貨柜碼頭遷建工程陸域軟基處理真空預(yù)壓工藝設(shè)計(jì)

石瑜 保利長(zhǎng)大工程有限公司

貨柜碼頭遷建工程的設(shè)計(jì)與調(diào)整較為復(fù)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(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)固性，會(huì)使用真空預(yù)壓工藝對(duì)標(biāo)定區(qū)域的陸域軟基進(jìn)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(jìn)行壓力外傳，避免出現(xiàn)軟基形變、斷裂以及下沉等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)[1]和參考文獻(xiàn)[2]中分析了兩種傳統(tǒng)工藝，這類(lèi)預(yù)壓工藝具有預(yù)壓范圍廣、控制程度高等優(yōu)勢(shì)[1-2]。然而一旦應(yīng)用于復(fù)雜的施工環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度較差，以至于真空預(yù)壓效果不佳，對(duì)后續(xù)施工造成或多或少的阻礙，因此，對(duì)貨柜碼頭遷建工程陸域軟基處理真空預(yù)壓工藝進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和分析。選擇較為真實(shí)的工程作為測(cè)定背景，以對(duì)比的形式展開(kāi)分析，提高軟基抗剪強(qiáng)度的同時(shí)，確保工程實(shí)施[3]。

1.陸域軟基處理真空預(yù)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(mén)鎮(zhèn)太平水道口門(mén)處的東側(cè)，南距珠江虎門(mén)口約4km，屬東莞市虎門(mén)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(gè)億，碼頭屬于高樁梁板順岸式碼頭，包括5000t級(jí)集裝箱船泊位2個(gè)、1000t級(jí)件雜貨船泊位1個(gè)以及三座引橋。由于位于珠江口，土地松散，地基不夠堅(jiān)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(duì)軟地基進(jìn)行處理，使其沉降變得足夠堅(jiān)固，真空預(yù)壓工藝是解決這一問(wèn)題的有效方法之一，為此，本文主要對(duì)該工程的陸域軟基處理真空預(yù)壓工藝進(jìn)行分析研究。

1.2 真空預(yù)壓工藝設(shè)計(jì)

1.2.1 工作墊層鋪設(shè)

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(duì)陸域軟基的建設(shè)現(xiàn)狀，進(jìn)行真空預(yù)壓處理。工作墊層鋪設(shè)是一種隔絕性的預(yù)壓防護(hù)方式，使用編織布或者塑料薄膜在軟基下沉嚴(yán)重的位置進(jìn)行鋪設(shè)，并在下方設(shè)定250g/m2的土工布[4]。此時(shí)，測(cè)定出軟基的側(cè)向?qū)挾?，并進(jìn)行相關(guān)預(yù)壓指標(biāo)參數(shù)的設(shè)定，具體如表1所示。

表1 工作墊層鋪設(shè)指標(biāo)參數(shù)設(shè)定表

結(jié)合表1可以完成對(duì)工作墊層鋪設(shè)基礎(chǔ)指標(biāo)的設(shè)定及調(diào)整。隨后，根據(jù)軟基的覆蓋區(qū)域進(jìn)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(yù)壓處理奠定基礎(chǔ)[5]。

1.2.2 雙向密封處理

根據(jù)軟基填土的厚度，對(duì)基底進(jìn)行密封處理。傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝一般會(huì)采用定向預(yù)埋法的方式進(jìn)行密封處理，雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，但是密封效果較差，在復(fù)雜的環(huán)境下，更容易受到外部因素的影響，造成真空預(yù)壓出現(xiàn)偏差，以至于工程結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度較差，留下安全隱患。為此，可以先在陸域軟基需要預(yù)壓的位置劃定中軸線，布設(shè)對(duì)應(yīng)數(shù)量的承壓監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，并測(cè)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(yù)設(shè)單元壓力，表示實(shí)測(cè)單元壓力，表示極限壓力，?表示壓力差。結(jié)合上述測(cè)算出的膜下真空壓力，可以預(yù)估出此時(shí)軟基的外部壓力差，采用人工搬運(yùn)的方式，在軟基的吹填區(qū)進(jìn)行填土，并在兩側(cè)進(jìn)行預(yù)壓縫合處理。在此過(guò)程中需要注意的是，密封膜的加壓必須一次成型，否則將會(huì)導(dǎo)致關(guān)聯(lián)膜布發(fā)生破裂，不利于軟基后期的真空預(yù)壓，甚至?xí)?dǎo)致基體進(jìn)一步下沉，造成嚴(yán)重后果。

1.2.3 真空抽氣及分層預(yù)壓搭接

在陸域軟基區(qū)域內(nèi)設(shè)定搭接輔助結(jié)構(gòu)，在軟基的側(cè)方安裝一個(gè)真空泵，與平衡裝置形成關(guān)聯(lián)。在此過(guò)程中分三批次進(jìn)行真空抽氣，依據(jù)膜下真空壓力的變動(dòng)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的抽氣周期。測(cè)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(dòng)值，t表示拼接寬度，u表示軟基預(yù)壓間距，k表示預(yù)壓次數(shù)。結(jié)合測(cè)算出的下沉深度，可以分析研究出真空預(yù)壓的實(shí)際效果，在標(biāo)定的范圍之內(nèi)進(jìn)行密封性檢查，如果出現(xiàn)漏氣、脹氣等情況，需要及時(shí)作出處理。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行分層預(yù)壓搭接增加軟基施工的穩(wěn)固性，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

隨后在標(biāo)定的范圍之內(nèi)，依據(jù)地基下設(shè)承壓樁體的荷載情況，更改搭接的預(yù)壓結(jié)構(gòu)搭接的方向及位置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化預(yù)壓處理。

1.2.4 沉降加固實(shí)現(xiàn)預(yù)壓處理

為確保預(yù)壓處理的效果，提升工程整體的穩(wěn)定性，在所搭建的預(yù)壓搭接結(jié)構(gòu)之中，增設(shè)沉降側(cè)向輔助結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步加固，并擴(kuò)大軟基的預(yù)壓覆蓋范圍。在真空負(fù)壓的作用下，在表層軟土內(nèi)布設(shè)一個(gè)排水板，大致設(shè)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(cè)定出孔壓總消散值，如果達(dá)到90%以上，表明在真空預(yù)壓處理的過(guò)程中，軟基內(nèi)部壓力逐漸消散，或者轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，此時(shí)的整個(gè)陸域軟基土體有效應(yīng)力進(jìn)一步提升，更為穩(wěn)固，能夠最大程度提升工程結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度，降低下沉、崩塌等問(wèn)題的發(fā)生概率。至此，完成真空預(yù)壓的全過(guò)程。

2.工藝測(cè)試

為證明設(shè)計(jì)方法的有效性，將參考文獻(xiàn)[1]和參考文獻(xiàn)[2]作為對(duì)比方法，測(cè)試最終得出的結(jié)果以對(duì)比的方式展開(kāi)分析。在進(jìn)行方法效果對(duì)比前，首先需要結(jié)合測(cè)試工程的施工需求，搭建相應(yīng)的工藝測(cè)定環(huán)境。

2.1 搭建工藝測(cè)定環(huán)境

為提升方法對(duì)比有效性，將該工程的陸域軟基劃定為3個(gè)區(qū)，同時(shí)實(shí)施真空預(yù)壓處理。利用專業(yè)設(shè)備，測(cè)定出三個(gè)測(cè)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(jié)合上述獲取的數(shù)據(jù)及信息，計(jì)算出實(shí)際的承載值，具體如下公式3所示：

公式3中：F表示實(shí)際承載值，a表示預(yù)埋深度，m1表示預(yù)設(shè)承載力標(biāo)準(zhǔn)，m2表示實(shí)測(cè)承載力標(biāo)準(zhǔn)，χ表示荷載值。結(jié)合得出的承載值，在碼頭預(yù)壓處理區(qū)域之內(nèi)，布設(shè)對(duì)應(yīng)數(shù)量數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，便于獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)施工準(zhǔn)備—墊層鋪設(shè)—排水板安裝—導(dǎo)管引導(dǎo)—密封—抽氣—監(jiān)測(cè)—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(duì)淺層真空預(yù)壓斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，具體如圖2所示。

結(jié)合圖2設(shè)定對(duì)該碼頭的真空預(yù)壓斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)和布設(shè)。隨后根據(jù)真空預(yù)壓面積，布設(shè)工作墊層，在現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建一個(gè)矩形的塑料泡沫板作為臨時(shí)施工通道。在陸域軟基劃定的各個(gè)區(qū)域之中將插打塑料層與排水板、鋪設(shè)濾管搭接排布， 營(yíng)造安全、穩(wěn)定的真空預(yù)壓環(huán)境。

2.2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

結(jié)合上述布設(shè)的工藝測(cè)試環(huán)境，結(jié)合該工程的實(shí)際施工需求及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體測(cè)試?？梢韵仍谌齻€(gè)標(biāo)定區(qū)域之內(nèi)設(shè)置引水導(dǎo)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(shè)定卡槽，以此來(lái)提升排水板的承壓能力，確保遷建結(jié)構(gòu)時(shí)刻保持平衡。

以此為基礎(chǔ)，在陸域軟基之上鋪設(shè)一層密封薄膜，與區(qū)域內(nèi)的基體形成搭接，設(shè)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(shè)備，將軟膜中的空氣抽出，連接真空泵，測(cè)算出此時(shí)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(biāo)定承載力。結(jié)合測(cè)試出的真空壓力，接下來(lái)，按照預(yù)設(shè)的密度進(jìn)行設(shè)備布置。進(jìn)行抽氣處理，為確保抽氣的順利進(jìn)行，可以分三批次抽取，過(guò)程中關(guān)聯(lián)真空泵，確保三個(gè)陸域軟基區(qū)域的膜下真空壓力大于65kPa即可。隨即進(jìn)行預(yù)壓，在遷建異常的位置進(jìn)行標(biāo)記，測(cè)定出軟基此時(shí)的沉降深度為1.2m，真空卸載后，采用橫向承壓的方式，在預(yù)設(shè)的定位點(diǎn)上設(shè)定輔助結(jié)構(gòu)，均衡地基所承受的壓力，并計(jì)算出三個(gè)區(qū)域的抗剪強(qiáng)度，具體如公式5所示：

公式5中：Η表示抗剪強(qiáng)度，?表示累計(jì)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(guò)渡值，ε表示土體壓力。得出不同方法的抗剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表

結(jié)合表2可以完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的驗(yàn)證分析，可知，相較于傳統(tǒng)工藝測(cè)試組，本文設(shè)計(jì)工藝測(cè)試組最終得出的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，表明在施工的過(guò)程中，該方法的陸域軟基真空預(yù)壓效果較好，能夠大幅提升軟基抗剪強(qiáng)度，保證工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

3.結(jié)束語(yǔ)

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