福建沿海某核電廠西部陸域軟基加固施工管理

劉國軍，季宏明

（1.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518031；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

在工程的建設(shè)過程中，施工管理的目標(biāo)是既要確保工程的質(zhì)量符合要求，又要使項(xiàng)目效益最大化。科學(xué)的管理對工程的成敗起著重要的作用，施工管理關(guān)系著工程的安全、質(zhì)量和進(jìn)度，也直接影響著工程的成本控制和效益最大化的實(shí)現(xiàn)，因此，必須充分認(rèn)識到施工管理的重要意義，切實(shí)做好施工管理工作。本文簡要介紹福建沿海某核電廠西部陸域軟基處理施工過程中采取的部分施工管理活動，以及由此產(chǎn)生的效果。

1 工程概況

福建沿海某核電廠西部陸域位于廠區(qū)西部，屬于低潮局部露灘區(qū)，本工程的主要目的是填海造陸至+9.0 m高程，近期規(guī)劃用途是上部建廠房或作為大型設(shè)備的堆場，因此場地的施工質(zhì)量至關(guān)重要，其關(guān)系到后續(xù)上部結(jié)構(gòu)與設(shè)備的安全。該區(qū)域原始地基土層分布為近代海相沉積成因（Q4m）普遍分布于海底，第一層以淤泥極軟土層為主，夾有淤泥質(zhì)黏土，流塑狀，土質(zhì)極軟，標(biāo)貫擊數(shù)N≤1；第二層粉質(zhì)黏土分布為主，黏土分布次之，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N=4～8；其下為基巖，深度不等。軟基處理采用排水固結(jié)、堆載預(yù)壓方法，堆載石料為廠內(nèi)開山石。本工程的加固對象為第一層的淤泥及淤泥質(zhì)土，該層土體強(qiáng)度極低，此工況也成為施工過程中加載開山石的最大難點(diǎn)。

2 施工工藝

該工程軟基加固的施工流程為：鋪荊芭和土工布→鋪設(shè)砂墊層（2 m）→打設(shè)塑料排水板→鋪高機(jī)織無紡布和土工格柵→分層回填至標(biāo)高9.0m→監(jiān)測和檢測→完工。

其中上部設(shè)計(jì)分層回填過程共分3級，每級加載層厚分別為3.5 m（算上加載前的2 m厚砂墊層則為5.5 m，見4.2.5節(jié)中表1）、3.5 m、4 m，前兩層每層間歇期60 d，最后一層間歇期15 d。

3 遇到的問題

1）由于加固區(qū)未施工前作為納泥區(qū)使用，核電廠外圍航道內(nèi)清淤的泥沙均排往此處，所以排泥口附近區(qū)域地基的表層有一粉砂層，厚度達(dá)8～9 m，且密實(shí)度高，給塑料排水板的打設(shè)帶來了很大的困難。

2）分層回填開始后，遠(yuǎn)離排泥口的區(qū)域由于地基表層土體強(qiáng)度極低，難以按照設(shè)計(jì)的3層加載方法進(jìn)行，經(jīng)過試堆，區(qū)內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重的隆起現(xiàn)象；而由于場地緊張，需要盡早提供合格場地。

4 解決問題的過程

針對上述現(xiàn)象，參照“QC”小組模式，成立了由土建科領(lǐng)導(dǎo)帶隊(duì)，相關(guān)技術(shù)員以及施工單位、監(jiān)測單位項(xiàng)目經(jīng)理等5人組成的質(zhì)量控制小組，按照PDCA循環(huán)管理模式，認(rèn)真研究實(shí)際工況，收集第一手資料，仔細(xì)分析，從根源尋找突破口，對癥下藥，制定對策，并安排執(zhí)行到位，從而順利完成了施工任務(wù)，使工程滿足設(shè)計(jì)要求，并提前了一定的工期，達(dá)到了既定目標(biāo)。

4.1 硬殼層上打設(shè)排水板

作為待加固軟土地基的直接豎向排水通道，排水板的施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)工程的成敗，必須嚴(yán)格控制排水板的打設(shè)施工質(zhì)量，其打設(shè)底高程必須滿足設(shè)計(jì)要求。但插板機(jī)的管靴穿不透該硬殼層，導(dǎo)致排水板無法正常打設(shè)，使施工停滯。

4.1.1 原因分析

1）插板區(qū)域的粉砂層厚度大，密實(shí)度較高，含水率低，強(qiáng)度高，局部還有少量的碎石，在地基軟土上方形成了堅(jiān)硬的外殼層，管靴穿透難度大；

2）現(xiàn)場插板機(jī)采用的振錘功率較小，振錘產(chǎn)生的沖擊力克服不了粉砂層對管靴的阻力，因此無法順利將排水板打入下部軟土中；

3）沒有配備沖水裝備：由于硬殼層主要為粉細(xì)砂，粉細(xì)砂在有水沖擊的情況下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，配合適當(dāng)?shù)恼駝樱灏鍣C(jī)的管靴將有可能順利穿透粉砂層，而現(xiàn)場的插板機(jī)由于調(diào)配時(shí)間緊，并沒有安裝相應(yīng)的沖水設(shè)備。

4.1.2 確定主攻方向

通過上述分析，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀，經(jīng)小組全體成員討論，一致認(rèn)為使管靴穿透硬殼層是本次PDCA循環(huán)的主要任務(wù)。

4.1.3 制定對策，認(rèn)真貫徹

針對上述分析的原因，制定了如下相應(yīng)的對策，并通過試驗(yàn)來確定更改后工藝的可行性。

1） 加大振錘的功率，加裝沖水設(shè)備；2） 召開班組質(zhì)量教育會議，并在現(xiàn)場進(jìn)行針對性的講解；3）當(dāng)以上措施不奏效時(shí)，備選方案為增加引孔機(jī)直接鉆透粉砂層，成孔后再由插板機(jī)在已成孔處繼續(xù)作業(yè)，將排水板插入軟土中。

試驗(yàn)證明，單純依靠加大振錘功率和增加沖水設(shè)備，并不能解決問題，只能使管靴進(jìn)入粉砂層一定深度而不能穿透之。經(jīng)過研究，決定啟動備選方案，先把每根排水板的位置標(biāo)示出來，利用引孔機(jī)在硬殼層上按排水板打設(shè)位置預(yù)先施工成孔，穿透粉砂層，然后將管靴順著已成鉆孔插入，就能順利地將排水板插入地基軟土中。

4.1.4 取得的效果

從現(xiàn)場插板的效果看，此次工藝改進(jìn)取得了理想的施工效果：排水板打設(shè)底標(biāo)高均滿足設(shè)計(jì)要求，確保了地基豎向排水通道的暢通；現(xiàn)場的人、料、機(jī)繼續(xù)有效運(yùn)轉(zhuǎn)起來，沒有進(jìn)一步延緩工期，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

4.2 加固區(qū)上部加載

本工程堆載施工管理的關(guān)鍵是防止單級加載量過大，避免引起下部地基土體發(fā)生剪切破壞，造成大面積滑坡，影響地基加固效果。如果有一種科學(xué)的計(jì)算方法能對堆載厚度及進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)管理，將能大大提高施工工效，并能確保施工安全。

4.2.1 施工現(xiàn)狀

按照設(shè)計(jì)施工步驟，施工單位先進(jìn)行了現(xiàn)場堆載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是場地內(nèi)土體出現(xiàn)了嚴(yán)重的隆起現(xiàn)象，證明下部淤泥已經(jīng)發(fā)生了剪切破壞，如果繼續(xù)下去，土體內(nèi)已經(jīng)打設(shè)完畢的排水板會遭到破壞，將嚴(yán)重影響地基的加固效果，因此需要對堆載施工工序進(jìn)行優(yōu)化。

由于廠內(nèi)大面積開工，對場地的需求量越來越大，因此需要盡快提交出合格的場地，這就對施工進(jìn)度提出了要求。

4.2.2 原因分析

1）此待加固區(qū)域位于排泥口遠(yuǎn)端，為天然沉積的淤泥，土體含水量大，滲透系數(shù)小，呈流塑狀態(tài)，強(qiáng)度很??；

2）地基表層雖然有荊芭，無紡布等加筋體，鋪上砂墊層后，承載力仍然較低；

3）為了趕工期，插板完成至堆載施工開始之間的間歇時(shí)間較短，土體自固結(jié)時(shí)間短，尚未具備足夠的強(qiáng)度。

綜上，發(fā)生隆起現(xiàn)象的原因是地基表層土體強(qiáng)度過小，承載力低，承受不了第一層3.5 m厚開山石的荷載，所以發(fā)生了剪切破壞。

此外，由施工流程來看，制約加載施工進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是每級加載厚度及加載間歇期，如何有效控制這兩項(xiàng)是工期能否提前的關(guān)鍵。

4.2.3 確定主攻方向

經(jīng)過小組成員討論，一致認(rèn)為此次PDCA循環(huán)的主攻方向?yàn)閷ふ乙环N科學(xué)有效的加載管理模式，能兼顧施工安全與進(jìn)度，提前為廠內(nèi)提交合格的場地。

4.2.4 制定對策

針對本工程原始地基承載力小、工期緊的特點(diǎn)，經(jīng)過認(rèn)真分析，最終決定采用以監(jiān)測數(shù)據(jù)（沉降量、孔隙水壓力）為基礎(chǔ)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場工況，對每層的加載厚度進(jìn)行動態(tài)控制，以確定上載厚度及時(shí)機(jī)。在確保施工安全的前提下，盡量加快施工進(jìn)度，以期盡快為廠內(nèi)提供合格的場地。

對于本工程的天然沉積均質(zhì)厚層軟土地基，可用費(fèi)蘭紐斯（Fellenius）公式近似估算加載極限高度，對施工進(jìn)行控制，費(fèi)蘭紐斯（Fellenius）公式如下：

式中：Hc為加載極限高度，m；cu為由不排水剪測得的軟土的凝聚力，kPa；γ為填料容重，kN/m3。

根據(jù)本工程表層軟黏土強(qiáng)度最低的特點(diǎn)，取砂墊層下5 m范圍內(nèi)土體的平均強(qiáng)度作為估算加載極限高度的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。抗剪強(qiáng)度由原始地基抗剪強(qiáng)度和增長強(qiáng)度兩部分組成，強(qiáng)度增長值根據(jù)軟土固結(jié)度推算得到。

強(qiáng)度增長計(jì)算公式：

式中：Δσz為地基中計(jì)算點(diǎn)的豎向附加應(yīng)力，本工程即上部所加荷載，kPa；Ut為計(jì)算點(diǎn)土的固結(jié)度，由孔壓消散情況求得；φcu為三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)求得的土的內(nèi)摩擦角，（°），由室內(nèi)試驗(yàn)得到。

4.2.5 取得的效果

經(jīng)過加載前計(jì)算，可先確定地基表層實(shí)時(shí)抗剪能力，換算成加載的極限厚度，最后在考慮安全系數(shù)的情況下確定可以施加的最大加載厚度，確保土體不發(fā)生剪切破壞；在每級加載完成后，通過孔壓消散的情況推算地基土體強(qiáng)度增長值，據(jù)此調(diào)整加載間歇期，即只要土體強(qiáng)度達(dá)到加載的標(biāo)準(zhǔn)，就可實(shí)施下級加載，加載厚度仍通過計(jì)算求得，具體實(shí)施的加載過程見表1。

表1 強(qiáng)度增長計(jì)算及加載情況一覽表

通過上述加載動態(tài)管理模式，在有效避免加載期地基土出現(xiàn)滑動的前提下，使場地的交付時(shí)間提前了約1個(gè)月，緩解了場地緊張的壓力，為核電廠內(nèi)其他工程提供了有力的支持，并減小了本工程人、料、機(jī)的消耗成本。

5 幾點(diǎn)體會

1）有效的施工管理是工程質(zhì)量合格的關(guān)鍵，且可以節(jié)約有限的資源，創(chuàng)造更大的效益。

2）項(xiàng)目管理者應(yīng)充分利用一切可利用資源，并加以整合，為自己作出合理的判斷提供依據(jù)。

3）合理利用監(jiān)測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式對堆載施工過程進(jìn)行動態(tài)管理，能大大提高施工的效率，使工期縮短。

[1] 地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[2] 孔德金，苗中海.軟粘土抗剪強(qiáng)度增長規(guī)律[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21（6）：757-759.

[3]JGJ79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].