排水固结加固法在新建码头中的实践

    郑际毅

    

    摘 要：介绍某码头工程在潮汐区采用真空预压方案对岸坡区进行地基加固处理的施工设计、施工工艺， 以及在潮汐区施工中遇到的技术难题的处理措施。

    关键词：真空预压 地基处理

    近年来，沿海地区建设规模不断扩大，建设用地越来越紧张，为此向海要地成为解决沿海地区因城市建设和拓展造成土地紧张问题的主要途径。而在通过解决这个问题的过程中，由于潮间带所处的地理位置和地质条件的特殊性，该位置的软基处理具有一定程度的复杂性和困难。在已有的资料中显示，广州港南沙港区软基处理项目、深圳湾北岸潮间带滨海大道软基处理项目、宁波大榭招商国际集装箱码头工程项目、连云港市新城闸工程闸塘内软基处理项目、连云港庙岭三期突堤软土地基项目等，在潮间带的岸坡处理中使用了排水固结的方法进行加固，该方法得到较好的应用。

    文中涉及的软基处理区域：该地区地质构造复杂，地质环境特殊，在长期的河流冲积和海潮进退作用下，沉积了深厚的海陆交互相软土；且在临海区域的浅海滩涂位置，人工吹填了大量的淤泥、淤泥混砂的填土。而且此次处理属于临时处理措施，软基处理结束后约三分之一的区域将进行大面积的基槽开挖，以便形成后方的回填空间，同时需要保证开挖后的坡面稳定以及保证剩余的区域达到使用的要求。虽然排水固结的方法已得到较好的运用，但是由于文中涉及的项目具有其不同的特点，因此介绍在该区域选择真空预压的施工工艺及实施过程和实施后的效果，为类似工程提供借鉴。

    工程概况

    1、设计水位

    根据1991年潮位资料统计：①设计高水位（高潮10%）：3.24m；②设计低水位（低潮90%）：0.53m；③极端高水位（50年一遇）：4.44m；④极端低水位（50年一遇）：-0.10m。

    2、地质条件

    根据勘察资料，工程场区主要有，陆成冲积地层，河口冲积沉积地层、陆域冲洪积地层、海陆交互沉积地层及人工填土层。淤泥层为饱和流塑状态，厚度不等，一般为5～20m，平均厚处达14.5m，含水量为46.5%～70.5%，原位十字剪切试验平均强度约为9.6KPa，压缩模量1.17～2.82MPa，属高含水量、高压缩性、强度极低的超软粘土地基。淤泥层之上，进行了吹填，由于吹填料的性质不同，有的区域是含砂量较大的材料，有的区域是浮泥，俗称“烂泥塘”。

    3、地基处理

    地基处理采用土工布、土工格栅（在浮泥区域铺设）+砂垫层+塑料排水带+真空预压排水固结方法处理。砂垫层厚1.5m，排水板采用正方形布置间距为1m，深度要求约为25m，根据土层情况排水板底部距离下卧砂层顶部50cm；抽真空维持恒载85kPa约85天。地基处理的断面示意图如图1所示。

    设计要求：推算的主固结残余沉降<25cm；推算得到的固结度达到90%以上；场地使用荷载按50 kN/m2考虑。

    工程的难点及解决措施

    在原有位置上实施充填沙袋围堰，这对原有的围堰是一种加载影响。在实际实施过程中发现，在吹填后方的陆域时，临海侧的小围堰同时发生向还侧位移。若再增加充填沙袋围堰，将会增加本身围堤的失稳风险。因此，在实际实施中把小围堰向海侧前移30m，减少充填沙袋围堰的高度和断面大小。

    由于处于潮间带区域，铺设砂垫层后，砂垫层容易流失，影响真空预压的横向排水通道的施工质量。打设塑料排水板施工可能会遇上在水上施工，需要考虑如何保证打设排水板的质量及打板机施工的安全。因此，在设置小围堰的时候，增加了木桩以抵抗水浪和风浪的冲蚀，提高了小围堰的稳定，保证了后续实施过程中，保持在陆上施工。

    由于真空预压区由吹填砂形成陆域， 砂层厚度不均有的厚度达到10m左右， 潮水位接近或超过真空预压加固区场地高程， 在砂层厚、地下水位高的情况下，无法通过挖掘机进行密封沟开挖， 唯有采用泥浆搅拌桩形成密封墙进行真空预压区周边密封处理。在潮水涨落交替冲刷的潮间带区域进行大面积真空预压施工， 将面临如何在潮水中进行搅拌桩施工， 并保护已施工好的密封墙不受潮水冲刷损坏，确保密封墙的密封效果等难题。能否克服这些技术难题， 也成为决定真空预压以至总体工程成败的关键。经过科学论证， 为保证泥浆搅拌墙质量，主要采取以下技术措施：①为尽量减少因在吹填过程中挤淤造成的局部砂层偏厚造成淤泥搅拌桩密封漏洞， 除采用钻孔取样的方式沿真空预压边界按50m一个孔的间距现场钻孔判定砂层厚度外， 泥浆搅拌桩施打深度以超过钻探测定的吹填砂厚度1.0 m以上控制。②泥浆质量是决定泥浆搅拌墙质量的关键。由于周边淤泥多为粉质土颗粒构成， 经在岛上及周边多个地点取淤泥制取的泥浆黏稠度不高， 颗粒间黏结力小， 很容易产生离析现象， 用这样的泥浆形成的密封墙泥浆颗粒很容易在抽真空过程中由于加固区内外存在压力差而被吸走流失， 致使密封墙密封效果下降甚至失效。反复寻找合适淤泥来源和试验仍无法制取高质量的泥浆，最后决定在海域取泥浆， 用船运至现场后由泥浆泵吹送至储浆池， 在储浆池制配成合格的泥浆后再由泥浆泵输送至桩机使用。③确保泥浆浓度及掺入量。设计泥浆重度要求13.5 kN/m3， 掺入比达 35%以上， 采用四搅四喷工艺。针对本工程处于潮水变动的潮间带区域，潮水涨落易对密封墙造成不利影响， 根据现场实际情况， 尽量提高施工标准： 如施工实际控制泥浆浓度要求达到 14 kN/m3加大搅拌机输浆泵功率， 掺入比达到 48%以上。在实际施工中， 加固区周边先进行四搅四喷泥浆搅拌桩施工， 在铺设真空预压密封膜前再进行两喷两搅的复搅施工， 增加的两喷两搅的复搅施工桩管的下沉及提升速度控制在1.0～1.2 m/min。④采取措施保护密封墙，因此把海侧前沿的密封墙的位置向陆侧移动2～3m，这样海侧的小围堰形成一个保护墙，以免涨落潮潮水的冲刷易将密封沟外的中粗砂冲进密封沟。⑤在密封沟加插薄膜， 进一步提高泥浆墙密封效果。由于泥浆浓度配制较高， 搅拌桩施工质量有保证， 刚施工完毕的搅拌墙处于流塑状态，考虑到现场真空预压复杂的边界条件和施工环境，为进一步提高密封墙的效能， 搅拌桩施工完毕后，在密封墙内侧加插深度 2.5～3.0 m 的密封膜。

    在岸坡挖泥等工序施工之前，都先进行缜密的安全稳定分析计算，指导挖泥的速度和挖泥区距真空预压加固区边界的距离，对于岸坡区施工期间的稳定起到了关键作用。岸 坡 区 潮间带真空预压期间，回填、岸坡挖泥和桩基作业等施工工序也要交叉进行，将影响岸坡区的稳定性。

    效果分析

    根据设计的要求，在真空预压处理区域设置了沉降观测、孔隙水压力观测、分层沉降观测等监测项目和加固前后十字板检测、加固后的静力触探试验、加固后的载荷板试验以及加固前后取样室内土工试验。

    1、现场监测情况

    根据沉降监测资料，用双曲线法、传统三点法等对土体固结度、残余沉降量进行计算分析， 土体固结度超过 90%， 残余沉降量小于250 mm， 满足设计要求。其中，沉降值范围在1.53m～2.05m之间变化。在稳定恒载期间，负的超孔隙水压力值随深度其绝对值逐渐减小，在深度为21m时，其负的超孔隙水压力值为-41.5kPa左右，说明加固的深度影响可至少达到21m。由于所对应的围堤是较危险区域， 水深较深， 水下地形坡度较大， 因此在加固区海侧边界埋设了深层水平位移观测仪器， 用于观测施工抽真空期的土层水平位移情况。各区实测最大水平位移值分别为18.4mm～80.4mm位移的方向是指向加固区内， 这充分表明， 真空预压法对围堤的安全是有利的。

    2、现场检测情况

    原位取土试验分析。通过土的常规试验分析， 发现原来松散的砂层变得非常密实， 淤泥层、淤泥质粉质黏土层等土体物理力学指标明显改善， 取得了良好的地基加固效果。加固前后土体物理力学指标变化情况：含水量由46.5%～70.5%加固后变化为39.8%～60.3%；湿密度由平均值1.662kN/m3加固后变化为1.708kN/m3；孔隙比由平均值1.55加固后变化为1.31等。

    原位试验结果分析。原位十字剪切试验平均强度约为9.6KPa加固后变化为17.1kPa；静力触探试验值在加固后平均值550kPa；静荷板试验结果显示场地达到120kPa的承载力。

    使用结果分析。潮间带的岸坡区已开挖至设计要求的标高，整个场地稳定，达到了设计的预期效果。整个区域还有部分作为码头和堆场的衔接区域尚未投产，需要待投产后进行观测再进行评价。

    结语

    在潮汐区的真空预压加固是成功的。真空预压有利于土体中水的排出及孔隙水压力的迅速消散； 真空预压的作用改善了原有的土体， 极大地提高了土体承载力， 满足了的设计要求； 围堤的安全也得到了保证，其使用效果较好。

    参考文献：

    [1] 孙树贤. 真空一堆载联合预压在公路软基处理中的应用[J]. 铁道建筑， 2007（6）： 55- 57.

    [2] 陈希哲. 土力学地基基础 （第三版）[M]. 北京： 清华大学出版社， 1997.

    [3] 朱福明 天津港新建滚装码头潮间带岸坡区真空预压的施工[J].现代公，2009No.15（Aug）：82-84.

    （作者单位：广州港集团南沙工程办公室）