吹填造陸及吹填土地基處理方法的幾點(diǎn)設(shè)想

張愛霞，李德光，付長宏

（1. 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222；2. 江蘇德盈土工材料有限公司，江蘇 鹽城 224742）

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吹填造陸及吹填土地基處理方法的幾點(diǎn)設(shè)想

張愛霞1，李德光2，付長宏1

（1. 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222；2. 江蘇德盈土工材料有限公司，江蘇 鹽城 224742）

摘要：本文介紹了充填袋（內(nèi)裝就地取吹填的淤泥土w≥100 %）的兩種用途，其一是在淤泥土上修筑子埝后進(jìn)行二次吹填至要求的高程，降低主圍埝的工程量，從而降低工程造價(jià)；其二是在吹填土上進(jìn)行地基處理時(shí)采用充填袋作為施工設(shè)備的工作墊層，可替代常用荊芭等材料，且有好的經(jīng)濟(jì)效益。本文還針對真空預(yù)壓時(shí)射流泵既抽真空又抽水的問題，提出增加抽水設(shè)備的建議，使得射流泵和抽水設(shè)備分工明確，提高工程的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：充填袋；大孔徑防淤堵土工布；圍埝；地基處理；集水管；潛水電泵潛污泵

引 言

隨著我國改革開放的深入發(fā)展，沿海各省均感到土地資源短缺，因此均向大海要土地，開展大規(guī)模的圍海造陸工程。圍海造陸工程一般先修筑主圍埝形成掩護(hù)條件后再吹填疏浚土形成陸域后再進(jìn)行地基處理，以達(dá)到造陸后場地的使用要求。許多圍填造陸工程陸域形成采用吹填疏浚土形成，當(dāng)吹填土為含水量≥100 %的軟土?xí)r，地基處理的幾個(gè)細(xì)節(jié)問題進(jìn)行探討：1）當(dāng)吹填土含水量較高，承載力無法滿足人工及施工設(shè)備作業(yè)時(shí)，在需要的部分采用充填袋作為作業(yè)墊層，可使吹填土表層承載力提高；2）當(dāng)已有圍埝無法滿足吹填高程要求時(shí)，可在已有圍埝內(nèi)吹填至一定高程后，采用充填袋（內(nèi)裝就地取的吹填的疏浚土w≥100 %，下同）修筑子埝（離主埝一定距離）后進(jìn)行二次吹填，可避免加高主圍埝或后續(xù)因沉降引起的回填土量；3）真空預(yù)壓處理吹填土?xí)r，增添集水管并用潛水電泵潛污泵來抽水，使射流泵只抽真空并斷續(xù)保持膜下真空度，從而達(dá)到節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益。

1 軟土地基處理時(shí)的作業(yè)墊層問題

1.1 作業(yè)墊層問題

軟土的地基處理目前常用方法是排水固結(jié)法，該方法需要向飽和粘性土中打設(shè)豎向排水系統(tǒng)（一般為塑料排水板）。一般的軌道式插板機(jī)自重小于或等于120 kN且為兩支腿，每腿下有兩個(gè)輪子，兩支腿間距離為12 m左右。兩輪間距離為12 m左右，插最接近軌邊的塑料排水板時(shí)，每輪最大荷重在50 kN左右。插板機(jī)在工作時(shí)要求地基承載力在30~50 kPa左右[1]，而吹填土含水量一般在100 %左右時(shí)，其承載力特征值＜10 kPa[2]，人工和施工設(shè)備無法作業(yè)。

1.2 現(xiàn)有的解決方法

現(xiàn)有專利進(jìn)行淺表層處理地基的方法是：在淤泥土上鋪設(shè)土工布、荊芭片、人工裸插3~5 m長塑料排水板，進(jìn)行一次真空預(yù)壓（一般為抽真空60 d左右），使淤泥土的承載力達(dá)到30~50 kPa左右，然后再根據(jù)設(shè)計(jì)要求插長塑料排水板后再進(jìn)行真空預(yù)壓處理（或真空聯(lián)合堆載預(yù)壓）。該方法進(jìn)行了兩次插板和兩次真空預(yù)壓，施工工藝較復(fù)雜，如圖1所示。

圖1 淺表層地基處理斷面

1.3 充填袋作業(yè)墊層

1）從豆腐干的制作中得到啟示

從豆腐干的制作中得到啟示，將嫩豆腐被包裹并給予壓力可成為豆腐干，那么將淤泥土裝入充填袋并給予荷載壓力，淤泥土也可成為塑性土。使淤泥土的承載力特征值大大提高，淤泥土含水率也會(huì)大大降低，淤泥土的物理力學(xué)性質(zhì)可以改善。有試驗(yàn)證明此法因?yàn)榇篌w積充填袋間淤泥土中的水無法排除使充填袋鼓了“肚子”而失敗，如在充填袋間設(shè)置一層排水材料即可解決充填袋鼓“肚子”問題。

將充填袋作為作業(yè)墊層時(shí)，先在含水量為100 %左右的淤泥土上鋪一層土工布和一層荊芭片，然后在插板機(jī)軌道下布置充填袋，充填袋內(nèi)可用泥漿泵灌入就地取的吹填淤泥土（含水量為100 %左右），如圖2所示。

圖2 充填袋作為作業(yè)墊層示意圖

2）充填袋材料

作為充填袋材料的土工布需要滲透系數(shù)較大，以便淤泥土中的水較快排走，可采用特制粗長纖維防淤堵無紡?fù)凉げ迹ê喎Q防淤堵土工布），其孔徑≥80 μm，滲透系數(shù)為5×10-2cm/s。

如果充填袋內(nèi)的淤泥土含水量為100 %，當(dāng)多層時(shí)，由于淤泥土承載力不足，充填袋會(huì)陷入淤泥土中，直至平衡（淤泥土承載力會(huì)隨深度增加而提高）。由于熱扎土工布的良好滲透系數(shù)及充填袋與淤泥土間有排水通道，在上部荷載作用下充填袋內(nèi)的淤泥土的含水量會(huì)逐漸降低，強(qiáng)度逐漸提高。

3）充填袋上加設(shè)墊層

盡管防淤堵土工布有良好滲透系數(shù)，但充填袋內(nèi)淤泥土靠自重來達(dá)到固結(jié)是很慢的，插板機(jī)在軌枕和枕木上作業(yè)時(shí)需要地基承載力在30~50 kPa，而充填袋內(nèi)淤泥土承載力達(dá)不到要求時(shí)，可在軌枕下設(shè)置重復(fù)使用的墊層來解決。墊層材料可采用裝入透水性砂石的熱扎土工布袋，在墊層及上部荷載作用下，下部充填袋會(huì)陷入吹填軟土中，從而承載力達(dá)到平衡狀態(tài)。

在墊層上鋪設(shè)軌枕和輕軌后，插板機(jī)便可向淤泥土中插入地基處理所需要深度度的塑料排水板。如圖3所示。

圖3 在充填袋上加設(shè)墊層示意

2 填充袋用于修建圍埝

2.1 利用充填袋技術(shù)修建子埝

采用吹填疏浚土方式填海造陸時(shí)，為降低地基處理造價(jià)，需要修建較高的圍埝來容納盡可能多的疏浚土，以減少地基處理后的回填方量。合理的外海側(cè)圍埝不可能做得很高（主埝即外海側(cè)圍埝受風(fēng)浪的影響，整體受淤泥土的土壓力影響），而是在其旁修建子埝（也叫二級圍埝）。上世紀(jì)80年代為了修建子埝限于當(dāng)時(shí)的條件只能在原泥面上采取人工裸插3~5 m長的排水板，上部子埝的高度僅2~3 m左右，是因?yàn)樽盂碌牡鼗贿M(jìn)行了淺處理如圖4。

圖4 淺表層處理后修建子埝示意

用灌入就地吹填淤泥土的充填袋在吹填淤泥土上修建子埝，子埝受到吹填土的壓力非常大，為確保充填袋子埝的穩(wěn)定性（強(qiáng)度和沉降），須如圖5所示處理充填袋下的淤泥土。充填袋的強(qiáng)度及插板長度、間距、充填袋的寬度均可根據(jù)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，施工時(shí)也可根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行安全檢測。最上層充填袋的承載力特征值同樣會(huì)不滿足插板機(jī)對地基承載力的要求，可以在插板機(jī)輪軌下鋪設(shè)可重復(fù)使用的排水墊層來解決。這樣就能修建較高的子埝，容納更多的吹填淤泥土，減少地基處理后的沉降引起的回填土量，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是肯定的，這樣處理地基后產(chǎn)生的沉降量完全可有多吹填土來平衡，向零回填土前進(jìn)了一步。

圖5 采用充填袋修筑子埝示意

2.2 利用充填袋技術(shù)修建隔埝

需處理的地基面積很大時(shí)，需要修筑隔埝將大面積吹填淤泥土形成的陸域分隔開。隔埝的作用是可以作為運(yùn)入地基處理材料和必要的技術(shù)設(shè)備等的簡易通道。隔埝兩側(cè)一般均為吹填土，且高程基本相等。埝寬在3 m左右，隔埝兩側(cè)地基處理一般不會(huì)同時(shí)進(jìn)行，存在時(shí)間差，隔埝的做法與子埝類似。

3 抽真空與抽水分離

3.1 傳統(tǒng)射流泵抽真空時(shí)同時(shí)抽水

《真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程》（JTS 147 -2009）（以下簡稱規(guī)程）中關(guān)于抽真空設(shè)備布置未做具體要求，僅提出抽真空設(shè)備可適量布置在加固區(qū)中部，本文論述時(shí)射流泵按均勻布置在加固區(qū)中部（約1臺(tái)/1 0002）。真空預(yù)壓時(shí)射流泵在形成真空預(yù)壓的同時(shí)也把水排（抽）出密封膜以外，起到一機(jī)兩用的作用，但其抽水效率很低，且射流泵幾乎在預(yù)壓時(shí)間內(nèi)全程開啟，如真空預(yù)壓時(shí)間為100 d，則真空預(yù)壓其耗電量為：7.5×24×100/1 000= 18 (kw·h)/m2。

3.2 抽真空與抽水分離

射流泵僅用于抽真空，采用潛水電泵潛污泵來抽水，如圖4所示，將真空預(yù)壓時(shí)從軟土中抽出的水匯集到集水管中（水平向鋪設(shè)的濾管或排水板），通過繼電器控制潛水電泵潛污泵，當(dāng)集水管中水位高到與泥面水平時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)潛水電泵潛污泵抽水，當(dāng)水位低到離管底1 m時(shí)自動(dòng)停止?jié)撍姳脻撐郾贸樗Ｒ?guī)程要求射流泵在試抽氣4~10 d內(nèi)，膜下真空壓力應(yīng)≥80 kPa，抽真空初期軟土中抽出的水會(huì)向集水管流動(dòng)（是氣水共同進(jìn)入集水管中），此時(shí)停止射流泵工作10~15 min，視膜下真空壓力變化情況調(diào)整繼電器控制時(shí)間，讓膜下真空壓力≥70 kPa以上，當(dāng)膜下真空壓力≤70 kPa時(shí)繼電器啟動(dòng)射流泵。這樣就可實(shí)現(xiàn)射流泵只負(fù)責(zé)抽真空，潛水電泵潛污泵負(fù)責(zé)抽水（集水管中的氣可利用限壓閥自動(dòng)排氣），如圖6所示。

圖6 潛水泵及集水管布置

若在停止射流泵工作10~15分鐘內(nèi)膜下真空壓力只降低10 kPa，且再啟動(dòng)射流泵10~15 min膜下真空壓力可上升到80 kPa，這樣就可以節(jié)省射流泵約一半工作時(shí)間。假定真空預(yù)壓時(shí)間需延長20 %，則傳統(tǒng)真空預(yù)壓抽真空100 d時(shí)，射流泵耗功率為：7.5×24（1-50 %）×100（1+20 %）/1 000=10.8 (kw·h)/ m2。

潛水電泵潛污泵選用QX510[3]，流量為5 m3/h，功率為0.3 kw，假定按沉降量按3 m計(jì)，每千平米需抽水3 000 m3，抽水工作需600 h，則潛水電泵潛污泵耗功率為：0.3×600/1 000=0.18 (kw·h)/m2。

則射流泵與潛水電泵潛污泵耗功率合計(jì)10.98 (kw·h)/ m2，可節(jié)約7.02 (kw·h)/ m2。當(dāng)然該方法還需增設(shè)集水管、潛水電泵潛污泵等設(shè)施。

4 結(jié) 語

本文意在提出問題并對改進(jìn)處理方法進(jìn)行了分析論證，目前尚無實(shí)際應(yīng)用。筆者歡迎同行就此問題共同探討以求技術(shù)改進(jìn)。

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[4] 付建寶，梁愛華，諸葛愛軍，等. 適用于真空預(yù)壓地基加固的抽真空設(shè)備室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].港口工程及工程排水與加固技術(shù)理論與實(shí)踐, 中國水利水電出版社，2014.

Ideas of Reclamation and Reclaimed Soil Treatment

Zhang Aixia1, Li Deguang2, Fu Changhong1
(1.CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China;2.Jiangsu Deying Engineering Materials Co., Ltd., Yancheng Jiangsu 224742, Chian)

Abstract：Two applications of geotextile packs are introduced which is packed by reclaimed soil.Firstly,The packs is used to construct sub-enclosure, reducing the quantities of the enclosure, in order to saving the preject cost;Secondly, the packs can used to be work bed of equipment in reclaimed soil treatment,and it has good economic benefits. In addition,the adivse which adding submersible pump in vacuum method will be saving energy, because the vac pup can just be used for vacuum supply.

Key words：geotextile packs；large aperture geotextile；enclosur；ground treatment；collector pipe；submersible pump

作者簡介：張愛霞（1984-），女，工程師，主要從事港口道路堆場及地基處理方面的設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2015-03-04

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160121

中圖分類號(hào)：TU472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-9592（2016）01-0090-04