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真空堆载联合预压法在天津港建设中的应用

作者：燕惠鹏

来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第09期

摘要:本文结合天津港南疆港区神华煤炭码头二期工程配套陆域软基加固工程,在分析真空联合堆载预压加固机理的基础上,联系工程实际,对软土加固方案的选择、设计和实施进行了分析研究,总结了经验并提出了改进建议。 关键词:真空堆载联合预压法 0 引言

目前中国沿海地区已大规模开始建设,从南到北,港口的建设速度越来越快,天津港位于天津东部沿海的滨海新区,环渤海经济圈的中心地带,也是中国邻近内陆国家的重要出海口。真空联合堆载预压是在真空预压、堆载预压理论和应用研究的基础上发展起来的一种软基加固方法,经过近几年的发展,真空联合堆载预压在工程应用中取得了良好的效果,在围海造陆过程中需要处理的软土地基越来越多,真空联合堆载预压由于其处理效果显著的特点在港区应用越来越广泛。

1 工程概况

工程位于天津港南疆北围埝以南、南侧紧邻规划的神华码头二期堆场,东侧为南疆临时隔埝,西侧为南疆东部港区临时道路。根据天津港务局设计研究院设计的《天津港南疆神华煤炭码头二期工程配套陆域软基加固工程施工图设计》设计图纸要求,须在场区四周修建临时挡埝,然后吹填砂性土至标高6.2m后,采用真空联合堆载和堆载预压方式对该区域进行地基加固,地基加固面积约376968㎡,其中真空联合堆载预压区为16个。本工程的地质情况通过地基处理前钻孔资料揭露,该区主要地层自上而下分别描述如下:

①淤泥质粘土 为吹填土层,层厚4.6～6.8m,灰色,饱和,无层理,上部多淤泥质粉质粘土,下部多淤泥质粘土,夹有淤泥与粉土薄层及粉土团,含有机质,见少量碎贝壳,为流塑状态,高压缩性的欠固结土层。②淤泥 海相沉积土层,层厚7.1～9.9米,灰色,饱和,无层理,均匀淤泥夹有淤泥质粘土,含有机质,流塑状态,高压缩性的欠固结土层;③淤泥质粘土 海相沉积土层,层厚2.8～4.9米,灰色,饱和,见少量碎贝壳,较均匀,流塑～软塑状态,高压缩性土层;④粉质粘土 沼泽相沉积土层,灰色、灰黄色,夹有粉土团粒,较均匀,为可塑状态,中压缩性土层,层顶部约1.0米含贝壳较多,该层未被穿透。

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通过上述资料及现场实际可知表层土体为吹填土,物理力学性质很差,地基未经处理前,不适宜建筑,浅层地基承载力很低,需对地基土进行专门的地基处理方案预处理,以满足工程建设对地基承载力的要求。

2 加固方案的选择和设计标准

目前,常用的软基加固方法主要有真空预压、堆载预压法、水泥土搅拌桩复合地基法等等,然而大量的工程实例表明,上述常规处理方法有着明显的不足之处:堆载预压法加固工期长,为保证安全堆载速率难以控制;水泥土搅拌桩复合地基法加固深度浅,施工工艺和技术复杂等。真空-堆载联合预压法是近年来引进发展的一种软基加固方法,它具有明显的提高加荷速率、缩短工期、工后沉降小等优点。基于上述优点,真空-堆载联合预压法已广泛应用于高速公路、大型油罐堆场、港口机场等建筑物的软基加固工程中,并取得了良好的效果。同时由于本工程要求卸载时地基承载力较高,单纯的真空预压难以达到预计的承载力要求,而考虑到堆载预压所需的砂源比较紧张,故结合天津港多年来软基处理的经验及技术选用真空-堆载联合预压进行软基加固。

真空联合堆载预压法设计内容除排水系统外,主要包括膜下真空度、土层固结度、地基变形计算、地基强度增长计算、预压区分块大小等方面,主要流程工序见下图:

本次设计采取的真空联合堆载预压法处理,要求膜下真空度不小于85kPa,且均匀分布,膜上堆载粉细砂厚度为50cm;有效抽真空及堆载天数不少于120天。

真空联合堆载预压卸载标准:①按实测沉降曲线推算的固结度大于90%;②连续10天实测沉降速率不大于1.5mm/d。 3 真空联合堆载方案的实施

真空联合堆载预压加固软土地基的施工主要包括以下几个步骤:平整场地、测量放线、砂垫层铺设、打设塑料排水板、铺设上部砂垫层、铺设滤管并连接排水板、土工布与密封膜铺设、开挖密封沟、真空抽气、堆加荷载等工序。

3.1 平整场地 真空联合堆载预压法加固软土地基的第一部工序为场地平整。根据现场观测,真空联合堆载预压场地在抽真空加固以后,呈锅底形状,即中间沉降量大,四周沉降量小。因此,在平整场地时,基本上应做到中间略高,四周稍低。这样做,一方面可以减少加固区的回填土方量;另一方面,可防止在加固后期不致于中部太低而两侧太高,有利于滤管与主管中的水排出。且不容易因沉降差过大而导致滤管的破裂与变形,影响排水能力。

3.2 砂垫层铺设 真空联合堆载预压加固软土中,砂垫层铺设一般要求厚度40cm,其主要作用是作为土体内部塑料排水板和滤管的中介层。一方面真空度通过砂垫层向塑料排水板或淤泥中传递,另一方面软土中的地下水通过塑料排水板先到达砂垫层,然后通过砂垫层流向滤管,经真空

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泵排出。砂垫层的级配、粒径、含泥量与透水性对真空预压法的成败起关键作用。一般砂的粒径不宜过细,宜采用中粗砂,含泥量不超过3%。

3.3 打设塑料排水板 首先确定排水板打设位置,一般使用经纬仪和钢尺确定,并用竹签插入砂垫层坐定位记号。塑料排水板的控制偏差包括平面位置、垂直度、外露长度、回带等。 3.4 铺设滤管 埋于砂垫层中的滤管,其作用是传递真空度和将土中已排至砂垫层的水,通过滤管输送到膜外工作水箱中,滤管上分布有均匀间距的孔洞,并在管理外面有反滤作用的材料,防止细颗粒进入滤管。滤管的布置应能保证打设的塑料排水板能够绑扎其上。

3.5 土工布和真空膜的铺设 首先挖设密封沟,密封沟布置在处理场地的周围,在真空联合堆载预压施工中它主要起周围密封的作用,沟深1.5m以上。密封沟采用机械开挖、人工配合,在铺设密封膜后,密封沟用粘土回填密实并灌水。密封沟挖设完毕后,可铺设土工布,土工布要求采用大于300g/m2的无纺土工布。先铺设一层无纺土工布,缝接牢固,两边预留一定的长度。再用人工将二层密封膜分层铺放覆盖整个真空联合堆载预压区。在加固区四周,密封膜应留有足够的超宽余量。

3.6 安装真空泵和进行加载 根据现场实际情况,合理布置真空泵的安放位置,真空泵一般安置在场地两侧。真空主要通过出膜器及吸水胶管与真空泵连接。出膜器的连接必须可靠。为了防止由于地质突变等不利条件,也可预留若干的出膜出口,以备加泵使用。真空泵的数量一般由所加固场地的面积、加固场地的土质情况,塑料排水板的打设深度和工后沉降要求几个方面决定。各项抽真空设备安置就位后,进行试抽,检验密封系统性能,发现问题及时处理。在正式抽真空后,综合考虑地基强度增长,控制加载速率,进行堆载。填筑前应根据采用的填料和压实机械,选择一定面积的加固区进行填筑压实试验,确定合理的松铺厚度。堆载预压层应分层铺设,均匀压实,为保证加固区密实度,施工时每边多填筑20～30cm。 4 关于施工工艺的几点建议

真空联合堆载预压在工程应用中取得了良好的效果,但在实际工程实施中尚有待于进一步加强控制,结合近几年施工情况,可以对部分施工工艺进行改进:

①由于港区大部分加固土体为吹填土,在打设塑料排水板结束以后,排水板外露部分容易受到污染,因此在连接滤管前需要对板头进行清理,清除板头处的淤泥。②在部分软基加固过程中,由于港区建设项目比较多,受到砂源影响,同时考虑造价问题,部分软基加固以黑砂代替黄砂,在滤管周围围一层10cm的黄砂,尽管在此施工水平排水层的渗透效果有所减弱,但滤管的排水效果没有减弱,加固效果也可以达到预期的要求。③部分软基加固中取消了使用土工布的步骤,加固效果仍然明显,铺设土工布目的主要是为了减少膜下坚硬物质对密封膜的影响,在部分条件允许的软基加固中,可以取消使用土工布,堆载的土体也可以形成一部分密封作用。