沿海吹填淤泥地基廠房基礎地基處理施工技術

杜理強

(中鐵建工集團有限公司, 上海 200000 )

1 前言

目前國內主要采用的軟土地基處理方法主要有：高真空擊密法、強夯置換法、水泥攪拌樁、碎石樁、高壓旋噴樁,但針對沿海吹填淤泥土質稀軟,即使輕型機械也無法在該場地上行走施工,因此此類方法仍難以正常實施,而近年來主要采用化學固結法和排水固結法,而相對于化學固結法費用較高,目前現場采用較多的均為排水固結法,排水固結法主要分：真空預壓排水法、預壓堆載預壓排水、真空-堆載聯合排水。

本文結合溫州南車靈昆車輛維修基地建設工程一期工程沿海吹填淤泥地基廠房基礎地基處理應用技術研究,通過排水板及粉噴攪拌樁解決地基整體固化問題。

2 工程概況

本項目位于甌江口新區一期G-02-05-01地塊,建筑面積26135.65；層數：1-3層；分兩個階段施工,其中：第一階段的施工內容為總裝聯合廠房及輔助辦公樓(含裝修)、涂裝廠房、單車調試廠房、配電所、室外構筑物。

工程地勘顯示地表以下60m均為淤泥質土,其中上面30-40m為流塑性淤泥質土,這30-40m之中表面4m來源為海底吹填質淤泥,表面承載力極低,地表3m深度經過自重固結排水處理,處理后地基承載力不足40kpa/m2(見圖1，圖2)。

3 方案確定

根據本工程特殊地質情況,為保證地基承載力滿足后續施工要求,地基整體固化措施采取三種方式：

(1)純排水板；

(2)排水板+預壓堆載3.5m；

(3)攪拌樁+排水板+預壓堆載3.5m；

4 適用范圍

目前主要采用純排水板、排水板+預壓堆載3.5m、攪拌樁+排水板+預壓堆載3.5m這三種地基整體固化措施,適用于我國沿海地區工程中涉及吹填淤泥至原淺灘然后形成的沉積軟土,這種土質的特征就是含水量率超高、強度和承載力極低、呈流動狀、壓縮性強。

圖1 巖土施工工程分級表

圖2 極限側阻力標準值qsik、極限端阻力標準值qpk、承載力特征值fak(kpa)

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

(1)排水板的施工工藝流程如圖3所示。

圖3 排水板施工工藝流程

(2)雙向粉噴攪拌樁施工工藝流程如圖4所示。

圖4 雙向粉噴攪拌樁施工工藝流程

(3)路基堆載施工工藝流程如圖5所示。

圖5 路基堆載施工工藝流程

具體施工順序見圖6。

圖6 壓實層縱向施工順序示意圖(場地分2-3次回填壓實)

5.2 操作要點

5.2.1 排水板操作要點

1)排水板施工前準備工作

(1)機具準備：

軌道式插板機(①接地壓力不大于本工程地基承載力；②打設能力滿足設計要求深度；③進退、橫移靈活,定位迅速準確；④機架垂直度調節方便)

(2)材料準備

①采用測深粘合型塑料排水板,每一批塑料排水板應附有出廠合格證及試驗、廠家質量檢驗報告。

②塑料排水板進場后須取樣外委具有相應資質的檢驗部門的檢驗,檢驗合格方可使用。

③在使用時,不僅要檢查所有的出廠合格證、試驗檢驗報告、數量,進場日期是否跟現場吻合,而且要經常檢查塑料排水板的外套薄膜是否完好無損。

④塑料排灰板采用C型,縱向通長率不小于40cm3/s,延伸率≤10%,整帶拉伸輕度不小于1.5KN/10cm,濾膜的拉伸輕度(濕)不小于2.5KN/m,濾膜滲透系數不小于5×10-4cm/s,抗壓屈服強度350kpa．

2)測量放樣

根據測量控制點,對排水板區域樁位進行放樣,放樣完成后搭設木樁,并拋灑白色灰線。

3)插板機就位

根據測量放線點位,將門架定位于設計插板斷面上,插板機沿斷面移動。

4)安裝排水板

將插管長度根據設計深度定好,并做好記號,將帶有掛鉤的尼龍繩從套管的插嘴進入內部,再將尼龍繩上的掛鉤掛住塑料排水板端鐵絲扣。塑料排水板下端彎折固定在套管底的插銷上。

5)沉管插板

①將排水板裝入套筒,并引入插桿。插板前檢查套管垂直度,保證插板垂直度在1.5%以內。

②插入桿對準已定位樁位。

③開啟振動將插桿壓入地基。

④按照設計深度在套管上用油漆作標識,到達設計深度后將套管拔出。則排水板被短鋼筋錨固于孔底。(見圖7)

圖7 排水板施工

6)提升套管及回帶測量

達到設計深度后,提起套管,直到排水板移動抽入套管,量取此時套管的提升高度以用于確定排水板回帶量。如果此時發現存在大面積回帶,則立馬改變排水板插銷形式,以用于減小套管提升時排水板與插銷間的摩擦力,同時增大泥土與排水板底部的實際接觸面積,減少回帶現象。

7)切割排水板

提升套管過程中,當套管底部離開砂面標高50cm以上,需要人工從套管底部切斷排水板,這樣可以控制排水板外露長度在50cm以上。接著再將所留排水板頭彎曲后插進管口。

施工時保持排水板入土的連續性,發現斷裂即重新施插。嚴禁使用板體斷裂和濾膜撕破的排水板,排水板不允許接長使用。

8)回填排水板樁孔

在上拔插入桿過程中,勢必會帶出原土中的淤泥,所帶出淤泥土應有專人清除,并及時清理出砂墊層,以免淤泥堆積,堵塞排水通道,所清理出的淤泥土可用砂回填板樁孔。(見圖8)

圖8 排水板施工完成

9)驗收

①根據相關國家質量驗收規范,主要檢查相關主控項目以及一般項目,如若出現檢查不合格情況,則必須補打一根排水板,所補打位置不得超過不合格排水板位置的20cm范圍,補打結束后須重新檢查,直至合格為止。

②驗收合格后再行將插板機移動至下一板位。

③打設過程中施工員須逐根做好相關施工記錄,并時刻報至監理處。

5.2.2 雙向攪拌粉噴樁操作要點

(1)雙向攪拌粉噴樁工藝原理

本工程存車線、室外道床地段及淋雨臺地基采用雙向攪拌粉噴樁+c型塑料排水板聯合堆載預壓加固,雙向攪拌粉噴樁樁徑0.5m,樁間距1.0m,按正方形布置,樁長16m,塑料排水板板長30m,間距1.0m,按正方形布置,攪拌樁與塑料排水板交錯布置；其單樁承載力不小于70KN.預壓土柱高于道路路床頂面3.5m；預壓時間不小于6個月。塑料排水板頂部設0.6m厚砂墊層,并于墊層內鋪設二層HDPE單項土工格柵,土工格柵抗拉強度不小于80KN/m,兩端回折不小于3m,塑料排水板頂部插入砂墊層0.5m。

場坪道路與建筑物過度區域采用攪拌樁隔離墻+應力釋放孔進行隔離,雙向攪拌樁樁徑0.5m,樁間距0.4m,咬合0.1m,設兩排,交錯布置,樁長18m,其單樁承載力不小于70KN,應力釋放孔孔徑0.3m,孔深18m,孔內回填隨時。

雙向粉噴攪拌樁的施工應遵循兩噴三攪(試樁樁頭3m采取兩噴四攪)的操作程序,且噴粉攪拌時鉆頭提升速度不大于1.0m/min(0.6-1.0m/min),樁位平面定位誤差≤5cm,樁體垂直度≤1/100。雙向粉噴攪拌樁施工中應加強監測,控制攪拌樁施工速度,并根據監測情況及時調整雙向粉噴攪拌站的施工參數,同時調整其施工進度。

(2)測量放線

根據規劃所提供的坐標基準點,同時按照設計圖紙所定位的尺寸位置,采取白灰進行標記。測量放樣完成定位后施工員須做好測量技術相關記錄,上報監理,并請其進行復核驗收簽證,待監理確認無誤后方進行下道工序施工。

(3)清障(如地表存在塘渣或建筑垃圾,需清理回填原狀土)

場地地表如存在塘渣或建筑垃圾,需清理回填原狀土,開挖深度以開挖至原狀土為準。開挖溝槽的余土應安排人員及機械及時進行專業處理并及時外運,以保證不影響深層攪拌樁的正常施工,并保證施工現場整潔干凈,可達到公司對于施工現場的相關安全文明要求。

(4)配置水泥粉

按照設計要求,配置P.O.42.5普通硅酸鹽水泥(如需添加粉煤灰需要提前進行配置,攪拌均勻),待攪拌機下沉到一定深度時,按設計確定的配合比拌制水泥粉。

(5)噴灰攪拌提升

雙向粉噴攪拌機下沉到達設計深度后,開啟空壓機泵及送灰口,從攪拌機中心管將摻有外加劑的水泥粉不斷壓入地基中,雙向粉噴攪拌機提升速度須嚴格按照設計所確定的進行提升,其速度一般不大于1.0m/min。按照比例邊噴灰邊攪拌,壓入約1～2分鐘后再行上提噴灰,一直待提到設計所要求樁頂標高則算完成一次攪拌過程。

(6)重復上下攪拌(二次下沉攪拌提升噴灰)

為確保水泥粉與原地質軟土充分攪拌均勻,在雙向粉噴攪拌機提升至加固深度的頂面標高時,需再次將雙向粉噴攪拌機按照不大于1m/min的下沉速度,邊旋轉邊沉入土中,至設計加固深度后打開送粉裝置,鉆機提升,完成二次攪拌下沉提升噴灰,然后關閉送粉裝置。

(7)再次上下攪拌(三次下沉攪拌)

待以上工序完成后,可再次將雙向粉噴攪拌機按照不大于1m/min的下沉和提升速度邊旋轉邊沉入土中,最終完成第三次攪拌,以確保水泥粉和軟土攪拌均勻。

(8)樁基移位

關閉攪拌樁機械移位至下一樁位。

5.2.3 路基堆載操作要點

(1)路基堆載工藝原理

本工程一期需要對存車線、場內道路、卸貨區進行地基處理,處理方式分為兩種,一種為純排水板加固區域：25米C型排水板+路基堆載材料；另一種為排水板和攪拌樁聯合預壓堆載：16米長雙向攪拌粉噴樁+30米C型塑料排水板堆載預壓。

純排水板加固區域排水板長度為25米,間距為0.8m正方形布置,聯合預壓堆載區域排水板長度為30米,間距為1m,雙向攪拌樁樁徑0.5米(水泥摻量65kg/m),樁間距1米,樁長16米,均為正方形布置,塑料排水板板長30米,間距1米,正方形布置。攪拌樁與塑料排水板交錯布置,預壓土高于道路路床面底3.5米,預壓時間不少于6個月。(見圖9、圖10，圖11，圖12)

圖9 塑料排水板加固軟土地基設計圖(1∶100)

圖10 道路及場坪堆載預壓處理橫斷面設計示意圖

圖11 雙向攪拌粉噴樁+塑料排水板加固軟土地基設計圖

圖12 存車線堆載預壓處理橫斷面設計示意圖

(2)材料準備

廠區各庫房的場坪區采用級配較好的碎石土、礫石土、砂類土等粗粒土填筑。庫房區的工作墊層要求填料粒徑小于300mm。

存車線、室外碎石道床地段及淋雨臺位路堤基床表層采用厚0.3mA組填料填筑；路堤基床底層采用A、B組填料填筑。

路床：0～0.3m填料最小強度CBR≥6%；0.3～0.8mCBR≥95%。填料最大粒徑<100mm。

路床以下：填料最小強度CBR≥94%,填料最大粒徑<150mm。

(3)填土、攤鋪、平整

根據本工程地質特點,需盡量減少不同土質的填料層數,同時不同土質的填料應分層填筑,按照30cm厚度一層進行各種填料層填筑。路床頂面回填層作為最后一層壓實層,厚度按照10cm一層來控制。

為達到最佳碾壓效果,填土區段采用推土機或平地機按照網格化布料進行攤鋪平整,確保在縱向和橫向填層能夠做到平順均勻,以保證壓路機在壓實時其碾壓輪表面能基本均勻接觸層面。

為保證壓路機在實際壓實過程中,壓到路肩而不發生滑坡的現象,推土機在進行攤鋪平整的同時,應對路肩進行初步壓實,堆載填筑橫斷面邊坡率嚴格按照圖紙要求進行施工。

初壓工序完成之后再行采用平地機進行精平,如遇到局部凹坑,則采用人工修整。

(4)碾壓

根據本工程設計要求,粘土類填料用膠輪壓路機靜壓；砂石類填料用振動壓路機振壓。

在進行碾壓前,應檢查是否按照30cm厚度一層進行各種填料層填筑,路床頂面回填層作為最后一層壓實層,厚度按照10cm一層來控制的要求,同時對填筑層的大致平整程度應進行檢查,兩項均符合要求方能進行碾壓。

碾壓時由路基兩側開始向中心縱向碾壓,按照初壓、復壓、終壓三步驟進行。初壓宜低速,復壓宜中速、終壓應快速。

(5)斷面控制

根據施工方案,填方斷面邊坡線放樣時,曲線段每隔10m,直線段每隔15m設置放線樁,每側超填寬度按照35cm進行控制,同時每隔30m用插桿和尼龍繩作成標準幾何斷面,如圖13所示。

圖13 路基橫斷面控制示意圖

(6)路基整形與邊坡壓實

所有排水構造物完成后,同時路基工程中的回填完成之后,即可進行路基整修工序。

在路基整修工序實施前,需根據設計要求,將之前所有放樣的放線樁恢復,同時派遣專職測量員及監理共同復測檢查路基的寬度、中線位置、邊坡、縱橫坡及相應的標高尺寸。

根據施工方案,對填方斷面邊坡線進行復測,曲線段每隔10m,直線段每隔15m設置放線樁,并用坡度尺實時檢測實際坡度。當錘球垂線與對準線重合時表示坡度符合要求,當錘球垂線與對準線不重合時(虛線位置)表示坡度不符合要求。邊坡坡度尺檢查見圖14所示。

圖14 邊坡坡度尺檢查示意圖

兩側超填的寬度應予切除,低邊坡用推土機或平地機刮土整修成型。高邊坡用挖掘機和人工聯合整形。修整的路基表層厚150mm以內松散的或半埋的尺寸大于100mm的石塊,應從路基表面層移走,并按規定填平壓實。

將原邊坡挖成臺階,分層填補夯實。防止邊坡受雨水沖刷后形成小沖溝,如填補的厚度很小(100～200mm),而又是非邊坡加固地段時,可用種草整修的方法以種植土來填補。邊坡用液壓振動夯或牽引式機械振動碾壓實,邊坡壓實示意見圖15。

圖15 邊坡壓實示意圖

(7)堆載預壓

堆載前現在填筑面鋪一層土工織物,土工布幅寬不小于5米,搭接長度10%,預壓土填筑橫斷面邊坡坡率為1∶1,填筑完成后按照每側寬度不小于3米的要求將土工布回折于預壓土頂面,防止出現預壓土流失的情況,并且避免預壓土污染坡面的情況出現。

首先預壓土在填筑過程中采用輕型挖機進行第一層填筑土攤鋪,并完成壓實,施工過程中需注意土工織物的保護。堆載預壓荷載分級逐漸施壓,確保每級荷載下地基的穩定性。每層預壓土填筑厚度控制在0.4米,填筑完成后用中型碾壓機壓實。

(8)沉降觀測及卸載

本工程卸載條件：

①地面總沉降量達預壓荷載下計算最終沉降量的80%以上。

②達到理論計算的地基總固結度80%以上。

③實測地面沉降速率連續10d平均沉降量已降到小于或等于2mm/d以下。

④堆載完成后,連續觀測6個月,其中連續兩個月沉降速率不大于7mm進行控制。

通過隔離粉噴樁內布設的測斜管和路基堆載進行觀測,并進行工后沉降和位移分析,分析結果滿足設計要求時,可分層進行卸載,卸載過程中不得污染已完工的路基。卸載完成后可進行基床表層和上部軌道施工。

在堆載預壓完成后,通過沉降觀測,并對沉降進行分析,分析結果滿足設計要求后,將填筑完成的堆載體進行分層卸載,分層卸載至基床底層頂面(分層卸載過程中應加強對周邊建筑物的監測及已完工程的監測,避免卸載速率過快造成成品破壞),將堆載預壓的土方統一運至棄土場,避免對已填筑好的路基造成破壞。基床底層頂面進行清理重新碾壓密實,達到設計要求后再將基床表層按照要求填筑至設計高程。

根據設計要求,預壓過程中進行地基豎向變形、地下水位、孔隙水壓力、側向位移等項目的監測,根據監測數據確定加載速率控制指標,推算土的固結系數、固結度及最終豎向變形等。預壓后對地基上進行原位十字板剪切試驗和室內土工試驗,分析地基處理效果。(見圖16)

圖16 預壓堆載

6 質量控制

1)對各個工序嚴格把關,明確責任,分工到人。本工程質量要求高,指派從事各項工藝的專業施工單位進行施工,同時派遣專職技術員對各工序進行實時監管。建立項目質量管理責任,形成優良的質量管理辦法。

2)開工前安排所有參施人員認真學習設計要求和施工組織部署,制定有效的質量控制措施。對施工人員進行系統的現場

技術交底,并在工序實施前完成參施人員的安全教育以及質量教育。施工過程中嚴格按施工工藝流程及有關技術要求施工,各道工序都必須經質檢員以及監理檢查。整個施工過程所需要的資料由專業資料員負責整理,應齊全詳盡。

7 應用實例

溫州南車靈昆車輛維修基地建設工程一期工程位于甌江口新區一期G-02-05-01地塊,建筑面積26135.65；層數：1-3層；分兩個階段施工,其中：第一階段的施工內容為總裝聯合廠房及輔助辦公樓(含裝修)、涂裝廠房、單車調試廠房、配電所、室外構筑物；本工程沿海吹填淤泥地基廠房基礎地基處理應用技術研究,通過排水板及粉噴攪拌樁解決地基整體固化問題。

8 效益分析

但針對沿海吹填淤泥土質稀軟,即使輕型機械也無法在該場地上行走施工,因此此類方法仍難以正常實施,本工程采用的排水固結法,既解決了地基整體固化問題,又減少施工成本,是一項具有社會效益和經濟效益的技術措施。

[1]《建筑施工手冊》(第五版)編委會.《建筑施工手冊》(第五版).北京：中國建筑工業出版社.2013∶586-591.