濱州港軟基處理相關(guān)問題及解決措施

張 哲，張桂平，馬曉雪，趙軍，尚志輝，馬海燕

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所，天津水運工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300456）

引言

真空預(yù)壓是軟基處理常用的一種方式，在我國沿海陸域形成項目中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。濱州港某軟基處理項目軟基處理深度約19 m，需采用排水板樁機施打排水板。因工期緊張，現(xiàn)場在吹填完成、排出場地表面余水后即開展真空預(yù)壓作業(yè)。新近吹填土含水量高、承載力弱，無法為排水板樁機提供承載力，項目采用了淺層直排式真空預(yù)壓與深層真空預(yù)壓相結(jié)合的方式進(jìn)行軟基處理。淺層軟基處理環(huán)節(jié)采用人工插打塑料排水板的方式對表層4 m 的軟土進(jìn)行處理，旨在為后續(xù)深層真空預(yù)壓階段排水板樁機進(jìn)場提供承載力。深層真空預(yù)壓階段對厚度約19 m 的軟土進(jìn)行了處理并取得不錯的效果。

該項目實施過程中遇到了吹填軟土表面鋪設(shè)淺層真空預(yù)壓工作墊層、人工插打塑料排水板、深層真空預(yù)壓排水板周邊出現(xiàn)孔洞及深層真空預(yù)壓階段預(yù)壓區(qū)外部地面裂縫等問題，經(jīng)現(xiàn)場研究探索找到了相應(yīng)的解決措施，確保了工程的順利開展。

1 工程概況

項目位于濱州港海港港區(qū)，通過港池及航道疏浚土吹填形成約85 萬m2的陸域。吹填區(qū)原位處分布有10 m 厚度的天然沉積軟土，后續(xù)吹填軟土厚度9 m，軟土厚度合計19 m。為確保后續(xù)工程的承載力需求，現(xiàn)場采用淺層直排式真空預(yù)壓與深層真空預(yù)壓相結(jié)合的方式進(jìn)行軟基處理。淺層真空預(yù)壓與深層真空預(yù)壓的平面分區(qū)保持一致，共分為33 個分區(qū)，每個分區(qū)面積大約2 萬～3萬m2，真空預(yù)壓平面分區(qū)見圖1。

圖1 真空預(yù)壓平面分區(qū)圖

2 相關(guān)問題及解決措施

2.1 淺層真空預(yù)壓工作墊層鋪設(shè)

淺層軟基處理開始前，現(xiàn)場對吹填區(qū)表層4m軟土進(jìn)行了取樣，相關(guān)指標(biāo)見表1。

表1 表層4m 土層指標(biāo)表

由表1 可知，吹填土表層0～2 m 深度為流泥，含水率在80 %以上，2～4 m 深度為淤泥，含水率在70 %以上，兩層土抗剪強度均小于2 kPa，承載力低，作業(yè)人員無法正常通行，需搭建施工便道為鋪設(shè)工作墊層提供條件。由圖2 淺層真空預(yù)壓斷面圖可知，淺層軟基處理階段首先需要在吹填區(qū)軟土表面鋪設(shè)一層200 g/m2編織布，因此需要解決在軟泥上鋪設(shè)淺層真空預(yù)壓工作墊層的問題。孫浩[4]等提出的“平板泡沫浮橋”是一種有效的辦法，但該方法較為繁瑣且需使用竹竿對四角開孔的塑料泡沫板進(jìn)行固定，加大了工程投入。

圖2 淺層真空預(yù)壓斷面圖

經(jīng)研究，現(xiàn)場在吹填區(qū)外將單塊面積為1 000 m2編織布用手提式縫線機縫合，縫合時搭接寬度不小于100 mm 并采用雙線縫合。每塊縫合后的編織布面積略大于相應(yīng)真空預(yù)壓小分區(qū)的面積，本項目按照每邊擴展2 m 進(jìn)行控制。編織布縫合好后整理成卷狀，鋪設(shè)時先在吹填區(qū)邊界處展開較小長度的編織布并鋪設(shè)在吹填區(qū)地表，然后在編織布上鋪設(shè)塑料泡沫板，相應(yīng)數(shù)量的作業(yè)人員成排踩在塑料泡沫板上，用木桿驅(qū)動卷狀的編織布向前滾動鋪設(shè)，不但滿足了通行需求且節(jié)省了材料，還減少了作業(yè)人員的體力消耗。圖3為現(xiàn)場用手提式縫線機縫合編織布的照片，圖4為鋪設(shè)編織布的照片。

圖3 編織布現(xiàn)場縫合

圖4 鋪設(shè)編織布照片

2.2 人工插打塑料排水板

本項目淺層軟基處理階段需采用人工將塑料排水板插入軟泥之中，排水板入土深度4 m。唐蔚東[5]等研制了人工“插槍”，作業(yè)時人工握住“插槍”桿體借助手與桿體之間的摩擦力將排水板插入軟泥中，是一種較為有效的辦法，但當(dāng)排水板插打深度較大時，作業(yè)人員將消耗較大體力。本項目需人工插打4 m 長度的排水板，若采用該“插槍”將對作業(yè)人員造成較大的體力消耗。經(jīng)研究，現(xiàn)場對該“插槍”進(jìn)行了改進(jìn)，在桿體上垂直焊接了一段“手柄”，插桿端部設(shè)有“卡板槽”，用于固定塑料排水板。插打塑料排水板時先將塑料排水板底部用瀝青密封，并將沾有瀝青的一端穿入插桿的“卡板槽”內(nèi)，手握插桿手柄將塑料排水板插入軟泥中，該工具幫助作業(yè)人員較好地節(jié)約了體力。圖5 為唐蔚東[5]等研制的人工“插槍”的作業(yè)照片，圖6 為本文改進(jìn)后的人工插板工具的作業(yè)照片。

圖5 人工“插槍”的作業(yè)照片

圖6 本文人工插板工具的作業(yè)照片

2.3 深層真空預(yù)壓排水板周邊孔洞

因淺層軟基處理階段對吹填區(qū)表層4 m 土體進(jìn)行了處理，致使地表形成了一層“硬殼”。在該項目深層軟基處理采用樁機施打排水板時，排水板周邊形成了“孔洞”，若不進(jìn)行處理，在真空抽氣階段，密封膜在真空壓力下將會在該位置處被撕裂，進(jìn)而產(chǎn)生漏氣，影響軟基處理效果。現(xiàn)場采用中粗砂填補了排水板周邊的“孔洞”，減小了密封膜在真空抽氣階段被撕裂的風(fēng)險。采用的中粗砂含泥量不大于5 %，滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s，干重度不小于15 kN/m3。圖7 為排水板周邊“孔洞”照片。

圖7 排水板周邊“孔洞”

2.4 影響區(qū)地面裂縫

深層真空抽氣階段，在真空預(yù)壓“收縮”效應(yīng)[6]作用下，預(yù)壓區(qū)外部部分區(qū)域產(chǎn)生了大致平行于預(yù)壓區(qū)邊界的裂縫，這將影響預(yù)壓區(qū)的密封效果。關(guān)于裂縫產(chǎn)生的原因，作者認(rèn)同高志義[6]的觀點：預(yù)壓區(qū)外部周邊受影響范圍內(nèi)的區(qū)域（以下簡稱影響區(qū)）在真空預(yù)壓作用下，會產(chǎn)生向預(yù)壓區(qū)的收縮變形。影響區(qū)土體每一個土顆粒都存在一個向預(yù)壓區(qū)內(nèi)的吸力，當(dāng)該吸力大于該土顆粒與其后方緊鄰?fù)令w粒之間的粘聚力時，兩點土顆粒即發(fā)生斷裂，前方土顆粒在真空吸力作用下向預(yù)壓區(qū)移動，后方土顆粒的位移小于前方土顆粒的位移，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)上述問題后，迅速研究了解決措施并付諸實施，具體方法為：將黏土拌合成泥漿，泥漿重度按 13～14 kN/m3進(jìn)行控制，泥漿濃度采用比重計進(jìn)行抽樣檢測，比重大于 1.3。泥漿拌合好后將其灌入裂縫中，在真空負(fù)壓吸力和重力作用下，泥漿不斷地填補到裂縫中，并逐漸把裂縫灌滿，起到了密封效果。

3 工藝效果

3.1 淺層真空預(yù)壓效果

淺層軟基處理結(jié)束后，現(xiàn)場對預(yù)壓區(qū)表層4 m土體取樣進(jìn)行檢測，淺層真空預(yù)壓處理前后表層4 m 土體指標(biāo)對比情況見表2。

表2 淺層軟基加固前后土體情況對比表

由表2 可知與淺層軟基處理前相比，預(yù)壓區(qū)表層4 m 土體含水率下降60 %～80 %，抗剪強度增長200 %以上，其中2～3 m 深度抗剪強度增長超過400 %。預(yù)壓區(qū)表層形成了“硬殼”，滿足了后續(xù)深層真空預(yù)壓樁機進(jìn)場的需求，說明本文提出的在吹填軟土表面鋪設(shè)淺層真空預(yù)壓工作墊層、人工插打塑料排水板的方法在方便快捷、不增加工程資金投入的情況下，可以確保淺層真空預(yù)壓的處理效果。

3.2 深層真空預(yù)壓效果

1）膜下真空度

深層真空預(yù)壓抽氣共計90 天，真空抽氣期間現(xiàn)場對預(yù)壓區(qū)真空度進(jìn)行了監(jiān)測，因影響區(qū)地表裂縫發(fā)現(xiàn)的較為及時且采取的泥漿灌縫措施迅速有效，真空預(yù)壓抽氣期間33 個分區(qū)膜下真空度均保持在85 kPa 以上，說明本文提出的泥漿灌縫措施處理影響區(qū)地表裂縫是一種可行的辦法。

2）加固效果

方便起見，選取距離影響區(qū)地表裂縫最嚴(yán)重的第25 分區(qū)進(jìn)行研究。該分區(qū)深層軟基加固前后土體抗剪強度對比見圖8?？梢钥闯鐾馏w抗剪強度顯著增大，最小增加近20 kPa，最大增加約30 kPa。

圖8 加固前后土體抗剪強度對比圖

本工程設(shè)計要求軟基處理后地表承載力特征值不小于80 kPa，現(xiàn)場采用邊長b=0.5 m 的方形承壓板進(jìn)行淺層平板載荷試驗。根據(jù)規(guī)范[7],取最大加壓荷載P=160 kPa 進(jìn)行試驗。第25 分區(qū)淺層平板載荷試驗p-s曲線見圖9，可以看出p-s曲線整體較為光滑，未出現(xiàn)陡降段，在最大加載160 kPa下，累計沉降值為7.51 mm，現(xiàn)場平板載荷試驗過程中承壓板周圍土體未發(fā)生側(cè)向擠出。根據(jù)規(guī)范[7],處理后地表承載力特征值不小于0.5 倍的最大加壓荷載，即80 kPa，達(dá)到了設(shè)計要求。

圖9 平板載荷試驗p-s 曲線

綜上所述，深層真空預(yù)壓加固后土質(zhì)得到明顯改善，說明該項目深層真空預(yù)壓實施過程中出現(xiàn)的排水板周邊孔洞及影響區(qū)地面裂縫的處理措施得當(dāng)，可以保證軟基處理的效果。

4 結(jié)語

文章針對濱州港軟基處理項目中遇到的在吹填軟土表面鋪設(shè)淺層真空預(yù)壓工作墊層、人工插打塑料排水板、深層真空預(yù)壓排水板周邊出現(xiàn)孔洞及深層真空預(yù)壓階段影響區(qū)地面裂縫等問題提出的相應(yīng)解決措施簡單有效、方便快捷，并可以保證真空預(yù)壓軟基處理的效果，可以為類似工程提供借鑒。