濱州港軟基處理相關問題及解決措施

張 哲，張桂平，馬曉雪，趙軍，尚志輝，馬海燕

（交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津水運工程勘察設計院有限公司，天津 300456）

引言

真空預壓是軟基處理常用的一種方式，在我國沿海陸域形成項目中得到廣泛應用[1-2]。濱州港某軟基處理項目軟基處理深度約19 m，需采用排水板樁機施打排水板。因工期緊張，現(xiàn)場在吹填完成、排出場地表面余水后即開展真空預壓作業(yè)。新近吹填土含水量高、承載力弱，無法為排水板樁機提供承載力，項目采用了淺層直排式真空預壓與深層真空預壓相結合的方式進行軟基處理。淺層軟基處理環(huán)節(jié)采用人工插打塑料排水板的方式對表層4 m 的軟土進行處理，旨在為后續(xù)深層真空預壓階段排水板樁機進場提供承載力。深層真空預壓階段對厚度約19 m 的軟土進行了處理并取得不錯的效果。

該項目實施過程中遇到了吹填軟土表面鋪設淺層真空預壓工作墊層、人工插打塑料排水板、深層真空預壓排水板周邊出現(xiàn)孔洞及深層真空預壓階段預壓區(qū)外部地面裂縫等問題，經(jīng)現(xiàn)場研究探索找到了相應的解決措施，確保了工程的順利開展。

1 工程概況

項目位于濱州港海港港區(qū)，通過港池及航道疏浚土吹填形成約85 萬m2的陸域。吹填區(qū)原位處分布有10 m 厚度的天然沉積軟土，后續(xù)吹填軟土厚度9 m，軟土厚度合計19 m。為確保后續(xù)工程的承載力需求，現(xiàn)場采用淺層直排式真空預壓與深層真空預壓相結合的方式進行軟基處理。淺層真空預壓與深層真空預壓的平面分區(qū)保持一致，共分為33 個分區(qū)，每個分區(qū)面積大約2 萬～3萬m2，真空預壓平面分區(qū)見圖1。

圖1 真空預壓平面分區(qū)圖

2 相關問題及解決措施

2.1 淺層真空預壓工作墊層鋪設

淺層軟基處理開始前，現(xiàn)場對吹填區(qū)表層4m軟土進行了取樣，相關指標見表1。

表1 表層4m 土層指標表

由表1 可知，吹填土表層0～2 m 深度為流泥，含水率在80 %以上，2～4 m 深度為淤泥，含水率在70 %以上，兩層土抗剪強度均小于2 kPa，承載力低，作業(yè)人員無法正常通行，需搭建施工便道為鋪設工作墊層提供條件。由圖2 淺層真空預壓斷面圖可知，淺層軟基處理階段首先需要在吹填區(qū)軟土表面鋪設一層200 g/m2編織布，因此需要解決在軟泥上鋪設淺層真空預壓工作墊層的問題。孫浩[4]等提出的“平板泡沫浮橋”是一種有效的辦法，但該方法較為繁瑣且需使用竹竿對四角開孔的塑料泡沫板進行固定，加大了工程投入。

圖2 淺層真空預壓斷面圖

經(jīng)研究，現(xiàn)場在吹填區(qū)外將單塊面積為1 000 m2編織布用手提式縫線機縫合，縫合時搭接寬度不小于100 mm 并采用雙線縫合。每塊縫合后的編織布面積略大于相應真空預壓小分區(qū)的面積，本項目按照每邊擴展2 m 進行控制。編織布縫合好后整理成卷狀，鋪設時先在吹填區(qū)邊界處展開較小長度的編織布并鋪設在吹填區(qū)地表，然后在編織布上鋪設塑料泡沫板，相應數(shù)量的作業(yè)人員成排踩在塑料泡沫板上，用木桿驅動卷狀的編織布向前滾動鋪設，不但滿足了通行需求且節(jié)省了材料，還減少了作業(yè)人員的體力消耗。圖3為現(xiàn)場用手提式縫線機縫合編織布的照片，圖4為鋪設編織布的照片。

圖3 編織布現(xiàn)場縫合

圖4 鋪設編織布照片

2.2 人工插打塑料排水板

本項目淺層軟基處理階段需采用人工將塑料排水板插入軟泥之中，排水板入土深度4 m。唐蔚東[5]等研制了人工“插槍”，作業(yè)時人工握住“插槍”桿體借助手與桿體之間的摩擦力將排水板插入軟泥中，是一種較為有效的辦法，但當排水板插打深度較大時，作業(yè)人員將消耗較大體力。本項目需人工插打4 m 長度的排水板，若采用該“插槍”將對作業(yè)人員造成較大的體力消耗。經(jīng)研究，現(xiàn)場對該“插槍”進行了改進，在桿體上垂直焊接了一段“手柄”，插桿端部設有“卡板槽”，用于固定塑料排水板。插打塑料排水板時先將塑料排水板底部用瀝青密封，并將沾有瀝青的一端穿入插桿的“卡板槽”內，手握插桿手柄將塑料排水板插入軟泥中，該工具幫助作業(yè)人員較好地節(jié)約了體力。圖5 為唐蔚東[5]等研制的人工“插槍”的作業(yè)照片，圖6 為本文改進后的人工插板工具的作業(yè)照片。

圖5 人工“插槍”的作業(yè)照片

圖6 本文人工插板工具的作業(yè)照片

2.3 深層真空預壓排水板周邊孔洞

因淺層軟基處理階段對吹填區(qū)表層4 m 土體進行了處理，致使地表形成了一層“硬殼”。在該項目深層軟基處理采用樁機施打排水板時，排水板周邊形成了“孔洞”，若不進行處理，在真空抽氣階段，密封膜在真空壓力下將會在該位置處被撕裂，進而產(chǎn)生漏氣，影響軟基處理效果。現(xiàn)場采用中粗砂填補了排水板周邊的“孔洞”，減小了密封膜在真空抽氣階段被撕裂的風險。采用的中粗砂含泥量不大于5 %，滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s，干重度不小于15 kN/m3。圖7 為排水板周邊“孔洞”照片。

圖7 排水板周邊“孔洞”

2.4 影響區(qū)地面裂縫

深層真空抽氣階段，在真空預壓“收縮”效應[6]作用下，預壓區(qū)外部部分區(qū)域產(chǎn)生了大致平行于預壓區(qū)邊界的裂縫，這將影響預壓區(qū)的密封效果。關于裂縫產(chǎn)生的原因，作者認同高志義[6]的觀點：預壓區(qū)外部周邊受影響范圍內的區(qū)域（以下簡稱影響區(qū)）在真空預壓作用下，會產(chǎn)生向預壓區(qū)的收縮變形。影響區(qū)土體每一個土顆粒都存在一個向預壓區(qū)內的吸力，當該吸力大于該土顆粒與其后方緊鄰土顆粒之間的粘聚力時，兩點土顆粒即發(fā)生斷裂，前方土顆粒在真空吸力作用下向預壓區(qū)移動，后方土顆粒的位移小于前方土顆粒的位移，進而產(chǎn)生裂縫。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)上述問題后，迅速研究了解決措施并付諸實施，具體方法為：將黏土拌合成泥漿，泥漿重度按 13～14 kN/m3進行控制，泥漿濃度采用比重計進行抽樣檢測，比重大于 1.3。泥漿拌合好后將其灌入裂縫中，在真空負壓吸力和重力作用下，泥漿不斷地填補到裂縫中，并逐漸把裂縫灌滿，起到了密封效果。

3 工藝效果

3.1 淺層真空預壓效果

淺層軟基處理結束后，現(xiàn)場對預壓區(qū)表層4 m土體取樣進行檢測，淺層真空預壓處理前后表層4 m 土體指標對比情況見表2。

表2 淺層軟基加固前后土體情況對比表

由表2 可知與淺層軟基處理前相比，預壓區(qū)表層4 m 土體含水率下降60 %～80 %，抗剪強度增長200 %以上，其中2～3 m 深度抗剪強度增長超過400 %。預壓區(qū)表層形成了“硬殼”，滿足了后續(xù)深層真空預壓樁機進場的需求，說明本文提出的在吹填軟土表面鋪設淺層真空預壓工作墊層、人工插打塑料排水板的方法在方便快捷、不增加工程資金投入的情況下，可以確保淺層真空預壓的處理效果。

3.2 深層真空預壓效果

1）膜下真空度

深層真空預壓抽氣共計90 天，真空抽氣期間現(xiàn)場對預壓區(qū)真空度進行了監(jiān)測，因影響區(qū)地表裂縫發(fā)現(xiàn)的較為及時且采取的泥漿灌縫措施迅速有效，真空預壓抽氣期間33 個分區(qū)膜下真空度均保持在85 kPa 以上，說明本文提出的泥漿灌縫措施處理影響區(qū)地表裂縫是一種可行的辦法。

2）加固效果

方便起見，選取距離影響區(qū)地表裂縫最嚴重的第25 分區(qū)進行研究。該分區(qū)深層軟基加固前后土體抗剪強度對比見圖8。可以看出土體抗剪強度顯著增大，最小增加近20 kPa，最大增加約30 kPa。

圖8 加固前后土體抗剪強度對比圖

本工程設計要求軟基處理后地表承載力特征值不小于80 kPa，現(xiàn)場采用邊長b=0.5 m 的方形承壓板進行淺層平板載荷試驗。根據(jù)規(guī)范[7],取最大加壓荷載P=160 kPa 進行試驗。第25 分區(qū)淺層平板載荷試驗p-s曲線見圖9，可以看出p-s曲線整體較為光滑，未出現(xiàn)陡降段，在最大加載160 kPa下，累計沉降值為7.51 mm，現(xiàn)場平板載荷試驗過程中承壓板周圍土體未發(fā)生側向擠出。根據(jù)規(guī)范[7],處理后地表承載力特征值不小于0.5 倍的最大加壓荷載，即80 kPa，達到了設計要求。

圖9 平板載荷試驗p-s 曲線

綜上所述，深層真空預壓加固后土質得到明顯改善，說明該項目深層真空預壓實施過程中出現(xiàn)的排水板周邊孔洞及影響區(qū)地面裂縫的處理措施得當，可以保證軟基處理的效果。

4 結語

文章針對濱州港軟基處理項目中遇到的在吹填軟土表面鋪設淺層真空預壓工作墊層、人工插打塑料排水板、深層真空預壓排水板周邊出現(xiàn)孔洞及深層真空預壓階段影響區(qū)地面裂縫等問題提出的相應解決措施簡單有效、方便快捷，并可以保證真空預壓軟基處理的效果，可以為類似工程提供借鑒。