敞開式潮間帶區(qū)域真空預壓施工研究

張以祿，賈 永，邱智錦

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建福州 350012）

0 引言

真空預壓施工在我國工程施工中已有30 多年，潮間帶作業(yè)多為純水上施工或者純水下真空預壓施工案例，而潮間帶作業(yè)較多采用圍堰保證真空預壓區(qū)內(nèi)不受潮水沖刷影響，以保證真空預壓效果。雖然真空預壓本質(zhì)基本類似，一旦與實際條件結合又各有其特點。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

神華福建羅源灣儲煤一體化項目場地屬剝蝕低丘與海灣灘涂地貌單元連接地帶，絕大部分場地均處于海灣灘涂潮間地帶，理基高程約2.5～4.6 m（以當?shù)乩碚撟畹统泵鏋榛鶞拭妫挥?956 年黃海高程基準下3.85 m，下同）。場地上部為第四系素填土、海積、沖積地層，巖性主要為淤泥、混碎石粉質(zhì)黏土，局部地段夾有碎石或黏土；下部為白堊系石帽山群火山巖，巖性主要為凝灰熔巖（碎斑熔巖），局部地段夾有輝綠巖，多以中—微風化的形式出露，局部地段局部有碎塊狀強風化巖出露。

在30 年前，當?shù)貫轲B(yǎng)殖需要在工程區(qū)域范圍內(nèi)建設了一條海堤，該海堤東西走向，底層為回填砂，上部為兩側(cè)塊石、中間淤泥的防水海堤，橫穿整個真空預壓區(qū)域。

1.2 水文要素

本海區(qū)的潮汐為正規(guī)半日潮型，設計高潮位（高潮累積頻率10%）6.89 m，設計低潮位（高潮累積頻率90%）0.51 m。

1.3 設計概況

本工程陸域區(qū)域主要位于灘涂，淤泥厚度10～18.6 m，需進行地基加固以滿足承載力和變形的要求。為滿足主廠房、煙囪區(qū)域能夠按期開展樁基施工的需要，加快淤泥土固結的速度，原總平方案確定的電廠一期工程主廠房和爐后地段南北兩邊外擴約15 m、西側(cè)外擴約40 m 區(qū)域劃分為整個工程的軟基處理A 區(qū)，采用“真空聯(lián)合堆載預壓+碾壓”的軟基加固工藝。

（1）吹填及塑料排水板施打。真空預壓區(qū)總面積大約為5.64 萬m2，分成A1、A2、A3 三個區(qū)域，均位于開敞式潮間帶，面積各為1.88 萬m2。真空預壓區(qū)域內(nèi)淤泥面標高為1.75～5.62 m，平均約3.4 m，淤泥為欠固結土，屬軟土，具有強度低、壓縮性大的特點，淤泥層分布厚度為10～18.6 m，平均14.3 m。對于淤泥面標高＜+4.0 m 的地段，先吹填普通砂至+4.0 m 標高，然后吹填中粗砂至+5.0 m 標高作為真空預壓和堆載預壓后的排水通道；對于淤泥面標高＞+4.0 m 的地段，直接吹填排水中粗砂墊層至+5.0 m 標高；若淤泥表面標高＞+4.5 m，則要求吹填中粗砂的厚度≥0.5 m，其標高要＞+5.0 m。

（2）真空預壓。真空預壓密封墻采用淤泥攪拌樁，鋪設de63濾管，膜下設1 層編織布、1 層土工布（200 g/m2）、2 層土工格柵（縱向、橫向拉伸屈服力＞20 kN/m）、1 層無紡土工布（300 g/m2），然后再鋪3 層密封膜，密封膜直接踩至淤泥攪拌樁密封墻內(nèi)。區(qū)域設78 臺真空射流泵進行抽真空，分東西側(cè)平均布置。密封膜上鋪設1 層編織布（200 g/m2）和1 層土工布（300 g/m2），在真空預壓滿載10 d 后進行塊石堆載預壓回填。

（3）地基處理要求：①加固后淤泥的地基土承載力特征值fak≥80 kPa；②淤泥的平均固結度U≥90%；③陸域形成標高為+9.35 m。

2 存在的問題和困難

施工嚴格按照設計要求進行回填砂、排水板施工、淤泥攪拌樁施工、濾管土工織物鋪設、土工膜鋪設等工序進行組織，過程嚴把施工原材料質(zhì)量關，且對真空預壓最重要的淤泥攪拌樁進行了3 個孔位抽檢，孔口高程分別為1#孔5.143 m，2#孔5.148 m，3#孔5.083 m，總共對抽檢的16 個試樣進行了顆粒大小分析和滲透系數(shù)試驗。

2.1 土體問題

1#孔在原蝦堤開挖后回填的區(qū)域，蝦堤塊石底面在+0.7～+2.1 m，根據(jù)超深超寬的開挖要求，開挖斷面底高程均在-1.0 m左右，所以自鉆孔頂部至6 m 深處仍為中砂。其余孔均處于蝦堤外，回填砂厚度在3.0～4.0 m。按鉆孔孔位分析豎向顆粒含量和水平滲透系數(shù)：①1#孔自鉆孔上部至下部，粉粒—黏粒級顆粒的分布呈非漸變狀態(tài)，到4 m 左右位置，黏粒含量基本呈漸變增加狀態(tài)，超過4 m 后，粉粒—黏粒級顆粒突然下降，深層又反增加，且滲透系數(shù)超過了設計的10-5；②2#、3#孔自鉆孔上部砂面至淤泥面，粉粒—黏粒級顆粒的分布呈線性增加狀態(tài)；③滲透系數(shù)與黏粒含量成反比，即黏粒含量越多，滲透系數(shù)越小；④鉆孔表層砂顆粒含量均較高，滲透系數(shù)大；⑤在低潮位變動區(qū)明顯粉細顆粒含量少，滲透系數(shù)大。

2.2 施工難點

根據(jù)上述關鍵點，結合施工實際情況，總結敞開式潮間帶真空預壓施工的主要問題有：①由于表層砂顆粒含量高，工人踩膜靠人力難以下踩至溝面以下1～1.2 m；②對于砂層較厚區(qū)域，處于低潮水位變動區(qū)域的密封墻砂顆粒含量大，滲透系數(shù)不能達到設計要求，難以形成密封條件；③依據(jù)上述分析，推測潮位對密封墻中黏粒含量是存在影響的，如何在真空預壓抽真空過程中避免潮位對密封的影響將是施工過程需要解決的問題；④敞開式潮間帶漲退潮所帶來的水流方向不是一定的，導致施工過程施工場地一直處于非平整狀態(tài)，在大股水流形成處一般高差在40～50 cm，一定程度上導致塑料排水板機器難以行走影響作業(yè)效率，同時對于真空預壓工藝施工的濾管埋設、土工織物結構層的鋪設和真空膜的鋪設帶來較大的難度，漲落的潮水對于場地的平整度造成極大破壞，影響抽真空效果；⑤由于潮間帶特有的水文地質(zhì)條件，受潮水漲落、水流往復影響，常規(guī)的施工機械難以適應該場地，如攪拌樁機和插板機要保證高潮位時機械設備不被破壞、低潮位時能正常施工，因此潮間帶作業(yè)給機械設備的使用帶來一定的困難；⑥潮間帶的有效作業(yè)僅在人員能進駐場地時才能施工，一般一個潮間的作業(yè)時間僅4～5 h，有效作業(yè)時間短；⑦潮間帶作業(yè)，潮水漲落對泵池、潛水泵的運行影響非常大，如原泵池采用的砂袋圍成的水泵循環(huán)水池，每次退潮水流沖擊力常把砂袋前后橫移，導致泵池漏水，其次潮水漲落將砂等雜質(zhì)帶入泵池，直接影響泵的運行；⑧施工過程發(fā)現(xiàn)，由于三層鋪膜是由當?shù)貨]有經(jīng)驗人員進行鋪設，膜與膜之間存在空氣，開始抽真空后密封膜面出現(xiàn)大量氣泡，受潮差影響大量氣泡破裂。

3 問題原因分析

敞開式潮間帶對真空預壓作業(yè)有著非常大的影響，結合實際施工情況，對上述問題分析如下：①1#孔自鉆孔上部至4 m左右部分、2#、3#孔自鉆孔上部砂至淤泥面，粉粒—黏粒級顆粒的分布均呈線性增加狀態(tài)，且鉆孔表面明顯砂顆粒含量多，主要原因是淤泥攪拌樁施工期間，由于潮間帶潮水漲落對周邊砂的沖刷，且回填砂墊層結構松散，上部容易受潮水往復流動的影響，隨水流將砂顆粒進淤泥墻內(nèi)，局部地段淤泥攪拌樁兩側(cè)回填砂的崩塌，在淤泥攪拌樁的溝道中沉淀；②針對1#孔出現(xiàn)的超過4 m 后，粉粒—黏粒級顆粒突然下降、滲透系數(shù)增大情況，分析認為該層密封墻位置處于低潮位變動區(qū)，受潮水沖刷嚴重，導致粉粒—黏粒級顆粒受水流影響大，被潮水漲落沖刷帶離密封墻區(qū)域；③敞開式潮間帶對密封墻影響較大外，施工期間未充分考慮敞開式潮間帶施工影響，對潮水漲落影響的施工工序未考慮周全，出現(xiàn)治標不治本的現(xiàn)象；④本工程水位潮差較大，施工期間潮高達到+7.5 m，與真空預壓面+5.0 m 將近2.5 m 的潮差，高潮位時真空預壓面的水壓力達到25 kPa，水壓力致使膜與膜之間的氣泡體積縮小、泡內(nèi)壓力增大，超過真空膜耐壓強度后破裂。

4 處理措施和建議

4.1 處理措施

經(jīng)多次研究和試驗，提出了以下處理措施，并得到實踐檢驗，予以在敞開式潮間帶真空預壓施工中進行推廣：①受潮水漲落影響，表層砂顆粒含量高，靠人力踩膜難以下踩至溝面以下1 m 范圍，局部區(qū)域踩膜困難時，可以先用挖掘機局部挖松并適當攪拌上部淤泥，攪拌過程進行加漿處理，然后踩膜；②對于砂層較厚區(qū)域，處于低潮水位變動區(qū)域的密封墻砂顆粒含量大，滲透系數(shù)不能達到設計要求，難以形成密封條件，為了保證真空預壓的加固效果，必須對淤泥攪拌樁局部范圍密封不嚴的位置采用修補措施，如在開挖后回填淤泥，機械設備難以到達區(qū)域可以采用注淤泥漿的方式注入砂層，增加黏粒含量；③為避免抽真空期間敞開式潮間帶對密封墻影響，在抽真空階段不得對密封溝進行覆蓋回填，且根據(jù)真空壓力情況，及時對真空度難以上升區(qū)域進行開挖補漿或注漿；④對場地進行分區(qū)節(jié)流施工，分散水流流向，避免形成大股的水溝式的水流，否則會影響場地平整；⑤對機械設備按照最高潮位改裝，或?qū)頁P機等重要設備進行吊裝（施工期放置施工平臺，潮漲期卷揚升吊固定放置）；⑥施工組織完善，對一次性施工的，如鋪膜踩膜等工作，一次性做好各項組織準備工作，在有效的工作時間內(nèi)一次性完成各項工作；⑦水箱最好采用鑄鐵水箱等水封條件較好的水箱，且應加蓋或箱頂高于高潮位；⑧盡量采用有經(jīng)驗的工人進行作業(yè)，且施工組織嚴密，盡量避免空氣進入膜與膜之間，若有空氣進入，應在低潮位時扎破以便修補。

4.2 建議意見

此項工程實踐中暴露出一些缺陷，檢驗了未曾實踐過的理論經(jīng)驗，為在敞開式潮間帶區(qū)域推廣真空預壓，提出如下建議：①由于潮水漲落影響淤泥攪拌樁黏粒含量，建議在淤泥攪拌樁外側(cè)增加單樁水泥攪拌樁，以減少潮水沖刷的影響；②對于情況復雜區(qū)域，先在局部有代表性區(qū)域進行試驗性施工，總結經(jīng)驗后再大面積開展真空預壓施工；③砂墊層厚度盡量控制在4 m 以內(nèi)，且盡量不要讓砂墊層處于低潮位變動區(qū)。

5 結論

以真空預壓為切入點，結合工程實際情況，研究敞開式潮間帶真空預壓施工措施，為真空預壓在沿海潮差影響地區(qū)的施工提供實戰(zhàn)經(jīng)驗，為后續(xù)在沿海地區(qū)充分利用經(jīng)濟、效益的施工工藝提供充足的現(xiàn)實依據(jù)。敞開式潮間帶真空預壓既對水下真空預壓施工提出節(jié)省造價的可行性，又對無法避免受潮水影響的施工區(qū)域進行真空預壓提出了實踐意義，為真空預壓在沿海受潮水影響地帶施工再次進行沖擊性的推廣，增強真空預壓在沿海地帶的適用性。