貨柜碼頭遷建工程陸域軟基處理真空預壓工藝設計

石瑜 保利長大工程有限公司

貨柜碼頭遷建工程的設計與調(diào)整較為復雜，尤其是陸域軟基的處理更是存在一定的難度。通常情況下，為增加遷建結構整體的穩(wěn)固性，會使用真空預壓工藝對標定區(qū)域的陸域軟基進行壓縮，最大程度降低內(nèi)部存在的孔隙水及空氣，增加地基的承壓能力，利用土顆粒進行壓力外傳，避免出現(xiàn)軟基形變、斷裂以及下沉等問題。

參考文獻[1]和參考文獻[2]中分析了兩種傳統(tǒng)工藝，這類預壓工藝具有預壓范圍廣、控制程度高等優(yōu)勢[1-2]。然而一旦應用于復雜的施工環(huán)境下，會導致抗剪強度較差，以至于真空預壓效果不佳，對后續(xù)施工造成或多或少的阻礙，因此，對貨柜碼頭遷建工程陸域軟基處理真空預壓工藝進行創(chuàng)新設計和分析。選擇較為真實的工程作為測定背景，以對比的形式展開分析，提高軟基抗剪強度的同時，確保工程實施[3]。

1.陸域軟基處理真空預壓工藝

1.1 工程概況

研究工程位于珠江口東岸東莞市南部虎門鎮(zhèn)太平水道口門處的東側(cè)，南距珠江虎門口約4km，屬東莞市虎門港沙角港區(qū)地域范圍，碼頭及引橋主體工作量約為1.089個億，碼頭屬于高樁梁板順岸式碼頭，包括5000t級集裝箱船泊位2個、1000t級件雜貨船泊位1個以及三座引橋。由于位于珠江口，土地松散，地基不夠堅固，為防止工程修建后由于地基下沉拉裂造成建筑物不穩(wěn)定等事故，需要對軟地基進行處理，使其沉降變得足夠堅固，真空預壓工藝是解決這一問題的有效方法之一，為此，本文主要對該工程的陸域軟基處理真空預壓工藝進行分析研究。

1.2 真空預壓工藝設計

1.2.1 工作墊層鋪設

通常情況下，碼頭的遷建方向需要與施工情況保持一致，針對陸域軟基的建設現(xiàn)狀，進行真空預壓處理。工作墊層鋪設是一種隔絕性的預壓防護方式，使用編織布或者塑料薄膜在軟基下沉嚴重的位置進行鋪設，并在下方設定250g/m2的土工布[4]。此時，測定出軟基的側(cè)向?qū)挾龋⑦M行相關預壓指標參數(shù)的設定，具體如表1所示。

表1 工作墊層鋪設指標參數(shù)設定表

結合表1可以完成對工作墊層鋪設基礎指標的設定及調(diào)整。隨后，根據(jù)軟基的覆蓋區(qū)域進行工作墊層的疊加，完成膜布的拼接之后，在墊層邊緣埋土，增加地基的厚度與寬度，為后續(xù)的真空預壓處理奠定基礎[5]。

1.2.2 雙向密封處理

根據(jù)軟基填土的厚度，對基底進行密封處理。傳統(tǒng)真空預壓工藝一般會采用定向預埋法的方式進行密封處理，雖然可以實現(xiàn)預期目標，但是密封效果較差，在復雜的環(huán)境下，更容易受到外部因素的影響，造成真空預壓出現(xiàn)偏差，以至于工程結構抗剪強度較差，留下安全隱患。為此，可以先在陸域軟基需要預壓的位置劃定中軸線，布設對應數(shù)量的承壓監(jiān)測節(jié)點，并測算出不同位置膜下真空壓力，具體如公式1所示：

公式1中：S表示膜下真空壓力，υ表示密封面積，μ1表示預設單元壓力，表示實測單元壓力，表示極限壓力，?表示壓力差。結合上述測算出的膜下真空壓力，可以預估出此時軟基的外部壓力差，采用人工搬運的方式，在軟基的吹填區(qū)進行填土，并在兩側(cè)進行預壓縫合處理。在此過程中需要注意的是，密封膜的加壓必須一次成型，否則將會導致關聯(lián)膜布發(fā)生破裂，不利于軟基后期的真空預壓，甚至會導致基體進一步下沉，造成嚴重后果。

1.2.3 真空抽氣及分層預壓搭接

在陸域軟基區(qū)域內(nèi)設定搭接輔助結構，在軟基的側(cè)方安裝一個真空泵，與平衡裝置形成關聯(lián)。在此過程中分三批次進行真空抽氣，依據(jù)膜下真空壓力的變動，設定對應的抽氣周期。測定出三次抽氣后軟基的下沉深度，具體如公式2所示：

公式2中：E表示下沉深度，q表示軟基挖掘深度，ξ表示壓力波動值，t表示拼接寬度，u表示軟基預壓間距，k表示預壓次數(shù)。結合測算出的下沉深度，可以分析研究出真空預壓的實際效果，在標定的范圍之內(nèi)進行密封性檢查，如果出現(xiàn)漏氣、脹氣等情況，需要及時作出處理。在此基礎之上，進行分層預壓搭接增加軟基施工的穩(wěn)固性，具體結構如圖1所示：

隨后在標定的范圍之內(nèi)，依據(jù)地基下設承壓樁體的荷載情況，更改搭接的預壓結構搭接的方向及位置，實現(xiàn)動態(tài)化預壓處理。

1.2.4 沉降加固實現(xiàn)預壓處理

為確保預壓處理的效果，提升工程整體的穩(wěn)定性，在所搭建的預壓搭接結構之中，增設沉降側(cè)向輔助結構以進一步加固，并擴大軟基的預壓覆蓋范圍。在真空負壓的作用下，在表層軟土內(nèi)布設一個排水板，大致設定在1.25m處，在排水板的四周挖孔，幫助軟基位置排除孔隙水，減少內(nèi)部的壓力，周期范圍之內(nèi)，測定出孔壓總消散值，如果達到90%以上，表明在真空預壓處理的過程中，軟基內(nèi)部壓力逐漸消散，或者轉(zhuǎn)化為有效應力，此時的整個陸域軟基土體有效應力進一步提升，更為穩(wěn)固，能夠最大程度提升工程結構抗剪強度，降低下沉、崩塌等問題的發(fā)生概率。至此，完成真空預壓的全過程。

2.工藝測試

為證明設計方法的有效性，將參考文獻[1]和參考文獻[2]作為對比方法，測試最終得出的結果以對比的方式展開分析。在進行方法效果對比前，首先需要結合測試工程的施工需求，搭建相應的工藝測定環(huán)境。

2.1 搭建工藝測定環(huán)境

為提升方法對比有效性，將該工程的陸域軟基劃定為3個區(qū)，同時實施真空預壓處理。利用專業(yè)設備，測定出三個測試位置的含水率，確保其處于80%以上，填土表層的流泥深度為0.25～0.35m之間，通常情況下，陸域軟基的土層均是淤泥，結合上述獲取的數(shù)據(jù)及信息，計算出實際的承載值，具體如下公式3所示：

公式3中：F表示實際承載值，a表示預埋深度，m1表示預設承載力標準，m2表示實測承載力標準，χ表示荷載值。結合得出的承載值，在碼頭預壓處理區(qū)域之內(nèi)，布設對應數(shù)量數(shù)據(jù)采集節(jié)點，便于獲取實時數(shù)據(jù)。

設計施工準備—墊層鋪設—排水板安裝—導管引導—密封—抽氣—監(jiān)測—停泵卸載。但是需要注意的是，由于該碼頭承載力有限，需要對淺層真空預壓斷面進行設計調(diào)整，具體如圖2所示。

結合圖2設定對該碼頭的真空預壓斷面進行設計和布設。隨后根據(jù)真空預壓面積，布設工作墊層，在現(xiàn)場構建一個矩形的塑料泡沫板作為臨時施工通道。在陸域軟基劃定的各個區(qū)域之中將插打塑料層與排水板、鋪設濾管搭接排布， 營造安全、穩(wěn)定的真空預壓環(huán)境。

2.2 測試過程及結果分析

結合上述布設的工藝測試環(huán)境，結合該工程的實際施工需求及標準進行具體測試。可以先在三個標定區(qū)域之內(nèi)設置引水導管，由于該碼頭的吹填區(qū)土體承載力較差，所以需要將塑料排水板采用人工插打的形式增加深度，起到穩(wěn)固軟基的作用。隨后，在插桿下端設定卡槽，以此來提升排水板的承壓能力，確保遷建結構時刻保持平衡。

以此為基礎，在陸域軟基之上鋪設一層密封薄膜，與區(qū)域內(nèi)的基體形成搭接，設置拼接的寬度為120mm，將密封膜踩入軟泥之中，大概在0.5m左右即可，保持密封狀態(tài)，利用抽真空設備，將軟膜中的空氣抽出，連接真空泵，測算出此時形成的真空壓力，具體如下公式4所示。

公式4中：A表示真空壓力，o表示壓縮密度，υ1和υ2分別表示膜下壓力及堆疊壓力，?表示標定承載力。結合測試出的真空壓力，接下來，按照預設的密度進行設備布置。進行抽氣處理，為確保抽氣的順利進行，可以分三批次抽取，過程中關聯(lián)真空泵，確保三個陸域軟基區(qū)域的膜下真空壓力大于65kPa即可。隨即進行預壓，在遷建異常的位置進行標記，測定出軟基此時的沉降深度為1.2m，真空卸載后，采用橫向承壓的方式，在預設的定位點上設定輔助結構，均衡地基所承受的壓力，并計算出三個區(qū)域的抗剪強度，具體如公式5所示：

公式5中：Η表示抗剪強度，?表示累計壓力，d表示堆疊壓力，c表示下沉距離，φ表示含水率，d表示空隙過渡值，ε表示土體壓力。得出不同方法的抗剪強度測試結果如表2所示。

表2 測試結果對比分析表

結合表2可以完成對測試結果的驗證分析，可知，相較于傳統(tǒng)工藝測試組，本文設計工藝測試組最終得出的抗剪強度標準相對較高，表明在施工的過程中，該方法的陸域軟基真空預壓效果較好，能夠大幅提升軟基抗剪強度，保證工程結構的穩(wěn)固性，具有實際的應用價值。

3.結束語

綜上所述，便是對貨柜碼頭遷建工程陸域軟基處理真空預壓工藝的設計與驗證的全過程。相比于兩種傳統(tǒng)的預壓工藝，本文涉及工藝具有更強的靈活性與多元性，能夠在復雜碼頭施工環(huán)境下加固陸域軟基，該真空預壓方法的穩(wěn)固性更高，以期通過本文研究為后續(xù)的施工處理提供一定參考。