淤泥質(zhì)土層上的引、排水明渠設(shè)計

殷佳霞，陳紅其，徐 威

(1.中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院，四川成都 610021;2.中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 工程地質(zhì)條件

印度尼西亞某電廠位于印度尼西亞Banten省Tangerang市，首都雅加達北西約80km的爪洼海(Java)西海岸，場地表層由①1層極其軟弱的淤泥及淤泥質(zhì)粘土組成，滲透系數(shù)為9.47×10－7cm/s，該層厚度為3～28m，在引、排水明渠區(qū)域淤泥層厚度均10m以上，其力學性質(zhì)指標參見表1。場地地震設(shè)防烈度較高，屬8度地震區(qū)，存在軟土震陷問題，應(yīng)采取有效措施，消除軟土地基震陷影響。

表1 ①1層土體力學性質(zhì)指標統(tǒng)計

2 引、排水明渠設(shè)計方案

引水明渠總長約720m，排水明渠總長約2 120m，渠深約5－6m，設(shè)計結(jié)合當?shù)貙嶋H，采用真空預(yù)壓+混凝土護坡梯形明渠、PC樁+鋼筋混凝土矩形明渠、板樁支護矩形明渠等三方案進行綜合比選。

2.1 引、排水明渠方案比較

2.1.1 真空預(yù)壓+混凝土護坡梯形明渠

利用真空壓力(設(shè)計真空度80kPa)和覆水2m(20kPa)進行預(yù)壓。引、排水明渠總長約2.8km，所處位置由相互連通的網(wǎng)格狀魚塘組成，地質(zhì)條件極差。采用真空預(yù)壓目的是:使該區(qū)域的物理力學參數(shù)大大提高，能直接大開挖，大開挖邊坡不小于1∶1.5～1∶2.0，無需支護即可開挖形成穩(wěn)定的永久邊坡，安全系數(shù)大于1.15。護坡做法為土工布+袋裝碎石+混凝土面板，護底做法為土工布+碎石墊層+混凝土面板。在進行真空預(yù)壓地基處理時，務(wù)必控制好處理的范圍和質(zhì)量。必須選段進行試開挖，觀察其穩(wěn)定性，確保穩(wěn)定后再大規(guī)模施工。該方案總費用4 945萬元。

2.1.2 PC樁+鋼筋混凝土矩形明渠

鋼筋混凝土矩形明渠置于PC樁基礎(chǔ)上。先在淤泥上填素土擠淤，使之能滿足施工機具在上作業(yè);然后施工PC樁，樁長約20m，深至③層硬塑粘性土;再根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗采用竹樁或椰子木打入支護，開挖施工鋼筋混凝土明渠。該方案安全可靠，渠道置于樁基上，解決了淤泥土承載力不足的問題，但是，該方案工期長，造價高，不經(jīng)濟。該方案總費用8 660萬元。

2.1.3 板樁支護矩形明渠

溝道開挖時，采用板樁作支護，板樁同時也作為溝道側(cè)壁。先在淤泥上填素土擠淤，使之能滿足施工機具在上作業(yè);然后施工鋼筋混凝土板樁，樁長約12m;板樁施工完成后，板樁上端設(shè)有冠梁和支承梁作為上部支承，再進行溝道開挖，溝道底部采用土工布+碎石+混凝土面板作法，混凝土面板兼作板樁下部支承。該方案永臨結(jié)合，施工速度也相對較快，但板樁支護的造價高。該方案總費用10 924萬元。

2.2 方案比較

由上可以看出，真空預(yù)壓+混凝土護坡梯形明渠方案加荷快、工效高、工期短，施工管理方便，無需堆載材料，本工程又缺少土源，該方法具有優(yōu)勢，且造價較其他兩個方案經(jīng)濟很多。所以經(jīng)綜合比較，推薦真空預(yù)壓+混凝土護坡方案。

3 引、排水明渠地基處理方案

引、排水明渠地基處理采用真空+覆水聯(lián)合預(yù)壓地基處理方案。

3.1 施工技術(shù)參數(shù)

本工程引、排水明渠采用真空+覆水聯(lián)合預(yù)壓地基處理方法。按照中華人民共和國行業(yè)標準(JTJ250－98)《港口工程地基規(guī)范》的規(guī)定，真空預(yù)壓的穩(wěn)定卸載標準為:

(1)平均固結(jié)度達到80%以上。

(2)真空度維持在0.08MPa的條件下，沉降速率連續(xù)5～10天小于或等于2mm/d。施工技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 施工技術(shù)參數(shù)

3.2 施工技術(shù)

(1)清除表層飽和流塑淤泥土，一般為魚塘底表層淤泥。由于該層淤泥似水似土，清淤難度極大，實際施工時，改為填土擠淤。

(2)砂墊層鋪設(shè)。填土擠淤結(jié)束后，鋪設(shè)一層土工布及砂墊層后，插板機仍可直接在上面工作。部分區(qū)域砂墊層厚度小，插板機難以直接在上面工作。針對這種情況，可采取如下施工措施:①增加一層竹網(wǎng)，竹網(wǎng)規(guī)格:60cm×60cm;竹子直徑:6～7cm。②竹網(wǎng)上面增加一層土工布，主要有兩個作用:一是可以保證竹網(wǎng)受力均勻，起到保護竹網(wǎng)的作用;二是可以防止因為砂墊層過薄導(dǎo)致泥漿溢出，從而降低砂墊層的滲透性，見圖1。

圖1 墊層設(shè)計

(3)塑料排水板施工。

(4)預(yù)壓安裝。①板頭處理:為避免排水板頭刺破真空膜，影響密封性能，應(yīng)在排水板施工后對板頭進行埋設(shè)處理，保證板頭下彎并埋入砂層中不少于10cm;②臥管鋪設(shè):采用網(wǎng)格狀設(shè)置，行間距6m，縱間距約20m，離密封溝1.5m，采用PVC管外包土工布濾膜，臥管應(yīng)埋入砂層中10～20cm;③清理場地:為避免場地地表不均勻或者砂層面有尖銳石塊刺破真空膜，應(yīng)在鋪設(shè)土工布前對場區(qū)進行整平、清理;④土工布鋪設(shè):200g編織土工布，搭接不少于15cm，滿鋪，機器縫合;⑤真空膜鋪設(shè):兩層，14絲，安設(shè)膜下真空表和出膜器時應(yīng)保證密封;⑥圍堰:為保證覆水預(yù)壓效果，圍堰高2.5m。覆水圍堰在覆水前應(yīng)鋪設(shè)一層防滲膜，防止覆水期間圍堰長期浸泡引起漏水，威脅圍堰安全穩(wěn)定，保持穩(wěn)定的覆水高度。⑦密封溝:真空膜邊應(yīng)人工踩入淤泥30cm以上，并用粘土密封;

(5)預(yù)壓運行。①運行前對真空泵需進行調(diào)試;②利用3～7天穩(wěn)步提升真空度，平均穩(wěn)壓真空度應(yīng)達到90kPa以上;③如發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)及時采取措施補救;④同時滿足下列條件，可以終止真空運行:連續(xù)十天每天沉降量小于2mm;根據(jù)實際沉降曲線推測固結(jié)度達到設(shè)計要求。

(6)覆水預(yù)壓。在保證密封完好、真空度滿足要求的前提下，可以開始覆水，覆水2.0m，加強信息化施工的控制，以及時調(diào)整施工參數(shù)。

3.3 引、排水明渠的地基處理效果分析

3.3.1 地基真空預(yù)壓處理前后物理力學指標

地基處理前①1的物理力學指標見表1，地基承載力特征值fak=30kPa。

地基處理后①1的物理力學指標見表3，地基承 載力特征值為fak=110kPa。

表3 ①1層土體力學性質(zhì)指標統(tǒng)計(地基處理后)

從真空預(yù)壓處理前后的物理力學指標對比看:

(1)承載力特征值指標大大提高，從30kPa提高到110kPa，大大方便施工機具的作業(yè)，真空預(yù)壓處理后鋪一層素土，即可走挖掘機、推土機等重型施工機具;

(2)Cuu即三軸不固結(jié)不排水剪內(nèi)聚力指標提高較多，從8.8kPa提高到13kPa，保證了小于5m的邊坡開挖，大大提高了邊坡穩(wěn)定性;

(3)φuu即三軸不固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角，也有一定提高。

(4)引、排水明渠為軟性結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)一定的沉降變形，真空預(yù)壓處理后，消除了軟土地基震陷影響。

3.3.2 邊坡穩(wěn)定分析比較

本文采用瑞典圓弧法和Bishop法對真空預(yù)壓前后的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)進行對比分析:

(1)瑞典圓弧法:

(2)Bishop法:

其余符號同上式。

(3)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)對比表。從表4可以看出，真空預(yù)壓處理效果較好的區(qū)域，邊坡的安全系數(shù)有較大提高，直接大開挖可形成穩(wěn)定永久邊坡，大大降低了工程成本。

表4 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)對比

4 結(jié) 論

本工程由于廠區(qū)布置的特殊性，引、排水明渠很長，總長接近3km，同時，場地的工程地質(zhì)條件惡劣，綜合考慮印尼當?shù)氐氖┕l件和能力，在施工便捷和經(jīng)濟的基礎(chǔ)上，對引、排水明渠的設(shè)計及施工方案進行了分析比較，得到如下結(jié)論:

(1)對于非常軟的軟黏土地基，采用堆載預(yù)壓法施工更難，所用時間更長，真空預(yù)壓加固法是行之有效的地基處理方法。經(jīng)真空預(yù)壓處理后的地基承載力可達80kPa以上，結(jié)合碎石換填，可作為一般建筑物地基土。地基土C、φ值明顯提高，在真空預(yù)壓的范圍和效果達到預(yù)期效果的情況下，小于5m的基坑開挖可不進行支護，8m以內(nèi)的軟土可得到較大的改善。對于深度在這個范圍內(nèi)的溝渠、基坑開挖，在方便施工、縮短工期和減少工程造價方面有很顯著的作用。

(2)在經(jīng)過真空預(yù)壓處理后，土體在80kPa真空壓力的作用下，100d固結(jié)度基本達到設(shè)計要求，觀測的地面沉降接近約為軟土厚度(或處理厚度)的10%，對于減小工后沉降有很顯著的作用，更好的滿足了各類溝、管道和建(構(gòu))筑物對于沉降差的要求。

(3)真空預(yù)壓法軟土地基處理應(yīng)注意:處理邊界應(yīng)超出明渠或基坑的開挖邊界一定距離;一次處理范圍應(yīng)適當大些，可增加覆水覆土效果。