大面積吹填淤泥區(qū)隔離帶施工技術(shù)

許安位，陳雪芹

（桐鄉(xiāng)市交通工程有限公司，浙江 嘉興 314501）

大面積吹填淤泥區(qū)常根據(jù)使用需求分區(qū)進行軟基處理，在分區(qū)位置設(shè)置隔離帶，以阻止非處理區(qū)淤泥向處理區(qū)流動。隔離帶常規(guī)施工技術(shù)是直接在分區(qū)位置打設(shè)充填砂袋形成圍堰，因吹填淤泥具有高含水量、高壓縮性、低滲透性等特性[1]，導(dǎo)致該技術(shù)施工難度大，成效低。根據(jù)對天津臨港及南港、河北黃驊等地區(qū)類似工程調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在吹填淤泥上充填砂袋時容易產(chǎn)生下沉，隨著軟基處理的進行，已吹填完成的砂袋圍堰還可能產(chǎn)生傾覆，造成淺層硬殼層破裂、淤泥反起、形成翻漿的現(xiàn)象。充填砂袋圍堰沒有起到隔擋作用，且無法按設(shè)計要求進行施工。

采用無砂墊層真空預(yù)壓法對新近吹填的超軟淤泥地基進行淺層加固，吹填淤泥表層會形成具有一定強度和厚度的硬殼層，土體物理力學(xué)性質(zhì)明顯改善[2-3]，利用吹填淤泥的固結(jié)特性，結(jié)合天津南港某吹填造陸工程軟基處理分區(qū)隔離帶實際施工情況，提出了新的技術(shù)方案。實踐證明，該技術(shù)方案是可行的，且具有良好的經(jīng)濟和社會效益。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

天津南港某吹填造陸工程位于獨流減河河口南側(cè)7km 處，長方形布置，呈東西走向，西起天津南港工業(yè)區(qū)B03 路路基圍埝，東至東防波堤，全長6035m，寬717m，工程內(nèi)容包括：新建圍埝、二級子埝、吹填及地基處理等。其中，吹填造陸面積432.4 萬m2，地基處理面積約為181.1 萬m2，施工總平面布置見圖1。工程由二個標段組成，一標段要求吹填標高為+6.1m，軟基處理交地標高+3.7m，二標段要求吹填標高為+6.2m，軟基處理交地標高+3.8m。

1.2 地質(zhì)情況

吹填取泥區(qū)位于南港工業(yè)區(qū)東港池內(nèi)部，屬華北平原濱海地貌，其表層多為典型第四紀濱海相軟弱沉積層，勘察區(qū)域地下水形相對平緩，高程為-3.22～-4.06m不等。本工程取泥可開挖至高程-16.0m，對取泥區(qū)各土層的疏浚類別判定如表1 所示。

表1 各土層疏浚類別判定表

1.3 淤泥特性

現(xiàn)場采集吹填土樣進行常規(guī)顆粒分析，得到土體顆粒組成以黏粒為主，小于0.075mm 顆粒占總質(zhì)量的78%～99.4%[4]，工程場地吹填后沒有時間進行晾曬，吹填土的含水量在100%以上，為浮泥-淤泥狀態(tài)。

2 隔離帶施工方案選擇

大面積吹填淤泥區(qū)隔離帶原設(shè)計方案是形成充填砂袋圍堰，阻止非處理區(qū)淤泥向處理區(qū)流動。但是在大面積吹填淤泥區(qū)施工充填砂袋圍堰存在諸多問題，一是吹填管線要跨過四百多米寬的吹填淤泥區(qū)域，其間要布設(shè)多處浮管，難度大且成本高；二是為保證受力均衡充填砂袋分層分段進行，需頻繁調(diào)整吹填管線位置；三是需要大量工人直接在吹填淤泥區(qū)作業(yè)，安全隱患大；四是充填砂袋時機不好把握，設(shè)計單位建議在抽氣階段邊觀察邊施工，因可施工的時機短暫，同時組織大范圍施工時間上來不及。

經(jīng)過總結(jié)類似工程的施工經(jīng)驗、論證分析，提出了新的施工方案，即取消充填砂袋，直接利用吹填淤泥的固結(jié)沉降特性，通過改進軟基淺層處理施工工藝，在隔離帶形成硬殼層斜坡，將非處理區(qū)吹填淤泥的流動范圍控制在隔離帶以內(nèi)。改進措施主要包括兩方面，一是推算軟基處理沉降量，據(jù)此分階段依次縮短隔離帶塑料排水板的長度，在抽真空作用下可形成斜坡；二是在隔離帶靠近非處理區(qū)一側(cè)密封膜下放置自重輕、具有一定抗壓能力的材料，形成具有一定高度的拱包。

3 新方案的具體措施

3.1 塑料排水板長度確定

3.1.1 最小壓縮厚度的確定

天津濱海地區(qū)歷年施工經(jīng)驗表明，通過人工排水，吹填淤泥表層形成與下部土層呈漸變的硬殼層，硬殼厚度變化范圍為50～55cm，其強度應(yīng)好于或接近于濱海相沉積層的軟黏土，狀態(tài)應(yīng)為可塑——軟塑，含水率為35%～48%。

本工程隔離帶總長約6,452m，寬30m，總的壓縮厚度為4.5m。為形成斜坡，靠近非處理區(qū)一側(cè)壓縮厚度應(yīng)減小，靠近處理區(qū)一側(cè)塑料排水板的長度保持為4.5m，靠近非處理區(qū)一側(cè)塑料排水板長度應(yīng)能夠形成0.5m 厚的硬殼層同時沉降最小。假定軟基處理前后土體積不發(fā)生變化，軟基處理前含水率為90%，軟基處理后含水率為45%，土粒比重取2.70。設(shè)軟基處理前的參數(shù)為V土、V水、M土、M水、V總，軟基處理后的參數(shù)為V土'、V水'、M土'、M水'、V總'，可建立以下方程：

軟基處理前后土體積不發(fā)生變化，則V土=V土'，聯(lián)立解上述方程，可得V總=0.9，即至少需0.9m 厚的土才能壓縮到硬殼層的厚度，則可得B 點排水板的厚度為0.9m。

3.1.2 塑料排水板的布置

塑料排水板的間距仍按原設(shè)計的0.7m×0.7m 間距布置，為形成平順過渡段，且考慮塑料排水板施工的便捷性，過渡段排水板的長度分為四類：長4.5m，布置寬度為10m；長3.5m，布置寬度為5m；長3.0m，布置寬度為5m；長2m，布置寬度為5m；長1.0m，布置寬度為5m。形成斷面見圖2。

圖2 變長度塑料排水板布置

3.2 形成拱包材料選型

形成拱包的材料應(yīng)具有自重輕不會下沉到吹填淤泥中，同時在抽真空期間應(yīng)能承受一定的壓力不被壓扁。泡沫板自重輕，但抽真空期間會有產(chǎn)生一定量的壓縮，經(jīng)現(xiàn)場試驗，會壓縮約25%，因此選取1m 厚的泡沫板，實際壓縮后高度為0.75m。另外考慮選用廢棄空油桶，其自重輕，也不易壓縮，但因用量大，難以集齊。最終選用泡沫板，高1m，底寬2m。

3.3 抽真空孔隙水反壓覆蓋

完成真空泵系統(tǒng)安裝，空載調(diào)試真空射流泵，當(dāng)真空射流泵上真空度達到0.096MPa 以上，抽真空，并將排出的孔隙水覆蓋在加固區(qū)內(nèi)。

3.4 硬殼層穩(wěn)定性分析

通過采取新的措施在隔離帶形成的硬殼層如圖3 所示。

圖3 隔離帶形成硬殼層示意圖

斷面共分為三部分，采用Bishop 法計算圓弧滑動的計算參數(shù)，主要特征參數(shù)見表2。

表2 主要特征參數(shù)

③區(qū)吹填淤泥的液限為39.3%，其含水率遠高于液限，故吹填淤泥會向②區(qū)流動，產(chǎn)生附加荷載，荷載值大小與淤泥厚度呈線性關(guān)系，最大值為76.5 kPa。采用巖土理正計算5.6 版，邊坡穩(wěn)定分析，復(fù)雜土層土坡穩(wěn)定計算。考慮土工布及密封膜起錨固作用，筋帶力作用于滑面切線方向，通長布置，強度為100 kN。計算結(jié)果如圖4 所示：

圖4 計算結(jié)果顯示圖

最不利滑動面：

滑動圓心=(17.480,27.600)(m)

滑動半徑=32.691(m)

滑動安全系數(shù)=2.495

由此說明，采取新的方案形成的硬殼層是穩(wěn)定的，能滿足使用需要。

3.5 施工效果

通過應(yīng)用新的技術(shù)，以打設(shè)不同深度的塑料排水板來控制淺層加固過渡段不均勻沉降，使其形成一個硬殼層斜坡，并利用泡沫板形成一道坎，將抽真空排出的孔隙水反壓覆蓋到處理區(qū)一側(cè)，由此可有效控制非處理區(qū)一側(cè)的淤泥不流入到處理區(qū)一側(cè)。施工效果如圖5 所示。

圖5 隔離帶硬殼層形成

4 結(jié)束語

利用吹填淤泥的固有特性，依靠自身固結(jié)沉降形成斜坡，控制非處理區(qū)淤泥流動范圍僅限于隔離帶內(nèi)。該技術(shù)主要有以下特點：

（1）通過縮短塑料排水板減少加固深度形成土梗和土體孔隙水反壓覆蓋與未加固區(qū)的流泥達到平衡，使未加固區(qū)域的流泥流入范圍僅限于淺層加固過渡段內(nèi)，從而取消充填砂袋隔擋圍堰施工，并有效地縮短施工工期。

（2）通過取消充填砂袋隔擋圍堰施工，可大大減少施工成本，有效降低工程造價。

（3）該技術(shù)簡單快捷、操作方便，無額外加裝設(shè)備，成本低。