排水固結(jié)加固法在新建碼頭中的實(shí)踐

鄭際毅

摘 要：介紹某碼頭工程在潮汐區(qū)采用真空預(yù)壓方案對(duì)岸坡區(qū)進(jìn)行地基加固處理的施工設(shè)計(jì)、施工工藝， 以及在潮汐區(qū)施工中遇到的技術(shù)難題的處理措施。

關(guān)鍵詞：真空預(yù)壓 地基處理

近年來(lái)，沿海地區(qū)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，建設(shè)用地越來(lái)越緊張，為此向海要地成為解決沿海地區(qū)因城市建設(shè)和拓展造成土地緊張問(wèn)題的主要途徑。而在通過(guò)解決這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，由于潮間帶所處的地理位置和地質(zhì)條件的特殊性，該位置的軟基處理具有一定程度的復(fù)雜性和困難。在已有的資料中顯示，廣州港南沙港區(qū)軟基處理項(xiàng)目、深圳灣北岸潮間帶濱海大道軟基處理項(xiàng)目、寧波大榭招商國(guó)際集裝箱碼頭工程項(xiàng)目、連云港市新城閘工程閘塘內(nèi)軟基處理項(xiàng)目、連云港廟嶺三期突堤軟土地基項(xiàng)目等，在潮間帶的岸坡處理中使用了排水固結(jié)的方法進(jìn)行加固，該方法得到較好的應(yīng)用。

文中涉及的軟基處理區(qū)域：該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境特殊，在長(zhǎng)期的河流沖積和海潮進(jìn)退作用下，沉積了深厚的海陸交互相軟土；且在臨海區(qū)域的淺海灘涂位置，人工吹填了大量的淤泥、淤泥混砂的填土。而且此次處理屬于臨時(shí)處理措施，軟基處理結(jié)束后約三分之一的區(qū)域?qū)⑦M(jìn)行大面積的基槽開(kāi)挖，以便形成后方的回填空間，同時(shí)需要保證開(kāi)挖后的坡面穩(wěn)定以及保證剩余的區(qū)域達(dá)到使用的要求。雖然排水固結(jié)的方法已得到較好的運(yùn)用，但是由于文中涉及的項(xiàng)目具有其不同的特點(diǎn)，因此介紹在該區(qū)域選擇真空預(yù)壓的施工工藝及實(shí)施過(guò)程和實(shí)施后的效果，為類(lèi)似工程提供借鑒。

工程概況

1、設(shè)計(jì)水位

根據(jù)1991年潮位資料統(tǒng)計(jì)：①設(shè)計(jì)高水位（高潮10%）：3.24m；②設(shè)計(jì)低水位（低潮90%）：0.53m；③極端高水位（50年一遇）：4.44m；④極端低水位（50年一遇）：-0.10m。

2、地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料，工程場(chǎng)區(qū)主要有，陸成沖積地層，河口沖積沉積地層、陸域沖洪積地層、海陸交互沉積地層及人工填土層。淤泥層為飽和流塑狀態(tài)，厚度不等，一般為5～20m，平均厚處達(dá)14.5m，含水量為46.5%～70.5%，原位十字剪切試驗(yàn)平均強(qiáng)度約為9.6KPa，壓縮模量1.17～2.82MPa，屬高含水量、高壓縮性、強(qiáng)度極低的超軟粘土地基。淤泥層之上，進(jìn)行了吹填，由于吹填料的性質(zhì)不同，有的區(qū)域是含砂量較大的材料，有的區(qū)域是浮泥，俗稱(chēng)“爛泥塘”。

3、地基處理

地基處理采用土工布、土工格柵（在浮泥區(qū)域鋪設(shè)）+砂墊層+塑料排水帶+真空預(yù)壓排水固結(jié)方法處理。砂墊層厚1.5m，排水板采用正方形布置間距為1m，深度要求約為25m，根據(jù)土層情況排水板底部距離下臥砂層頂部50cm；抽真空維持恒載85kPa約85天。地基處理的斷面示意圖如圖1所示。

設(shè)計(jì)要求：推算的主固結(jié)殘余沉降<25cm；推算得到的固結(jié)度達(dá)到90%以上；場(chǎng)地使用荷載按50 kN/m2考慮。

工程的難點(diǎn)及解決措施

在原有位置上實(shí)施充填沙袋圍堰，這對(duì)原有的圍堰是一種加載影響。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在吹填后方的陸域時(shí)，臨海側(cè)的小圍堰同時(shí)發(fā)生向還側(cè)位移。若再增加充填沙袋圍堰，將會(huì)增加本身圍堤的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。因此，在實(shí)際實(shí)施中把小圍堰向海側(cè)前移30m，減少充填沙袋圍堰的高度和斷面大小。

由于處于潮間帶區(qū)域，鋪設(shè)砂墊層后，砂墊層容易流失，影響真空預(yù)壓的橫向排水通道的施工質(zhì)量。打設(shè)塑料排水板施工可能會(huì)遇上在水上施工，需要考慮如何保證打設(shè)排水板的質(zhì)量及打板機(jī)施工的安全。因此，在設(shè)置小圍堰的時(shí)候，增加了木樁以抵抗水浪和風(fēng)浪的沖蝕，提高了小圍堰的穩(wěn)定，保證了后續(xù)實(shí)施過(guò)程中，保持在陸上施工。

由于真空預(yù)壓區(qū)由吹填砂形成陸域， 砂層厚度不均有的厚度達(dá)到10m左右， 潮水位接近或超過(guò)真空預(yù)壓加固區(qū)場(chǎng)地高程， 在砂層厚、地下水位高的情況下，無(wú)法通過(guò)挖掘機(jī)進(jìn)行密封溝開(kāi)挖， 唯有采用泥漿攪拌樁形成密封墻進(jìn)行真空預(yù)壓區(qū)周邊密封處理。在潮水漲落交替沖刷的潮間帶區(qū)域進(jìn)行大面積真空預(yù)壓施工， 將面臨如何在潮水中進(jìn)行攪拌樁施工， 并保護(hù)已施工好的密封墻不受潮水沖刷損壞，確保密封墻的密封效果等難題。能否克服這些技術(shù)難題， 也成為決定真空預(yù)壓以至總體工程成敗的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)科學(xué)論證， 為保證泥漿攪拌墻質(zhì)量，主要采取以下技術(shù)措施：①為盡量減少因在吹填過(guò)程中擠淤造成的局部砂層偏厚造成淤泥攪拌樁密封漏洞， 除采用鉆孔取樣的方式沿真空預(yù)壓邊界按50m一個(gè)孔的間距現(xiàn)場(chǎng)鉆孔判定砂層厚度外， 泥漿攪拌樁施打深度以超過(guò)鉆探測(cè)定的吹填砂厚度1.0 m以上控制。②泥漿質(zhì)量是決定泥漿攪拌墻質(zhì)量的關(guān)鍵。由于周邊淤泥多為粉質(zhì)土顆粒構(gòu)成， 經(jīng)在島上及周邊多個(gè)地點(diǎn)取淤泥制取的泥漿黏稠度不高， 顆粒間黏結(jié)力小， 很容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象， 用這樣的泥漿形成的密封墻泥漿顆粒很容易在抽真空過(guò)程中由于加固區(qū)內(nèi)外存在壓力差而被吸走流失， 致使密封墻密封效果下降甚至失效。反復(fù)尋找合適淤泥來(lái)源和試驗(yàn)仍無(wú)法制取高質(zhì)量的泥漿，最后決定在海域取泥漿， 用船運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后由泥漿泵吹送至儲(chǔ)漿池， 在儲(chǔ)漿池制配成合格的泥漿后再由泥漿泵輸送至樁機(jī)使用。③確保泥漿濃度及摻入量。設(shè)計(jì)泥漿重度要求13.5 kN/m3， 摻入比達(dá) 35%以上， 采用四攪四噴工藝。針對(duì)本工程處于潮水變動(dòng)的潮間帶區(qū)域，潮水漲落易對(duì)密封墻造成不利影響， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況， 盡量提高施工標(biāo)準(zhǔn)： 如施工實(shí)際控制泥漿濃度要求達(dá)到 14 kN/m3加大攪拌機(jī)輸漿泵功率， 摻入比達(dá)到 48%以上。在實(shí)際施工中， 加固區(qū)周邊先進(jìn)行四攪四噴泥漿攪拌樁施工， 在鋪設(shè)真空預(yù)壓密封膜前再進(jìn)行兩噴兩攪的復(fù)攪施工， 增加的兩噴兩攪的復(fù)攪施工樁管的下沉及提升速度控制在1.0～1.2 m/min。④采取措施保護(hù)密封墻，因此把海側(cè)前沿的密封墻的位置向陸側(cè)移動(dòng)2～3m，這樣海側(cè)的小圍堰形成一個(gè)保護(hù)墻，以免漲落潮潮水的沖刷易將密封溝外的中粗砂沖進(jìn)密封溝。⑤在密封溝加插薄膜， 進(jìn)一步提高泥漿墻密封效果。由于泥漿濃度配制較高， 攪拌樁施工質(zhì)量有保證， 剛施工完畢的攪拌墻處于流塑狀態(tài)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)真空預(yù)壓復(fù)雜的邊界條件和施工環(huán)境，為進(jìn)一步提高密封墻的效能， 攪拌樁施工完畢后，在密封墻內(nèi)側(cè)加插深度 2.5～3.0 m 的密封膜。

在岸坡挖泥等工序施工之前，都先進(jìn)行縝密的安全穩(wěn)定分析計(jì)算，指導(dǎo)挖泥的速度和挖泥區(qū)距真空預(yù)壓加固區(qū)邊界的距離，對(duì)于岸坡區(qū)施工期間的穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用。岸 坡 區(qū) 潮間帶真空預(yù)壓期間，回填、岸坡挖泥和樁基作業(yè)等施工工序也要交叉進(jìn)行，將影響岸坡區(qū)的穩(wěn)定性。

效果分析

根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，在真空預(yù)壓處理區(qū)域設(shè)置了沉降觀測(cè)、孔隙水壓力觀測(cè)、分層沉降觀測(cè)等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和加固前后十字板檢測(cè)、加固后的靜力觸探試驗(yàn)、加固后的載荷板試驗(yàn)以及加固前后取樣室內(nèi)土工試驗(yàn)。

1、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況

根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)資料，用雙曲線法、傳統(tǒng)三點(diǎn)法等對(duì)土體固結(jié)度、殘余沉降量進(jìn)行計(jì)算分析， 土體固結(jié)度超過(guò) 90%， 殘余沉降量小于250 mm， 滿足設(shè)計(jì)要求。其中，沉降值范圍在1.53m～2.05m之間變化。在穩(wěn)定恒載期間，負(fù)的超孔隙水壓力值隨深度其絕對(duì)值逐漸減小，在深度為21m時(shí)，其負(fù)的超孔隙水壓力值為-41.5kPa左右，說(shuō)明加固的深度影響可至少達(dá)到21m。由于所對(duì)應(yīng)的圍堤是較危險(xiǎn)區(qū)域， 水深較深， 水下地形坡度較大， 因此在加固區(qū)海側(cè)邊界埋設(shè)了深層水平位移觀測(cè)儀器， 用于觀測(cè)施工抽真空期的土層水平位移情況。各區(qū)實(shí)測(cè)最大水平位移值分別為18.4mm～80.4mm位移的方向是指向加固區(qū)內(nèi)， 這充分表明， 真空預(yù)壓法對(duì)圍堤的安全是有利的。

2、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

原位取土試驗(yàn)分析。通過(guò)土的常規(guī)試驗(yàn)分析， 發(fā)現(xiàn)原來(lái)松散的砂層變得非常密實(shí)， 淤泥層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層等土體物理力學(xué)指標(biāo)明顯改善， 取得了良好的地基加固效果。加固前后土體物理力學(xué)指標(biāo)變化情況：含水量由46.5%～70.5%加固后變化為39.8%～60.3%；濕密度由平均值1.662kN/m3加固后變化為1.708kN/m3；孔隙比由平均值1.55加固后變化為1.31等。

原位試驗(yàn)結(jié)果分析。原位十字剪切試驗(yàn)平均強(qiáng)度約為9.6KPa加固后變化為17.1kPa；靜力觸探試驗(yàn)值在加固后平均值550kPa；靜荷板試驗(yàn)結(jié)果顯示場(chǎng)地達(dá)到120kPa的承載力。

使用結(jié)果分析。潮間帶的岸坡區(qū)已開(kāi)挖至設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高，整個(gè)場(chǎng)地穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。整個(gè)區(qū)域還有部分作為碼頭和堆場(chǎng)的銜接區(qū)域尚未投產(chǎn)，需要待投產(chǎn)后進(jìn)行觀測(cè)再進(jìn)行評(píng)價(jià)。

結(jié)語(yǔ)

在潮汐區(qū)的真空預(yù)壓加固是成功的。真空預(yù)壓有利于土體中水的排出及孔隙水壓力的迅速消散； 真空預(yù)壓的作用改善了原有的土體， 極大地提高了土體承載力， 滿足了的設(shè)計(jì)要求； 圍堤的安全也得到了保證，其使用效果較好。

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（作者單位：廣州港集團(tuán)南沙工程辦公室）