排水固結加固法在新建碼頭中的實踐

鄭際毅

摘 要：介紹某碼頭工程在潮汐區采用真空預壓方案對岸坡區進行地基加固處理的施工設計、施工工藝， 以及在潮汐區施工中遇到的技術難題的處理措施。

關鍵詞：真空預壓 地基處理

近年來，沿海地區建設規模不斷擴大，建設用地越來越緊張，為此向海要地成為解決沿海地區因城市建設和拓展造成土地緊張問題的主要途徑。而在通過解決這個問題的過程中，由于潮間帶所處的地理位置和地質條件的特殊性，該位置的軟基處理具有一定程度的復雜性和困難。在已有的資料中顯示，廣州港南沙港區軟基處理項目、深圳灣北岸潮間帶濱海大道軟基處理項目、寧波大榭招商國際集裝箱碼頭工程項目、連云港市新城閘工程閘塘內軟基處理項目、連云港廟嶺三期突堤軟土地基項目等，在潮間帶的岸坡處理中使用了排水固結的方法進行加固，該方法得到較好的應用。

文中涉及的軟基處理區域：該地區地質構造復雜，地質環境特殊，在長期的河流沖積和海潮進退作用下，沉積了深厚的海陸交互相軟土；且在臨海區域的淺海灘涂位置，人工吹填了大量的淤泥、淤泥混砂的填土。而且此次處理屬于臨時處理措施，軟基處理結束后約三分之一的區域將進行大面積的基槽開挖，以便形成后方的回填空間，同時需要保證開挖后的坡面穩定以及保證剩余的區域達到使用的要求。雖然排水固結的方法已得到較好的運用，但是由于文中涉及的項目具有其不同的特點，因此介紹在該區域選擇真空預壓的施工工藝及實施過程和實施后的效果，為類似工程提供借鑒。

工程概況

1、設計水位

根據1991年潮位資料統計：①設計高水位（高潮10%）：3.24m；②設計低水位（低潮90%）：0.53m；③極端高水位（50年一遇）：4.44m；④極端低水位（50年一遇）：-0.10m。

2、地質條件

根據勘察資料，工程場區主要有，陸成沖積地層，河口沖積沉積地層、陸域沖洪積地層、海陸交互沉積地層及人工填土層。淤泥層為飽和流塑狀態，厚度不等，一般為5～20m，平均厚處達14.5m，含水量為46.5%～70.5%，原位十字剪切試驗平均強度約為9.6KPa，壓縮模量1.17～2.82MPa，屬高含水量、高壓縮性、強度極低的超軟粘土地基。淤泥層之上，進行了吹填，由于吹填料的性質不同，有的區域是含砂量較大的材料，有的區域是浮泥，俗稱“爛泥塘”。

3、地基處理

地基處理采用土工布、土工格柵（在浮泥區域鋪設）+砂墊層+塑料排水帶+真空預壓排水固結方法處理。砂墊層厚1.5m，排水板采用正方形布置間距為1m，深度要求約為25m，根據土層情況排水板底部距離下臥砂層頂部50cm；抽真空維持恒載85kPa約85天。地基處理的斷面示意圖如圖1所示。

設計要求：推算的主固結殘余沉降<25cm；推算得到的固結度達到90%以上；場地使用荷載按50 kN/m2考慮。

工程的難點及解決措施

在原有位置上實施充填沙袋圍堰，這對原有的圍堰是一種加載影響。在實際實施過程中發現，在吹填后方的陸域時，臨海側的小圍堰同時發生向還側位移。若再增加充填沙袋圍堰，將會增加本身圍堤的失穩風險。因此，在實際實施中把小圍堰向海側前移30m，減少充填沙袋圍堰的高度和斷面大小。

由于處于潮間帶區域，鋪設砂墊層后，砂墊層容易流失，影響真空預壓的橫向排水通道的施工質量。打設塑料排水板施工可能會遇上在水上施工，需要考慮如何保證打設排水板的質量及打板機施工的安全。因此，在設置小圍堰的時候，增加了木樁以抵抗水浪和風浪的沖蝕，提高了小圍堰的穩定，保證了后續實施過程中，保持在陸上施工。

由于真空預壓區由吹填砂形成陸域， 砂層厚度不均有的厚度達到10m左右， 潮水位接近或超過真空預壓加固區場地高程， 在砂層厚、地下水位高的情況下，無法通過挖掘機進行密封溝開挖， 唯有采用泥漿攪拌樁形成密封墻進行真空預壓區周邊密封處理。在潮水漲落交替沖刷的潮間帶區域進行大面積真空預壓施工， 將面臨如何在潮水中進行攪拌樁施工， 并保護已施工好的密封墻不受潮水沖刷損壞，確保密封墻的密封效果等難題。能否克服這些技術難題， 也成為決定真空預壓以至總體工程成敗的關鍵。經過科學論證， 為保證泥漿攪拌墻質量，主要采取以下技術措施：①為盡量減少因在吹填過程中擠淤造成的局部砂層偏厚造成淤泥攪拌樁密封漏洞， 除采用鉆孔取樣的方式沿真空預壓邊界按50m一個孔的間距現場鉆孔判定砂層厚度外， 泥漿攪拌樁施打深度以超過鉆探測定的吹填砂厚度1.0 m以上控制。②泥漿質量是決定泥漿攪拌墻質量的關鍵。由于周邊淤泥多為粉質土顆粒構成， 經在島上及周邊多個地點取淤泥制取的泥漿黏稠度不高， 顆粒間黏結力小， 很容易產生離析現象， 用這樣的泥漿形成的密封墻泥漿顆粒很容易在抽真空過程中由于加固區內外存在壓力差而被吸走流失， 致使密封墻密封效果下降甚至失效。反復尋找合適淤泥來源和試驗仍無法制取高質量的泥漿，最后決定在海域取泥漿， 用船運至現場后由泥漿泵吹送至儲漿池， 在儲漿池制配成合格的泥漿后再由泥漿泵輸送至樁機使用。③確保泥漿濃度及摻入量。設計泥漿重度要求13.5 kN/m3， 摻入比達 35%以上， 采用四攪四噴工藝。針對本工程處于潮水變動的潮間帶區域，潮水漲落易對密封墻造成不利影響， 根據現場實際情況， 盡量提高施工標準： 如施工實際控制泥漿濃度要求達到 14 kN/m3加大攪拌機輸漿泵功率， 摻入比達到 48%以上。在實際施工中， 加固區周邊先進行四攪四噴泥漿攪拌樁施工， 在鋪設真空預壓密封膜前再進行兩噴兩攪的復攪施工， 增加的兩噴兩攪的復攪施工樁管的下沉及提升速度控制在1.0～1.2 m/min。④采取措施保護密封墻，因此把海側前沿的密封墻的位置向陸側移動2～3m，這樣海側的小圍堰形成一個保護墻，以免漲落潮潮水的沖刷易將密封溝外的中粗砂沖進密封溝。⑤在密封溝加插薄膜， 進一步提高泥漿墻密封效果。由于泥漿濃度配制較高， 攪拌樁施工質量有保證， 剛施工完畢的攪拌墻處于流塑狀態，考慮到現場真空預壓復雜的邊界條件和施工環境，為進一步提高密封墻的效能， 攪拌樁施工完畢后，在密封墻內側加插深度 2.5～3.0 m 的密封膜。

在岸坡挖泥等工序施工之前，都先進行縝密的安全穩定分析計算，指導挖泥的速度和挖泥區距真空預壓加固區邊界的距離，對于岸坡區施工期間的穩定起到了關鍵作用。岸 坡 區 潮間帶真空預壓期間，回填、岸坡挖泥和樁基作業等施工工序也要交叉進行，將影響岸坡區的穩定性。

效果分析

根據設計的要求，在真空預壓處理區域設置了沉降觀測、孔隙水壓力觀測、分層沉降觀測等監測項目和加固前后十字板檢測、加固后的靜力觸探試驗、加固后的載荷板試驗以及加固前后取樣室內土工試驗。

1、現場監測情況

根據沉降監測資料，用雙曲線法、傳統三點法等對土體固結度、殘余沉降量進行計算分析， 土體固結度超過 90%， 殘余沉降量小于250 mm， 滿足設計要求。其中，沉降值范圍在1.53m～2.05m之間變化。在穩定恒載期間，負的超孔隙水壓力值隨深度其絕對值逐漸減小，在深度為21m時，其負的超孔隙水壓力值為-41.5kPa左右，說明加固的深度影響可至少達到21m。由于所對應的圍堤是較危險區域， 水深較深， 水下地形坡度較大， 因此在加固區海側邊界埋設了深層水平位移觀測儀器， 用于觀測施工抽真空期的土層水平位移情況。各區實測最大水平位移值分別為18.4mm～80.4mm位移的方向是指向加固區內， 這充分表明， 真空預壓法對圍堤的安全是有利的。

2、現場檢測情況

原位取土試驗分析。通過土的常規試驗分析， 發現原來松散的砂層變得非常密實， 淤泥層、淤泥質粉質黏土層等土體物理力學指標明顯改善， 取得了良好的地基加固效果。加固前后土體物理力學指標變化情況：含水量由46.5%～70.5%加固后變化為39.8%～60.3%；濕密度由平均值1.662kN/m3加固后變化為1.708kN/m3；孔隙比由平均值1.55加固后變化為1.31等。

原位試驗結果分析。原位十字剪切試驗平均強度約為9.6KPa加固后變化為17.1kPa；靜力觸探試驗值在加固后平均值550kPa；靜荷板試驗結果顯示場地達到120kPa的承載力。

使用結果分析。潮間帶的岸坡區已開挖至設計要求的標高，整個場地穩定，達到了設計的預期效果。整個區域還有部分作為碼頭和堆場的銜接區域尚未投產，需要待投產后進行觀測再進行評價。

結語

在潮汐區的真空預壓加固是成功的。真空預壓有利于土體中水的排出及孔隙水壓力的迅速消散； 真空預壓的作用改善了原有的土體， 極大地提高了土體承載力， 滿足了的設計要求； 圍堤的安全也得到了保證，其使用效果較好。

參考文獻：

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[3] 朱福明 天津港新建滾裝碼頭潮間帶岸坡區真空預壓的施工[J].現代公，2009No.15（Aug）：82-84.

（作者單位：廣州港集團南沙工程辦公室）