泥的含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)大幅度減少，強(qiáng)度指標(biāo)高大幅度提高，排水固結(jié)處理效果明顯。

吹填泥處理前qc及fs值均很小，而處理后吹填淤泥的qc及fs值有了較大的增長。

處理前吹填泥淤泥十字板剪切強(qiáng)度約為1.9kPa，處理后吹填淤泥的十字板剪切強(qiáng)度有了較大的增長，達(dá)到了25kPa 以上，比處理前增加了約13 倍，增長幅度很大。

7 結(jié)束語

廈門機(jī)場吹填場地通過試驗(yàn)段一期工程，對(duì)吹填淤泥分布規(guī)律、處理前后的工程性質(zhì)進(jìn)行研究，吹填淤泥經(jīng)排水固結(jié)堆載預(yù)壓處理后其力學(xué)性質(zhì)得到大幅提升，處理后場地可滿足機(jī)場建設(shè)用地的要求。

通過試驗(yàn)段現(xiàn)場施工和吹填淤泥性質(zhì)的研究，驗(yàn)證了疏浚土層作為機(jī)場建設(shè)用地填料的可行性，排水固結(jié)處理法處理吹填淤泥的適用性，對(duì)機(jī)場后續(xù)填海場地是否采用疏浚土作為填海材料提供了參考，對(duì)廈門機(jī)場后續(xù)的陸域形成和軟基處理總體設(shè)計(jì)方案具有較大的指導(dǎo)意義。