鎮海基地擴建項目建設場地預處理優化與實踐

胡逸光

(中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司，浙江 寧波 315207)

鎮?；財U建項目位于浙江省寧波市，建設場地為泥質灘涂地改造，淤泥質土層較厚，淤泥質土含水率高、孔隙比大、靈敏度高、壓縮模量低，易產生側向滑移、造成地基深陷和不均勻沉降，是建設工程的不利因素。主要表現為：淤泥質軟土沉降造成建(構)筑物墻體開裂、地面沉降過大影響正常作用；裝備設備基礎沉降過大、不均勻沉降過大造成管道之間、設備與管道之間連接拉裂等現象影響裝置的正常運行；工程施工階段的施工機具入場安全，樁基施工過程中斷樁和跑樁，地下管線埋設地基處理等。

綜合本工程場地特性、使用要求，本次地基預處理主要解決以下問題：

(1)解決表層素填土及原狀淤泥質土層承載力問題；(2)解決工后沉降問題；(3)保證基坑開挖安全；(4)解決設備進場問題。

1 地基預處理方法選取

根據場區地基土的構成與特征，以及存在的主要工程地質問題，建設工程需進行深層地基處理。目前在灘涂地軟土地基預處理中，深層地基處理采用的主要方法有真空覆水聯合預壓法[1]、深層攪拌樁法[2]、強夯法[3]、擠密砂樁[4]、化學加固法[5]，如表1所示。

表1 地基預處理方法比選

根據以上對比，綜合考慮加固效果、工期、資金成本以及現場實際情況，本項目擬采用真空覆水聯合預壓法。

2 預處理施工方案

通過對本場地總圖布置以及地質情況分析，以及表1幾種預處理方案的比選，對主要裝置區域(乙烯裝置、POSM裝置、乙二醇、POX及動力中心、國四套等)建設場地的淤泥質土層以真空覆水聯合預壓法進行預處理。

2.1 預處理分區示意圖

根據地貌單元及填土、軟土層分布情況對本場地整體劃分為A、B、C、D共 4 個區域，具體見圖1。

圖1 地基預處理區域Fig.1 Foundation pretreatment area

2.2 施工工藝流程

圖2 預處理C區分區示意圖Fig.2 Schematic diagram of preprocessing C zone

本工程采用真空預壓+覆水堆載聯合排水固結法進行處理，為了加快施工進度，將地基預處理分為4個區域，其中C區分為4個區域(見圖2)膜下真空度維持在不低于90 kPa，抽真空有效時間約120天，真空泵和真空度測頭按800～1000 m2/臺布置。具體流程如圖3所示。

圖3 施工流程圖Fig.3 Construction flow chart

2.3 施工重點過程控制

2.3.1 真空膜的保護

當水下真空膜破損時，會使得膜面水與水下濾管相通，膜面水進入濾管，再經濾管輸送至水箱，再排至膜面，形成“循環水”，造成真空泵產生大量無用功。因此施工鋪設真空膜時應先去除地表層尖銳石塊，并鋪設2層，真空泵試抽后應檢查有無漏氣。

2.3.2 分區壓膜溝處理

為保證真空預壓作用產生最優的效果，對施工所分的四個區域采取以下措施：

(1)在溝槽開挖完成后，將壓膜溝范圍內的排水板與水平排水系統相連接，使壓膜溝區域和主體預壓區域形成完整閉合的真空體系；

(2)在密封膜施工過程中，各分區之間應進行壓膜溝連接膜的處理，留足同下一分區壓膜溝內膜體相搭接的長度，待新區的膜邊入溝時，將完成區的露出邊一同壓入新區壓膜溝；

(3)壓膜溝完成成槽工序后，及時清理雜物，并用素粘土進行回填壓實處理；

(4)在土工格柵上可加設土工布一層，作為加筋密封材料，在土工布的表面進行泥漿涂膜處理，可以很好地起到密封保護作用。

2.3.3 圍堰高度和真空度控制

按分級加載要求，地基向處理區外的側向位移速率應小于5 mm/d，地表沉降速率應小于30 mm/d?？赏ㄟ^調整圍堰高度和膜下真空度控制地表沉降速率。

2.3.4 回帶控制

(1)插入的塑料排水板必須完好無損，嚴禁出現扭結、斷裂和撕破濾膜等現象。

(2)當套筒提升時排水板應隨套筒上升向管內移動，若不移動說明有回帶現象。若回帶超過5 m，則在原插點附近450 mm 距離以內補插。排水板根數不應超過打設總根數的5%。

(3)塑料排水板接長時先將待接排水板搭接好，搭接長度不小于200 mm?！敖娱L板”使用量不超過總打設根數的10%。

(4)插管底部的管靴應有淤泥擋泥裝置，淤泥不得進入套管內，發現套管內進入淤泥應立即改進套管端口施工工藝，控制套管內進淤泥的數量在總插板數量的5%以內。

3 預處理效果綜合評價

3.1 表層沉降分析

圖4 沉降速率曲線Fig.4 Sedimentation rate curve

表層沉降速率-時間曲線如上圖，從圖4中可以看出，隨著時間的推移，地表沉降下降逐步趨緩，增長速率平均值在0～2 mm/d左右。

圖5 4個區域累計沉降分析Fig.5 Analysis of accumulative settlement in 4 areas

從圖5中可以看出，1區和3區的累計沉降量相比2和4區的累計沉降量小，最靠近東部邊緣處的最小，僅僅530 mm左右，原因是該處存在先期堆載，土體已經提前固結；2區和4區的大部分的累計沉降量接近1200 mm，在兩個區域的交接處存在高點，累計沉降量僅950 mm左右，可能與下部的土層性質有關。整個場地總體沉降量表現為不均勻沉降。

3.2 軟土預處理前后物性指標對比

擬建場地上部軟土主要為①2層淤泥質粉質黏土及②2層淤泥質粉質黏土，經抽真空加覆水聯合預壓處理后，場地上部軟土層性質發生了明顯變化。具體數值見表2。

表2中數據基本反映了經預處理后場地上部軟土層的性質變化，其中①2層及②2層是揭露的軟土層，該兩層由于固結排出大量水份，其各項指標均有一定程度提高，說明經預處理后，場地上部軟土層明顯變好，強度也得到了提高。

3.3 地基承載力及地基土壓縮模量分析

為了分析場地淺層土體的地基承載力，本次進行了淺層平板載荷試驗，具體結果見表3、表4。

表3 場地表層土載荷試驗成果表Table 3 Results of topsoil load test on site

表4 地基土承載力建議值表Table 4 Suggested values of foundation soil bearing capacity

表5 場地上部土層壓縮模量建議值表Table 5 Recommended values of compression modulus of upper soil layer of the site

根據表5載荷試驗成果表可知，場地表層土經聯合預壓處理后，其地基承載力特征值大多為100 kPa，僅T15和T19號試驗點位置小于100 kPa，可能是由于場地局部處理效果欠佳所導致。

場地表層土地基變形模量介于3.1～10.7 MPa之間；場地處理范圍內的淤泥質土經處理后普遍相變為軟塑狀的粘性土，其承載力特征值及壓縮模量明顯增大，其中填土層下部淤泥質土處理后的地基承載力特征值fak=85 kPa，壓縮模量為3.53 MPa；底層淤泥質土處理后的地基承載力特征值fak=95 kPa，壓縮模量為3.04 MPa。

3.4 固結度分析

表6 各分區固結度統計表Table 6 Consolidation degree statistical table of each partition

分析表6數據，預處理后場地平均固結度為71.59%，其中1區平均固結度約為59.83%，2區約為65.91%，3區為82.53%，4區為78.10%。

3.5 靈敏度分析

為了評價預處理后場地地基土的結構性，本次在施工場地范圍內布置了27個十字板原位測試孔，統計分析見表7。

表7 十字板剪切試驗統計成果Table 7 Statistical results of cross plate shear test

分析表7中相關數據可以看出場地內①2層淤泥質粉質黏土靈敏度為3.10，①2a層粉質黏土靈敏度為2.69，②2層淤泥質黏土靈敏度為3.15。

3.6 超固結比分析

為評價場地地基土經真空加覆水聯合預壓處理后的固結狀態，本次試驗在施工場地范圍內選取7個取土孔進行了高壓固結試驗，結果列于表8中。

表8 上部軟土超固結比匯總表Table 8 Summary of overconsolidation ratio of upper soft soil

分析表8中相關數據可以發現，場地范圍內的軟土層其超固結比OCR均大于1.0，其中①2層淤泥質粉質粘土及②2層淤泥質粘土由于處理效果欠佳，超固結比OCR基本介于1.0～1.1之間，為正常固結土基本接近超固結土；場地經預處理后的主要土層①2a層粉質粘土及②2a層粘土其超固結比OCR基本大于1.1，屬于超固結土。

3.7 滲透系數分析

為評價場地地面下10 m范圍內的地基土層經預處理后的滲透性，本次在場地范圍內布置了10個勘探孔取土進行滲透試驗，結果如表9所示。

表9 各土層滲透系數對比Table 9 Comparison of permeability coefficients of different soil layers

由表9可知，場地地面下10 m范圍內的各粘土層(①2層淤泥質粉質粘土層除外)水平滲透系數平均值介于2.8×10-9m/s～4.8×10-9m/s之間，豎向滲透系數平均值介于1.6×10-9m/s～2.9×10-9m/s之間。

4 工程適用性、經濟性綜合評價

4.1 工程適用性評價

結合預處理前后場地物理力學性能要求，各項物理力學性能指標表現如下：

(1)經抽真空加覆水聯合預壓處理后，場地上部軟土層性質發生了明顯變化，且處理后同一土層的物性指標均有不同程度提高，累計沉降量約1.2 m，說明預處理效果良好；

(2)擬建表層土經聯合預壓處理后，普遍變為軟塑狀的粘性土，其承載力特征值及壓縮模量明顯增大；其余靈敏度、滲透系數、超固結比等各項指標都有明顯提高，說明真空覆水聯合預壓法有效保障通水量和真空度的傳遞效果。

4.2 經濟效果評價

從經濟成本上分析，真空覆水聯合預壓法其造價約200元/m2，比砂樁低60%左右，比深層攪拌樁低更多。

從軟基預處理效果來看，預處理有效降低了基坑開挖深度，減少了鋼板樁支護費用；有效避免了樁基施工過程中斷樁、跑樁和地下管線敷設過程中側向位移等問題，減少了后續補樁、擴大承臺等因地質條件差引起的返工費用；同時表層素填土及淤泥質土層的承載力也有效提高，滿足了設備進場施工要求，減少了塘渣鋪填等費用，為施工提供了便利。

5 結 論

本工程地基預處理的結果證明，淤泥質軟土地基預處理選擇真空覆水聯合預壓法是可行的，從工程成本上其比其它方法節省一半以上。從其施工工藝及效果上看，該方法簡單易行，快速有效，對環境無污染，是一種既經濟又簡單有效的軟基加固方法。結合加固效果、工期、資金成本以及現場實際情況，在工程建設項目中可以推廣使用。