■陳錦峰

（福建八方港口發(fā)展有限公司，莆田　351152）

塑料排水板堆載預(yù)壓法在湄洲灣港大型深水泊位填海造地工程中的應(yīng)用

■陳錦峰

（福建八方港口發(fā)展有限公司，莆田351152）

本文采用布設(shè)表層、分層沉降觀測(cè)點(diǎn)以及孔隙水壓力的方法對(duì)湄洲灣港大面積填海造地工程堆載預(yù)壓施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用觀測(cè)結(jié)果指導(dǎo)堆載預(yù)壓施工。在堆載預(yù)壓施工完成后，在已布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面位置下的軟基進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)，數(shù)據(jù)表明塑料排水板堆載預(yù)壓法在大面積填海軟基處理中取得了良好的效果。

塑料排水板堆載預(yù)壓排水固結(jié)沉降量十字板剪切試驗(yàn)

0　引言

近年來(lái)，隨著海西建設(shè)不斷掀起陣陣施工熱潮，湄洲灣港利用自身良好的深水岸線資源，正在朝大型化、深水化港口方向發(fā)展。為了滿足大型深水泊位的建設(shè)需要，通過(guò)填海造地形成的陸域面積逐年增大，而填海造地原自然泥面一般都是軟土地基，軟土地基由于含水量高、壓縮性大、強(qiáng)度低、力學(xué)性能較差且埋藏深度厚，這對(duì)填海工程地基處理提出了更高的要求。為了滿足大面積軟土地基加固要求，一般常用的方法有堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法或者真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法，而堆載預(yù)壓法由于有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，施工方法簡(jiǎn)便，且堆載料卸載后可以重復(fù)利用，因此，堆載預(yù)壓法在大型深水泊位填海造地工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的軟基處理效果。

為此，本文通過(guò)對(duì)湄洲灣港東吳作業(yè)區(qū)東1#、東2#深水泊位在填海造地堆載預(yù)壓施工過(guò)程中已監(jiān)測(cè)到的表層沉降、分層沉降與孔隙水壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用在已布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面位置下的軟基進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)分析塑料排水板堆載預(yù)壓法在大型深水泊位填海造地工程施工的效果。

1　工程概況

1.1工程簡(jiǎn)況

本項(xiàng)目位于福建省莆田市湄洲灣北岸東埔鎮(zhèn)東吳村門峽岸段，東1#、東2#泊位結(jié)構(gòu)分別按靠泊20萬(wàn)噸級(jí)、10萬(wàn)噸級(jí)散貨泊位設(shè)計(jì)，在陸域吹填前，場(chǎng)地為自然岸線灘涂地帶，填海面積約92公頃，均用海砂吹填而成。東1#、東2#泊位是煤炭專用散貨泊位，設(shè)計(jì)要求地基處理后堆場(chǎng)應(yīng)滿足使用荷載180kN/m2的要求，現(xiàn)有場(chǎng)地地基承載力本身滿足不了設(shè)計(jì)要求，因此，需要進(jìn)行地基處理。由于項(xiàng)目附近砂源豐富，且地基處理時(shí)間相對(duì)寬松，另外東1#泊位堆載預(yù)壓完成后的堆載料可以轉(zhuǎn)運(yùn)到東2#泊位重復(fù)堆載使用，因此，在經(jīng)過(guò)對(duì)地基加固方案比選后，決定采用堆載預(yù)壓結(jié)合塑料排水板的方法對(duì)東1#、東2#泊位陸域形成場(chǎng)地進(jìn)行處理。為了更好的指導(dǎo)堆載預(yù)壓施工，本項(xiàng)目選擇專業(yè)的軟基監(jiān)測(cè)單位對(duì)堆載預(yù)壓施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有面層沉降、分層沉降以及孔隙水壓力等。堆載預(yù)壓完成后，還在原先監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上進(jìn)行地基處理完成后的軟基現(xiàn)場(chǎng)十字板試驗(yàn)，查看堆載預(yù)壓后的軟基處理效果。

1.2工程地質(zhì)情況與評(píng)價(jià)

監(jiān)測(cè)場(chǎng)地處于濱海淺灘區(qū)，堆場(chǎng)及陸域區(qū)表層分布有3.2m～19.1m厚的①～③淤泥性軟土層，且淤泥性為土為高壓縮性、高孔隙比、低透水性特殊性土，工程地質(zhì)性能差，在荷載作用下易產(chǎn)生過(guò)量沉降或產(chǎn)生滑移等不良現(xiàn)象，需對(duì)其進(jìn)行地基處理，本次軟基處理的面積約90公頃。

場(chǎng)地內(nèi)分布的主要軟弱土層如下（①、③軟弱土層主要物理力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)表1）：

①淤泥混砂：為第四系海陸交互相沉積成因。深灰色，流塑，飽和。富含腐殖質(zhì)，不均勻含有10.3%～69.7%粉砂。捻面有砂感，有光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，搖震反應(yīng)慢。，以淤泥為主，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)粘土。層厚0.6m～17.8m。

②層為海陸域交互相沉積及陸相沖積成因，按其成分不同可分為兩個(gè)亞層：

②-1混砂淤泥：為第四系海陸交互相沉積成因?；疑缮?，飽和。成分以砂為主，次為淤泥。

②-2粗砂：灰黃色，稍密-中密，局部松散，飽和。本層以砂為主，局部地段相變?yōu)樯暗[。層厚0.5～6.9m，層頂高程在2.08～-19.61m。

③淤泥混砂：為第四系海陸交互相沉積成因。深灰色，流塑，飽和。富含腐殖質(zhì)，不均勻含有12.9%-67.9%粉砂，稍具粘性，捻面粗糙，有光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，搖震反應(yīng)慢，略具腥臭味。層厚1.4～16.9m，層頂高程0.89～-15.61m。

表1　軟土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

2　地基處理方案

軟基處理關(guān)鍵在于盡可能在施工期消除場(chǎng)地軟基和回填層的沉降，從而控制使用期結(jié)構(gòu)物沉降，確保地基強(qiáng)度滿足使用要求。不同的軟基處理方式有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)缺點(diǎn)比較，并結(jié)合類似工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本工程地基處理方式采用塑料排水板+堆載預(yù)壓加固方案。

首先在已鋪設(shè)的砂墊層上施打塑料排水板，采用B型塑料排水板，間距1.2m，正方形布置，要求穿透淤泥性軟土層，并超出砂墊層頂面20cm。然后分層吹填海砂堆載預(yù)壓，共分5級(jí)加載，最后一級(jí)加載固結(jié)度要求達(dá)到90%以上，且在滿足沉降數(shù)據(jù)連續(xù)10d每日沉降量均小于1.5mm的要求時(shí)方可進(jìn)行卸載。

3　地基處理施工

3.1塑料排水板施工

本工程地基處理區(qū)域首先在軟基自然泥面開始吹填海砂至標(biāo)高+3.5m，鋪設(shè)1m厚的中粗砂墊層至標(biāo)高+ 4.5m，緊接著施打塑料排水板，塑料排水板采用B型，其性能指標(biāo)符合《塑料排水板質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ/T257-96）的規(guī)定要求。塑料排水板的間距為1.2m，正方形布置，施打深度隨軟土層厚度而定，要求打透①～③淤泥性軟土層，并超出砂墊層頂面20cm。

塑料排水板施工工藝：

（1）根據(jù)各區(qū)已驗(yàn)收砂墊層場(chǎng)地的施工基線、水準(zhǔn)點(diǎn)等資料，用全站儀測(cè)放各區(qū)控制點(diǎn)，各區(qū)控制點(diǎn)插紅色小旗及打下木樁并標(biāo)明控制點(diǎn)編號(hào)。用全站儀和鋼尺按正方形布置、間距1.2m測(cè)放出塑料排水板打設(shè)板位，并用竹簽或排水板芯等插入砂墊層作標(biāo)記。

（2）插板機(jī)移機(jī)定位，安裝排水板樁靴。施打作業(yè)時(shí)，插板機(jī)的樁靴落地定位由插板機(jī)駕駛員在控制室內(nèi)控制，其誤差控制在±70mm范圍內(nèi)。

（3）各區(qū)域的塑料排水板均按正方型布置、間距1.2m。施工操作人員根據(jù)安裝在插板機(jī)上的金屬活動(dòng)垂針和刻度盤，控制樁管下插時(shí)的垂直度偏差不得大于±1.5%。

（4）上拔樁管至樁管下端高出砂墊層面500mm。上拔樁管時(shí)，施工人員應(yīng)仔細(xì)觀察排水板有沒(méi)有回帶現(xiàn)象，若回帶長(zhǎng)度超過(guò)300mm，則在板位旁附近補(bǔ)打一根，回帶根數(shù)不得超過(guò)打設(shè)總根數(shù)的5%。

（5）切割排水板，控制排水板在砂墊層頂面以上的外露長(zhǎng)度不小于300mm。

（6）移機(jī)進(jìn)行下一根排水板施工。

3.2堆載預(yù)壓施工

在塑料排水板施工完成后開始回填砂堆載預(yù)壓施工，本次堆載預(yù)壓共分5級(jí)，預(yù)壓起始標(biāo)高為+4.5m，分級(jí)高度為第一級(jí)3.8m （+4.5m→+8.3m），第二級(jí)為2.9m（+ 8.3m→+11.2m），第三級(jí)為3m（+11.2m→+14.2m），第四級(jí)為2.5m（+14.2m→+16.7m）第五級(jí)為2.5m（+16.7m→+ 19.2m）。其中，斗輪機(jī)軌道基礎(chǔ)堆載為五級(jí)堆載，堆高+ 19.2m，頂面寬度20m；其他區(qū)域堆載為三級(jí)堆載，堆高+ 14.2m。堆載預(yù)壓斷面圖如下：

堆載預(yù)壓施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行分層堆載，分層回填厚度不大于100cm/層，當(dāng)分層填至堆載預(yù)壓分級(jí)高度時(shí)，應(yīng)停止堆載，進(jìn)行靜壓。每級(jí)加載時(shí)間為30天，靜止預(yù)壓時(shí)間40天。靜壓間歇期應(yīng)保持間歇期分級(jí)高度不變，如發(fā)生沉降超過(guò)500mm的情況應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)填。待空隙水壓力基本消失后（固結(jié)度達(dá)到90%以上），方可進(jìn)行下一級(jí)預(yù)壓荷載的分層回填。堆載預(yù)壓在滿足沉降數(shù)據(jù)連續(xù)10d每日沉降量均小于1.5mm的要求時(shí)進(jìn)行卸載，卸載后的場(chǎng)地標(biāo)高為+9.0m。

4　軟基處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1表層沉降變化曲線

為了更好的說(shuō)明堆載預(yù)壓施工過(guò)程土體表層沉降量的變化情況，本文選取了具有代表性的斗輪機(jī)軌道上的沉降觀測(cè)點(diǎn)S25進(jìn)行分析。點(diǎn)S25于2010年7月29日開始監(jiān)測(cè)，軟基原始泥面標(biāo)高為+0.46m，砂墊層標(biāo)高+ 4.5m。砂墊層鋪設(shè)完成后開始埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，面層沉降板埋設(shè)在砂墊層面上，標(biāo)高為+4.5m。

本次加載共分5級(jí)，加載與靜壓時(shí)間約為10個(gè)月。第一級(jí)加載施工時(shí)間59天；第二級(jí)加載施工時(shí)間41天；第三級(jí)加載施工時(shí)間70天；第四級(jí)加載施工時(shí)間60天。第五級(jí)加載施工時(shí)間56天。

從圖2可以看出，堆載預(yù)壓開始施工后，隨著荷載的增加，沉降量明顯增加，特別是前3級(jí)堆載高度由+4.5m加載至+14.2m時(shí)沉降量最明顯，由零增大至1000mm，當(dāng)堆載高度由+14.2m加載至+19.7m時(shí)，沉降量明顯減小并最終收斂至1292mm，最終固結(jié)度達(dá)到90%以上。

4.2分層沉降變化曲線

從圖3分層沉降隨時(shí)間變化曲線可以看出，靠近地表部分的沉降量最大，隨著深度增加，沉降量逐漸減小。另外，在施工初期沉降量最大，以表層土f1沉降量來(lái)進(jìn)行沉降分析，施工時(shí)間由零至125天左右，沉降量達(dá)550mm，沉降速率達(dá)到4.4mm/d，而隨著軟土的不斷固結(jié)，施工時(shí)間由125天至300天時(shí)，沉降量為150mm，沉降速率為0.86mm/d，分層沉降趨于穩(wěn)定。

4.3孔隙水壓力變化

從圖4孔隙水壓力與時(shí)間曲線可以看出，孔隙水壓力隨著堆載預(yù)壓荷載的增加而迅速增加，這是由于瞬間加載的附加應(yīng)力主要由孔隙水壓力來(lái)承擔(dān)，而在靜載期間，孔隙水壓力逐漸消散。待繼續(xù)加載大一級(jí)荷載時(shí)，孔隙水壓力又開始增大，但由于土體強(qiáng)度的增大，上部堆載荷載逐漸由土體來(lái)承受，孔隙水壓力增幅較小，且隨著時(shí)間的推移，孔隙水壓力逐漸消散，并最終趨于穩(wěn)定。

4.4現(xiàn)場(chǎng)十字板原位試驗(yàn)

本工程淤泥軟土在堆載預(yù)壓前后分別實(shí)驗(yàn)室與施工現(xiàn)場(chǎng)做了淤泥原狀土與重塑土的十字板剪切試驗(yàn)，其強(qiáng)度的變化如下表2：

表2　堆載預(yù)壓前后不同深度淤泥質(zhì)土的十字板剪切強(qiáng)度（kPa）

由表5可知，堆載預(yù)壓施工后，原狀土的十字板剪切強(qiáng)度平均值由30.88kPa增大為60.68kPa，強(qiáng)度提高了96.5%；重塑土的十字板剪切強(qiáng)度平均值由4.2kPa增大為16.36kPa，強(qiáng)度提高了289.52%。由此，可見(jiàn)堆載預(yù)壓施工后，淤泥軟土的剪切強(qiáng)度得到了大幅提高，地基加固效果十分明顯。

5　結(jié)論

（1）表層沉降、分層沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析表明，采用塑料排水板與堆載預(yù)壓施工法加快了軟土地基的固結(jié)沉降，大大減少了使用年限內(nèi)的沉降，取得了良好的加固效果。

（2）通過(guò)對(duì)軟土孔隙水壓力分析，表明塑料排水板作為排水通道配合堆載預(yù)壓的施工，能夠使軟土的孔隙水壓力得到快速的消散，增加了軟土的承載力。

（3）現(xiàn)場(chǎng)十字板試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)處理的軟土地基的抗剪強(qiáng)度得到了大幅度的提高，其中原狀土提高了96.5%，重塑土提高了289.52%，保證了日后使用期的地基穩(wěn)定。

（4）通過(guò)上述分析表明，塑料排水板與堆載預(yù)壓施工工藝不但簡(jiǎn)單，而且在軟土地基加固上效果也是十分明顯的。

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