實用的臨海淤泥區(qū)多工藝組合地基處理綜合應(yīng)用

王換　王華強(qiáng)

【摘 要】臨海區(qū)域鐵路綜合站站場淤泥區(qū)和軟基區(qū)等不良地基分隔處理，區(qū)域采用了地基處理的常規(guī)方式并結(jié)合部分創(chuàng)新改良工藝將超軟土地基分區(qū)域進(jìn)行處理，在機(jī)具設(shè)備無法就位于施工區(qū)域的情況下先采取鋪設(shè)土工膜加人工上沙使地基表面具備一定的承載力，使插板機(jī)能夠準(zhǔn)確地就位插打豎向排水系統(tǒng)，主要以真空預(yù)壓為主，輔以水泥攪拌樁隔離原未進(jìn)行處理的淤泥區(qū)域，真空預(yù)壓區(qū)域采用泥漿攪拌樁實施隔離密封墻施工，最終達(dá)到軟基淤泥區(qū)地基承載力滿足要求。

【關(guān)鍵詞】臨海；淤泥區(qū)；多工藝；真空預(yù)壓；泥漿攪拌樁；強(qiáng)夯

【中圖分類號】U416.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）01-0082-03

隨著我國建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，沿臨海大面積圍海造陸工程建設(shè)進(jìn)入一個高速發(fā)展時期，工程建設(shè)用地日益緊張，越來越多的建筑將建造在淤泥軟基和一些不良地基上，而建筑物地基基礎(chǔ)是整個建筑的支撐關(guān)鍵部位，它的施工質(zhì)量對整個建筑質(zhì)量影響很大。對工程建設(shè)大面積淤泥軟土路基處理而言，真空預(yù)壓法及組合其他地基處理工藝是比較理想的淤泥軟基加固方法。

1 工程概況

本工程位于廣西防城港企沙工業(yè)園區(qū)內(nèi)，臨海鐵路工程距離海邊最近處50 m，工業(yè)園內(nèi)鐵路線路場地原始地貌單元為淺海、濱海、海岸、海漫灘、崗丘、丘間谷地。原始地形總體上西北高東南低，經(jīng)場地平整后，場地內(nèi)大部分地形較為平坦；場地標(biāo)高變化在4.36～9.86 m；廠內(nèi)軟基區(qū)域有20 hm2，本次軟基區(qū)處理面積為63 770 m2，處理的具體要求如下。

（1）處理深度不小于8 m。

（2）處理后的淤泥固結(jié)度需達(dá)到≥90%，最終沉降量以80 kPa荷載計算。

（3）預(yù)壓終止時，總沉降量在0.8 m（含）左右。

（4）在80 kPa荷載的作用下，20年的工后沉降控制在15 cm以內(nèi)。

（5）根據(jù)地質(zhì)情況，真空預(yù)壓最終沉降量對應(yīng)的設(shè)計荷載按80 kPa計算。預(yù)壓區(qū)經(jīng)回填及強(qiáng)夯處理后，必須滿足設(shè)計要求：地基承載力特征值達(dá)到180 kPa，壓實系數(shù)達(dá)到0.95。

（6）根據(jù)現(xiàn)場情況及建筑規(guī)劃布置要求，同時考慮到施工的方便性和建設(shè)順序，將總處理面積分為3個區(qū)。

2 淤泥區(qū)多工藝組合地基處理

塑料排水板真空預(yù)壓法就是以大氣壓力作為預(yù)壓荷載，在需要加固的軟黏土地基內(nèi)設(shè)置塑料排水板，然后在地面鋪設(shè)砂墊層，其上覆蓋一層復(fù)合土工布，再鋪設(shè)2層土工膜，土工膜同時埋入加固區(qū)四周密封溝中，使砂墊層與大氣隔絕，通過埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道，真空預(yù)壓在抽氣前，薄膜內(nèi)外均承受一個大氣壓Pa的作用，抽氣后薄膜內(nèi)氣壓逐漸下降，薄膜內(nèi)外形成一個壓力差。

用真空裝置進(jìn)行抽氣，將膜內(nèi)空氣和孔隙水逐漸排出，因此在膜的內(nèi)外就產(chǎn)生了一定的大氣壓差（即真空度）；這部分氣壓差及塑料排水板與土體之間滲透系數(shù)的顯著差別，就會導(dǎo)致砂墊層與土體、砂墊層與塑料排水板、土體與排水板之間產(chǎn)生排水作用，逐漸將膜內(nèi)外的氣壓差轉(zhuǎn)換為地基上的有效荷載。

這種排水固結(jié)作用不會導(dǎo)致剪應(yīng)力增加，地基也不會產(chǎn)生剪切破壞。在抽氣過程中，土體內(nèi)總應(yīng)力將不發(fā)生變化，排水后土體內(nèi)孔隙水壓力的降低值等于土體內(nèi)有效應(yīng)力的增加值，從而隨著有效應(yīng)力的增加，地基得到有效固結(jié)。

同時，真空預(yù)壓使地下水位降低，相當(dāng)于增加一個附加應(yīng)力，抽氣前地下水離地面高h(yuǎn)1，抽氣后地下水位降至h2，在此高差范圍內(nèi)的土體從浮重度變?yōu)闈裰囟龋雇凉羌芟鄳?yīng)增加了水高為h1～h2的固結(jié)壓力作用，使土體產(chǎn)生固結(jié)。此外，在飽和土體空隙中含有少量的封閉氣泡，在真空壓力下封閉氣泡被排除出孔隙，使土的滲透性加大，固結(jié)過程加速。

本工程將真空膜與密封墻交界處的區(qū)域均勻地提高0.4 m，將抽真空抽出的水留置一部分作為重力荷載。本工程采用水泥攪拌樁隔離處理后使用的臨海淤泥區(qū)地基和未使用淤泥區(qū)。其他采用泥漿攪拌樁密封墻，施工摒棄了水泥攪拌樁作為密封墻的傳統(tǒng)工藝。

真空預(yù)壓處理完成后再回填A(yù)B組料進(jìn)行強(qiáng)夯施工，夯擊能為2 000～4 000 kN·m。

2.1 塑料排水板插打施工處理

從事淤泥區(qū)施工的人員都了解，塑料排水板插打施工本身并無太大技術(shù)難度，而如何能使設(shè)備在含水率較高、滲透性較差、承載力極弱的淤泥區(qū)域施工是一個很重大的難題，目前所施工的項目工期緊、造價低，采用傳統(tǒng)的晾曬淤泥區(qū)和化學(xué)固化等方法已無法滿足要求。在廈門、天津沿海地區(qū)，一些單位在插板機(jī)上進(jìn)行了改良，但是效果不太好。本工程根據(jù)現(xiàn)場實際條件采用了人工配合機(jī)械進(jìn)行上沙，上沙工作完成后開始塑料排水板插打施工處理。

2.2 真空預(yù)壓施工處理

根據(jù)本工程施工工序安排，在完成打設(shè)塑料排水板工作后，下一步工作是鋪砂墊層，敷設(shè)主、支濾管，再鋪設(shè)砂墊層，挖密封溝，鋪設(shè)上層細(xì)砂，鋪展1層土工布（無紡布）和2層真空密封膜，埋設(shè)監(jiān)測裝置，回填密封溝，安裝射流泵和相應(yīng)的管路，抽真空觀測。

2.3 輔助泥漿法真空預(yù)壓施工質(zhì)量控制及監(jiān)測成果的分析

真空預(yù)壓法與泥漿攪拌樁質(zhì)量控制分析如下。

（1）密封膜內(nèi)的真空度穩(wěn)定地保持在80 kPa以上。

（2）泥漿攪拌樁或塑料排水板深度范圍內(nèi)土層的平均固結(jié)度大于85%。

（3）濾水管的周圍填蓋200 mm厚的砂層或其他水平透水材料。

（4）所需抽真空設(shè)備的數(shù)量，以一套設(shè)備可抽真空的面積為1 000 m2確定。

（5）當(dāng)?shù)鼗休d力要求較高時，采取聯(lián)合堆載、強(qiáng)夯等方法進(jìn)行綜合加固。

（6）預(yù)壓后建筑物使用荷載作用下可能發(fā)生的沉降應(yīng)滿足設(shè)計要求。

（7）泥漿攪拌樁深度不小于插打的塑料排水板深度。

（8）泥漿攪拌樁泥漿的稠度在1.3～1.5。

2.4 真空預(yù)壓結(jié)合強(qiáng)夯施工處理工藝

真空預(yù)壓施工完成后，其地基承載力仍有上升空間，再輔以強(qiáng)夯工藝對真空預(yù)壓處理后的地基進(jìn)行夯擊來補(bǔ)強(qiáng)反彈后的地基彈性變形，即采用多工藝組合對臨海軟土地基進(jìn)行處理以加快消除地基沉降，采用動能夯擊AB組料方式填補(bǔ)沉降區(qū)域土量以達(dá)到設(shè)計標(biāo)高。夯錘的動能不斷再次沖擊原真空處理區(qū)域，使地基內(nèi)部孔隙更密實。真空預(yù)壓+動能夯擊組合式工藝成功地應(yīng)用于防城港企沙工業(yè)園鐵路綜合站項目工程。實踐證明，它是節(jié)約工期、節(jié)約成本、安全環(huán)保的工藝，值得推廣。真空預(yù)壓結(jié)合強(qiáng)夯施工處理工藝如圖1所示。

3 臨海淤泥區(qū)多工藝組合地基處理效果分析

3.1 土體的固結(jié)度

本工程測量基準(zhǔn)點布置在遠(yuǎn)離軟基區(qū)域既有防洪堤壩邊，同時將測量后視水準(zhǔn)點設(shè)置在軟基區(qū)域附近，以便于沉降觀測測量。觀測從抽真空開始前測量各個抽真空區(qū)域的原始地面標(biāo)高，沉降觀測一直持續(xù)抽真空結(jié)束。沉降觀測按照1 000 m2設(shè)置一個并進(jìn)行編號，加載期每24 h測量一次，滿載期每72 h測量一次。

真空預(yù)壓施工過程中主要通過對表層沉降的觀測，得出施工過程的沉降數(shù)據(jù)，再根據(jù)恒載后的時間節(jié)點的沉降量曲線推算最終沉降量。最近觀測的沉降量與推算的最終沉降量之比值即為固結(jié)度。

3.2 檢測結(jié)果

在真空預(yù)壓完成后，分別進(jìn)行了鉆孔取樣、土工試驗及淺層平板荷載檢測。

荷載試驗的目的主要是用于測定承壓板下應(yīng)力影響范圍內(nèi)巖土的承載力和變形特性。

平板檢測試驗采用2.0 m×2.0 m的方形鋼板作為承壓板，檢測加載采用8 m×8 m的混凝土塊壓重平臺反力裝置，加載系統(tǒng)由壓阻式壓力傳感器和千斤頂組成，采用慢速維持荷載法，每級加載為預(yù)定最大試驗荷載的1/10，即96 kN，第一級按2倍分級荷載加載。在每一級荷載作用下連續(xù)2 h內(nèi)沉降量小于0.1 mm/h時，可加下一級荷載。

通過鉆孔取樣、土工試驗及淺層平板荷載檢測等科學(xué)數(shù)據(jù)來確定臨海淤泥區(qū)大面積多工藝組合式施工地基處理是否符合設(shè)計要求。

4 結(jié)語

（1）本工程采用的多工藝組合式地基處理工藝能使地基承載力快速達(dá)到80 kPa，經(jīng)過本工程的實踐證明，對于處理臨海大面積軟土地基，采用水泥攪拌樁、泥漿攪拌樁支護(hù)隔離和密封隔離是有效且切實可行的。

（2）針對傳統(tǒng)的真空預(yù)壓施工工期比較長的情況，多工藝組合式地基處理能縮短工期20 d左右，主要是抽真空排水有0.4 m深水荷載均勻施加在密封上，加速了孔隙水的排除，有效應(yīng)力不斷增加，從而使土體固結(jié)。

（3）在真空荷載預(yù)壓的過程中，雖然沒有失穩(wěn)破壞的可能，但由于整個真空預(yù)壓區(qū)是向里收縮的，在加固邊界可能出現(xiàn)裂縫。建議采取必要的措施保證真空預(yù)壓施工和周圍建筑物的安全。同時，注意雨季施工期間海邊暴雨對真空預(yù)壓施工影響。施工期間，必須做好臨海區(qū)域防排水工作，以免影響真空區(qū)域效果。

（4）真空預(yù)壓期間沉降觀測的頻率、沉降觀測的原始數(shù)據(jù)至關(guān)重要，它是評判真空預(yù)壓效果重要一項指標(biāo)，該項任務(wù)要由專業(yè)測量人員完成且必須高度重視。

（5）本工程只有將處理的軟基區(qū)和原有不需要處理的淤泥軟基區(qū)采用水泥攪拌樁分隔開來，才能在大面積臨海軟基處理區(qū)域中節(jié)約水泥的用量，降低成本，起到更好的節(jié)能環(huán)保作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]董志良.吹填造陸超軟土地基加固理論與工藝技術(shù)創(chuàng)新[J].港口技術(shù)，2011（11）.

[2]陳振平.淺談?wù)婵疹A(yù)壓沉降監(jiān)測方法及固結(jié)度計算[J].中國水運(yùn)，2012（7）.

[3]JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[J].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]