軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)探討

李惠新

(中城投集團(tuán)第八工程局有限公司，福建 廈門 361024)

1 工程概況

某項(xiàng)目陸域由吹填淤泥形成，針對(duì)一期用地進(jìn)行地基處理，總占地面積721.5畝(1畝≈666.67 m2)，北側(cè)和東側(cè)為園區(qū)規(guī)劃道路，寬36 m。實(shí)際地基處理面積691畝，該場(chǎng)地共劃分為隔堤區(qū)和非隔堤區(qū)。隔堤區(qū)采用強(qiáng)夯法加固處理；非隔堤區(qū)共劃分為12個(gè)區(qū)，采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固處理。本場(chǎng)地地基處理的主要目的是消除沉降和滿足地基承載力一般場(chǎng)地要求。智能化倉(cāng)庫(kù)，對(duì)應(yīng)于Z-2區(qū)，長(zhǎng)期使用載荷120 kPa，其他區(qū)長(zhǎng)期使用載荷70 kPa。該載荷工況下，工后沉降不大于20 cm，0～2.5 m承載力≥100 kPa，2.5～5.0承載力≥75 kPa，5.0 m以下承載力≥65 kPa。處理的對(duì)象主要是吹填淤泥、吹填砂、下臥原始淤泥以及素填土，處理深度15 m左右，具體見(jiàn)施工圖。本設(shè)計(jì)采用80西安坐標(biāo)系，中央子午線：120度帶，高程基準(zhǔn)面為56年黃海高程。

施工總體安排：真空堆載聯(lián)合預(yù)壓區(qū)域場(chǎng)地清理整平，鋪設(shè)二層≥400 g/m2編織土工布，中間夾一層竹筋；鋪設(shè)1 m中粗砂墊層；打設(shè)塑料排水板、施工密封帷幕；鋪設(shè)真空濾管、埋設(shè)真空探頭、監(jiān)測(cè)設(shè)備，鋪設(shè)一層≥200 g安裝真空設(shè)備；場(chǎng)地清理，開(kāi)挖密封溝，鋪設(shè)土工布、密封膜；試抽真空5～7天；再鋪設(shè)二層土工布，進(jìn)行二級(jí)堆載；膜下真空度在80 kPa以上連續(xù)抽90天，真空加載并觀測(cè)地面沉降；預(yù)壓至地面沉降符合設(shè)計(jì)要求。

2 加固原理

真空預(yù)壓法主要是指在不施加外力的條件下使得土壤表面以及塑料排水中的空隙壓力降低，在土體內(nèi)部和土體表面產(chǎn)生一定的壓力水頭差，達(dá)到滲流需要的水利梯度，從而使得土壤中的孔隙水能夠排出來(lái)，通過(guò)自身的重力作用加固土體。

龔曉南等提出真空滲流場(chǎng)理論,認(rèn)為真空預(yù)壓加固地基的機(jī)理由兩方面作用組成:一是由于真空滲流作用導(dǎo)致的土壤固結(jié)，二是由于地下水位的變化引起的自身重力作用使得土壤固結(jié)。這兩種方式都是土壤加固的主要措施，在真空預(yù)壓加固新進(jìn)吹填淤泥的過(guò)程中，土壤內(nèi)部會(huì)形成真空滲流場(chǎng)并且隨著土體水位的下降發(fā)生下沉。高志義認(rèn)為真空預(yù)壓法加固軟土地基時(shí),土體中的滲流與固結(jié)并非因果關(guān)系,固結(jié)必然伴隨著滲流,滲流并非必然導(dǎo)致固結(jié),而滲流是否會(huì)導(dǎo)致固結(jié)，主要在于是否引起了土體內(nèi)水量減少,進(jìn)而使孔隙水壓力降低。吹填淤泥和四周圍堰、上下邊界共同構(gòu)成了一個(gè)較為獨(dú)立的系統(tǒng),如圖1所示。對(duì)于新近吹填淤泥,土體內(nèi)水位面與土體表面齊平。在抽真空開(kāi)始后,孔隙水在真空負(fù)壓作用下產(chǎn)生滲流并被排出土體,由于沒(méi)有其他外部水源的補(bǔ)充，抽真空所引起的滲流作用能夠使得單元土體發(fā)生流經(jīng)和流出的水量不等，使得土體表面發(fā)生沉降作用，空隙水壓明顯降低，土壤必然發(fā)生固結(jié)作用。

3 施工工藝流程

軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù)的施工工藝主要分為兩個(gè)步驟，一是軟土地基的加固，二是淤泥的吹填和加固。這兩個(gè)步驟的銜接期是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵所在，在施工過(guò)程中需要注意。施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 真空預(yù)壓施工工藝流程圖

3.1 地基處理方法

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件及建(構(gòu))筑物使用要求，將場(chǎng)區(qū)劃分為隔堤區(qū)域和非隔堤區(qū)域。對(duì)隔堤區(qū)域采用強(qiáng)夯法加固，滿夯后的地表加一遍機(jī)械碾壓。非隔堤區(qū)域，采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓方法處理；真空堆載聯(lián)合預(yù)壓相鄰加固區(qū)之間的密封溝位置處采用水泥土攪拌樁處理；然后將真空堆載聯(lián)合預(yù)壓加固區(qū)和密封溝整平至5.6 m進(jìn)行滿夯。滿夯后的地表加一遍機(jī)械碾壓。

3.2 鋪設(shè)硬化層

土工布拼接采用手提工業(yè)縫紉機(jī)縫合，縫合尼龍線強(qiáng)度≥150 kN，采用包縫方式。在預(yù)壓區(qū)場(chǎng)地上將土工布縫接成滿足需要大小的大幅土工布，按選定方向依次平鋪，土工布縫接寬度不小于5 cm。土工合成材料參照現(xiàn)行《水運(yùn)工程土工織物應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JTJ/T 239)要求進(jìn)行抽檢和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；土工布攤鋪時(shí)，應(yīng)拉直平順，緊貼下承層，不得出現(xiàn)扭曲、折皺、重疊。竹筋鋪設(shè)在兩層土工布中間，采用人工鋪設(shè)方法鋪設(shè)竹筋。竹筋鋪設(shè)按網(wǎng)格布置，交接處用鐵絲綁扎牢固。竹筋與竹筋必須錯(cuò)位搭接，以保證竹筋的整體性。竹筋鋪設(shè)時(shí)必須把竹筋放置平順，以防止竹筋頂破土工布。

3.3 砂墊層

鋪設(shè)砂墊層厚度為1 m，采用吹砂船通過(guò)管道經(jīng)分流器鋪設(shè)砂墊層。砂墊層填砂由海上運(yùn)砂船運(yùn)至施工區(qū)域的西面海域?？康拇瞪按隙防铮儆纱瞪按抵料惹安贾迷谥虚g隔堤上的管線里先由Z-5、Z-7、Z-9、Z-11區(qū)塊往東面區(qū)塊吹填，等中間隔堤?hào)|面區(qū)塊吹填到一定的標(biāo)高再由Z-2、Z-3區(qū)塊往西側(cè)吹填，砂墊層鋪設(shè)時(shí)，經(jīng)分流器降低管道流速，人工調(diào)整吹砂口，同時(shí)進(jìn)行高程的監(jiān)測(cè)，進(jìn)行砂墊層的鋪設(shè)，最后超過(guò)標(biāo)高的砂由履帶式堆土機(jī)進(jìn)行推平、整平。

3.4 塑料排水板打設(shè)

熟悉規(guī)范、施工圖紙等各種技術(shù)文件，并勘查現(xiàn)場(chǎng)了解施工條件。根據(jù)各區(qū)已驗(yàn)收?qǐng)龅氐氖┕せ€、水準(zhǔn)點(diǎn)等資料，用RTK(GPS)放出40 m控制方格網(wǎng)，并插紅色小旗及打木樁并標(biāo)明區(qū)域控制點(diǎn)編號(hào)。

本工程采用B型整體排水板，在塑料排水板進(jìn)場(chǎng)前，需檢查其廠家產(chǎn)品合格證及質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，并按相關(guān)規(guī)范規(guī)定，同批次產(chǎn)品每20萬(wàn)延m(少于此數(shù)額也應(yīng)抽驗(yàn)1組)抽樣一組送質(zhì)檢單位進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。待檢驗(yàn)合格并報(bào)業(yè)主審批同意后，訂貨并組織運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.5 淤泥攪拌樁施工

場(chǎng)地整平：清除地上和地下一切障礙物。

對(duì)濱海白首烏及其近緣種藥用植物的54個(gè)樣品的ITS2 序列分析發(fā)現(xiàn)，所有實(shí)驗(yàn)樣本的PCR擴(kuò)增及測(cè)序成功率均為100%，序列獲得率（有效序列比例）亦為100%，經(jīng)1.0%瓊脂糖凝膠電泳得到PCR擴(kuò)增電泳圖（圖1），擴(kuò)增效果較好，條帶較亮，沒(méi)有拖尾現(xiàn)象，ITS2序列均在500 bp左右。

測(cè)量定位：根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)，沿區(qū)域邊線外側(cè)，放出密封溝開(kāi)挖尺寸控制線。

密封溝開(kāi)挖深度不小于1.5 m；攪拌機(jī)就位。

樁位放樣：沿密封溝外側(cè)進(jìn)行樁位放樣，樁位點(diǎn)每隔50 cm間距測(cè)放一點(diǎn)，樁位放樣點(diǎn)用細(xì)竹釬(竹尖涂有紅油漆)作為樁位標(biāo)志。

為了保證樁位準(zhǔn)確，消除累計(jì)誤差，要求每隔25 m設(shè)置一個(gè)樁位控制點(diǎn)。

制備泥漿。

本工程施工機(jī)械采用SJB-1型深層攪拌樁機(jī)，該機(jī)型屬雙攪拌頭，兩根直徑為0.7 m的攪拌軸，一次制樁2根，采用中心輸漿方式，制成的樁外形呈“8”字形。為保證成樁質(zhì)量均勻，易穿透砂層，擬采用“四噴四攪”施工工藝，及施工在攪拌頭兩次下沉和提升時(shí)均噴漿。

3.6 抽真空堆載聯(lián)合預(yù)壓

3.6.1 施工準(zhǔn)備

土工布、濾管、密封膜進(jìn)場(chǎng)。

本工程膜下采用無(wú)紡?fù)凉げ?，膜上二層土工布從下向上分別采用長(zhǎng)絲機(jī)織布和編織土工布。土工布進(jìn)場(chǎng)時(shí)需檢查其廠家產(chǎn)品合格證及質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，每10 000 m2檢測(cè)1組。密封膜材料采用三層聚乙烯真空預(yù)壓密封膜，密封膜進(jìn)場(chǎng)時(shí)需檢查其廠家產(chǎn)品合格證及質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，每分區(qū)1組(1組3個(gè))。濾管采用波紋管，每分區(qū)檢測(cè)5根；安排管理人員及真空設(shè)備進(jìn)場(chǎng)；安排設(shè)備堆放場(chǎng)地。

3.6.2 安裝真空泵

真空泵為7.5 kW，能形成96 kPa真空度的能力，即泵出口真空度為96 kPa，按每臺(tái)泵控制1 000 m2計(jì)算真空泵套數(shù)。同時(shí)準(zhǔn)備備用真空泵。將真空泵水平放置在密封帷幕外側(cè)，真空泵進(jìn)水口和出膜口保持同一平面，以保證真空泵能發(fā)揮到最大功效。

3.6.3 真空預(yù)壓預(yù)抽氣

為了防止開(kāi)始階段的真空預(yù)壓對(duì)于加固周圍土體的瞬間破壞作用，必須要嚴(yán)格地控制預(yù)壓閥的抽真空速率，待檢查沒(méi)有漏氣現(xiàn)象發(fā)生之后，才能夠開(kāi)啟所有的泵，將膜下真空度提高到80 kPa。此時(shí)可開(kāi)始滿載計(jì)時(shí)。等到所有的真空泵連續(xù)運(yùn)行24 h之后，不能中途停泵，當(dāng)出現(xiàn)意外情況造成停電的時(shí)候，必須要啟用備用電機(jī)，確保沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間的停泵。

3.6.4 堆載砂堆載預(yù)壓

堆載砂的施工順序根據(jù)排水板的施工順序進(jìn)行，堆載砂采用外購(gòu)海砂，由自帶皮帶輸送機(jī)的砂船水運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。用裝載機(jī)配合自卸車進(jìn)行二次倒運(yùn)，推土機(jī)及人工配合整平。堆載砂填筑應(yīng)根據(jù)地基監(jiān)測(cè)結(jié)果，合理控制填筑進(jìn)度，根據(jù)抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果，在砂墊層達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，每級(jí)填砂厚度控制在1.5 m左右，每級(jí)荷載的填筑時(shí)間為30天左右，加載方案應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果決定，并由監(jiān)測(cè)單位提出具體方案，經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可后實(shí)施。

3.6.5 卸載標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)資料分析，當(dāng)真空泵預(yù)壓期滿的時(shí)候，沉降高度能夠滿足設(shè)計(jì)要求即可卸載，卸載應(yīng)該將場(chǎng)地進(jìn)行平整。

3.7 堆載預(yù)壓

土工布鋪設(shè)在淤泥層頂面處，以利填筑砂墊層及打設(shè)塑料排水板。砂墊層采用中粗砂填料。

在砂墊層上，按正方形布設(shè)塑料排水板，間距為0.8 m。塑料排水板寬度為100 mm，要求打穿淤泥質(zhì)土進(jìn)入黏土層0.5 m，上端伸出排水砂墊層30 cm。

堆載砂的施工順序根據(jù)排水板的施工順序進(jìn)行，堆載砂采用外購(gòu)海砂，由自帶皮帶輸送機(jī)的砂船水運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。用裝載機(jī)配合自卸車進(jìn)行二次倒運(yùn)，推土機(jī)及人工配合整平。

堆載砂填筑應(yīng)根據(jù)地基監(jiān)測(cè)結(jié)果，合理控制填筑進(jìn)度，根據(jù)抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果，在砂墊層達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，每級(jí)填砂厚度控制在1.5 m左右，每級(jí)荷載的填筑時(shí)間為30天左右，加載方案應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果決定，并由監(jiān)測(cè)單位提出具體方案，經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可后實(shí)施。

3.8 水泥土攪拌樁

先將深層攪拌機(jī)用鋼絲繩吊掛在起重機(jī)上，用輸漿膠管將貯料罐輸送泵與深層攪拌機(jī)接通，開(kāi)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以0.38～0.75 m/min的速度沉至要求的加固深度；再以0.3～0.5 m/min的均勻速度提起攪拌機(jī)，與此同時(shí)開(kāi)動(dòng)輸送泵，將水泥漿從攪拌機(jī)中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面(靠近地面開(kāi)挖部位可不噴漿，便于挖土)，即完成一次攪拌過(guò)程。用同法再一次重復(fù)攪拌下沉和重復(fù)攪拌噴漿上升，即完成一根柱狀加固體。

3.9 強(qiáng)夯施工

隔堤區(qū)在真空卸載以及水泥土攪拌墻施工完成后，整平場(chǎng)地至5.6 m高程，采用低能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行兩遍滿夯。第一遍單擊夯擊能為800 kN·m，第二遍單擊夯擊能為1 000 kN·m。每遍滿夯單點(diǎn)夯擊數(shù)為4擊。夯擊過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重彈簧時(shí)，應(yīng)立刻停止夯擊。兩遍夯擊時(shí)間間隔不少于7天。夯錘直徑在2～2.5 m，滿夯搭接1/4錘直徑。滿夯結(jié)束后，視夯沉情況補(bǔ)方或卸方，整平場(chǎng)地至標(biāo)高5.3 m，采用35 t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓全場(chǎng)地。交工面為5.2±0.1 m。

隔堤區(qū)將處理范圍內(nèi)上部覆蓋淤泥層挖除直至隔堤素填土，隔堤整平至6.0 m高程，作為起夯面。強(qiáng)夯工序采用兩遍點(diǎn)夯和一遍滿夯。夯點(diǎn)間距3.5 m，兩遍夯擊點(diǎn)之間采用跳打方式分布，具體見(jiàn)施工圖。點(diǎn)夯單擊夯擊能量為3 000 kN·m，滿夯1 000 kN·m。單遍點(diǎn)夯擊數(shù)為8擊，當(dāng)最后兩擊夯沉量平均值小于5 cm時(shí)可以停夯。夯錘直徑在2～2.5 m，錘重20 t。滿夯搭接1/4錘直徑，單點(diǎn)夯擊擊數(shù)為4擊。滿夯結(jié)束后，視夯沉情況補(bǔ)方或卸方，整平場(chǎng)地至標(biāo)高5.3 m，采用35 t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓全場(chǎng)地。交工面為5.2±0.1 m。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了軟土地基堆載吹填淤泥并同步真空預(yù)壓加固技術(shù),將吹填淤泥加固及軟土地基加固兩階段施工整合到一個(gè)真空預(yù)壓周期內(nèi)進(jìn)行,無(wú)須對(duì)吹填淤泥進(jìn)行晾曬或先期處理,大幅縮短了造陸工期。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軟土地基承載能力明顯增強(qiáng)，加固效果明顯。

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