淺海區大面積深厚軟基層綜合處理技術

蔡 昱

（陜西鐵路工程職業技術學院管理工程系，714000，渭南∥講師）

福州江陰港鐵路支線位于福清市境內，興化灣北岸，工程約50%路基及特大型鐵路貨場、集裝箱裝卸場均位于淺海灘涂地帶。由于淺海灘涂地帶存在淤泥覆蓋層厚、受海潮影響等特點，軟基處理方法多樣、技術難點較大，且目前福建地區無濱海沉積軟土特性的系統理論及成熟的軟基處理和工后沉降控制方法。

1 工程水文地質條件

大型鐵路貨場和集裝箱裝卸場主要地層由上至下為：

（1）淤泥——深灰色，飽和，流塑，含少量中細砂，層厚度一般在14～22 m 之間；

（2）粉質黏土——淺灰色，灰黃色，濕，硬塑。局部含角礫較多，厚度一般為3～6 m；

（3）全風化凝灰巖——淺灰色，土狀風化，可塑～硬塑。

地下水主要為孔隙潛水，無化學侵蝕性。地表水為海水，氯鹽環境作用等級為L2。

2 處理方案

工程位于福建省最大的海灣，加之軟土地層的高壓縮、低強度和低滲透等特性，故對該層軟土地基進行系統的處理并滿足嚴格的工后沉降控制要求則直接關系到整個鐵路支線工程建設的質量、進度和投資［1］。因此，本方案采取塑料排水板聯合水泥土攪拌樁、超載預壓排水固結法、真空加堆載聯合預壓排水固結法等3種軟基處理工法在大型鐵路貨場及集裝箱裝卸場進行系統的試驗研究［2］。選取江陰港鐵路支線大型鐵路貨場及集裝箱裝卸場區域進行現場試驗，采用3種組合不同的工法或工藝進行試驗性施工，以檢驗各種工法或工藝的適用性，達到優化設計，指導今后大規模施工的目的。

整個場區劃分為一般場地段、鐵路線路段和集裝箱堆放區域，分別對其進行地基處理。一般場地段采用大面積塑料排水板聯合堆載預壓法（超載高度1 m）施工，鐵路線路段采用塑料排水板聯合水泥攪拌樁加固法施工，集裝箱堆放區域采用真空－堆載聯合預壓法施工。經過試驗，處理效果滿足設計要求，驗證了此方案的可行性。

3 處理方案的實施

3.1 砂墊層施工

砂墊層施工總面積145.6萬m2，按2.5 m 厚填筑共計364萬m3。為了滿足工期要求，結合潮汐情況，在集裝箱裝卸場外側選擇一適當地點修建臨時砂碼頭，儲砂能力要求不少于3萬m3，再設置至貨場的汽車運輸便道。保證了大潮期間組織運砂船直接卸砂至場區，在小潮水位無法滿足輪船進入貨場時，可卸砂在砂碼頭，再通過汽車轉運至貨場填筑。同時，在每天落潮期間，也可用汽車運輸碼頭儲砂進行填筑。確保了無論是大潮小潮還是漲潮落潮期間，都能進行連續作業。

3.2 塑料排水板聯合堆載預壓

3.2.1 材料類型

塑料排水板采用SPB－B型。

3.2.2 關鍵工序控制［3－4］

（1）放樣時要根據設計準確放樣。鐵路路基下面排水板要平行于線路放樣，并在每個孔位都作好標記，確保后續攪拌樁施工準確對位。

（2）穿靴。將塑料排水板端部穿過預制靴頭固定架，對折帶長10 cm，固定聯結，預制靴頭采用鐵質靴頭。

（3）插入過程要楔好套管，防止淤泥進入板芯，以免造成堵塞，影響排水效果。

（4）施工所用套管應保證地基中的塑料排水板不扭曲。排水板需要接長時，采用濾套內平接的方法，芯板對扣，凹凸對齊，搭接長度25cm，濾套包裹，用可靠措施固定。

3.2.3 處理效果檢測與分析

（1）沉降－時間關系分析。從圖1的沉降－時間關系圖可以看出，在堆加土體荷載后，土體沉降明顯加快，到170天時沉降趨于平緩，至240天時沉降基本穩定。

（2）土體鉆孔取樣試驗。從表1中可知，該區域的淤泥層經填土堆載及插塑料板后，其工程力學性能變好，強度得以提高，天然含水量降低，天然孔隙比變小，固結系數變大，淤泥層的固結程度得以明顯提高。軟土地基經塑料排水板處理以后，土樣在各級荷載作用下，相應的固結度均有所提高。由此可見，淤泥層經過排水固結，其固結度指標已完全達到設計要求。

表1 堆載預壓前后淤泥層的物理力學指標對比表

3.3 塑料排水板聯合水泥攪拌樁

3.3.1 水泥攪拌樁相關設計參數

（1）樁長12.0m，間距1.2 m，正方型布置，樁徑Φ500 mm。

②在有海水等腐蝕環境下，攪拌樁水泥采用32.5R 礦碴水泥。

③水泥摻入量不小于加固濕土重15%，水灰比為0.5，每延米水泥用量50～60 kg。具體摻量可通過試樁確定。

④90 d齡期樁身無側限抗壓強度不小于1.3 MPa，復合地基承載力不小于90 kPa。

圖1 堆載預壓區3＃及5＃位沉降－時間曲線圖

3.3.2 水泥攪拌樁施工技術［5－8］

（1）水泥攪拌樁采用“四噴四攪”工藝，成樁結束后，清理鉆桿和壓漿管道，進行移架移位，每班必須認真、真實進行成樁記錄。

（2）攪拌樁施工關鍵工序控制：①樁長——根據設計樁長在鉆桿相應高度做好明顯標記，再根據現場電腦打印小票進行復核，確保鉆進深度。②灰漿比重——灰漿嚴格按0.5的水灰比進行配置，每次配漿必須檢查灰漿比重，在1.70～1.75 間為合格，否則要根據比重再次進行調配。③ 噴漿量——施工前對每臺鉆機上的電磁流量計進行校核，施工時不定時檢查現場打印小票的每米噴漿量記錄。④停漿面——停漿面應選擇在原地面下0.5 m，否則封漿面太淺將造成灰漿外流堵塞排水板濾膜，影響排水效果。

3.3.3 地基處理效果分析

對復合地基進行荷載試驗時，6＃－1＃樁和3＃－2＃樁加載達到預期最大試驗荷載時，終止加載。試驗加載到90 kPa時，沉降量分別為1.360 mm、3.375 mm；試驗加載到180 kPa時，總沉降量分別為4.435 mm、9.040 mm；復合地基承載力特征值均≥90 kPa，滿足設計要求。塑料排水板聯合水泥攪拌樁處理可使樁周軟土中空隙水通過排水板排出，加速軟基固結。同時，水泥漿與土體攪拌成樁，形成復合地基，提高了地基承載力。

3.4 真空聯合堆載預壓

3.4.1 真空預壓的原理［9］

真空預壓法是在設置好砂墊層與豎向排水通道基礎上將密封膜封閉住被加固軟弱土體并抽氣形成真空，使得該砂墊層及排水通道內產生負壓，在該壓差作用下產生固結壓力使之源源不斷排出土體中的孔隙水以完成土體固結的地基加固方法。

3.4.2 工藝流程及沉降觀測［10－12］

工藝流程如圖2所示。

沉降觀測：真空預壓每一單獨處理區域埋設12個沉降觀測板，每天觀測一次；在沉降速率較大的情況下，還應加密觀測。地面沉降量用儀器測量，精度要求準確到±1 mm。每天觀測數據都要做好記錄，及時整理并繪制沉降－時間關系曲線圖，為真空預壓卸載提供依據。

3.4.3 真空、堆載聯合預壓效果檢測與分析

（1）真空預壓相關設計參數。真空預壓采用兩布兩膜工藝兩層真空膜上下均設一層SNG300無紡土工布，真空密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。真空、堆載聯合預壓處理范圍土層的豎向變形（沉降值）不小于1.5 m 或平均固結度不小于80%。

圖2 真空、堆載聯合預壓工藝流程圖

（2）效果分析。通過試驗對真空預壓條件下軟基固結特性進行分析。由于真空加堆載聯合預壓加固方案設計合理，各施工環節都能嚴格按照設計標準施工，且對保證性的關鍵工作進行了改進和創新，試驗工作全面達到了預期目標。

（3）密封溝施工工藝的改變與創新。傳統密封溝布置在加固區的周圍，在真空預壓施工中它主要起周邊密封的作用。密封溝一般采用人工配合挖掘機開挖，將膜體四周沿密封溝內壁埋入土層，用黏土回填密實，并覆水。傳統的密封溝下部易泄漏，深大的基坑將給密封膜埋設造成很大困難，淤泥層很容易在兩旁砂墊層的壓力下向基坑中心產生水平位移，造成淤泥隆起現象。

本工程對密封溝的施工工藝進行了創新，采用淤泥攪拌密封墻密封。采用雙鉆桿攪拌樁機，樁徑50 cm，采取“四噴四攪”方式進行施工。其布置圖見圖3。

圖3 淤泥攪拌樁布置示意圖

4 效益分析

（1）本工程砂墊層使用總量按145.1萬m3計，河砂市場價為78元／m3，海砂市場價為62元／m3，建造靠海臨時砂碼頭花費368萬，則產生：經濟效益1 953.6萬元。

（2）真空預壓總面積為196 483 m2，按20 000 m2一塊分區進行預壓。若按傳統方法施作密封溝，開挖斷面為25.5 m2，需挖溝5 657 m，總計開挖砂墊層144 350 m3。采用淤泥密封墻工藝，淤泥攪拌樁按橫向布置2排、樁間距0.5 m、樁鉆深5 m 計，需施工的樁長度為113 140 m。如果一臺攪拌樁機每天可施工800 m，則需142 d。開挖成本按3.0元／m3計，攪拌樁機按800元／d計，則有經濟效益31.9萬元。

（3）研究提出了針對福建淺海區軟基處理的各項工藝參數及寶貴的施工經驗。將科研成果應用于淺海區大面軟基處理，使得江陰港鐵路支線工程在保證工期、安全、質量的前提下，節省了投資，取得了良好的社會效益。江陰港區東南電化搬遷項目、中石化、藥農化工等大型填海工程都采取了輪船運砂和修建砂碼頭的方式進行施工。

5 結論

（1）排水固結是淺海灘涂區軟基處理最常用也是最行之有效的一種方法。但是，由于建設周期及上部建筑物功能的要求，所采用的軟基處理方法也要作相應改變。

（2）只采用排水板處理適合普通填筑區域，處理周期長，但成本低；堆載預壓處理適合矮層構造物區域，能在有效減少排水固結周期的同時不過多增加成本，且施工簡單；真空加堆載聯合預壓適合于承載力要求較高且工期較緊的區域，能在短時間內通過排水固結軟基，但施工較復雜，成本較高；水泥攪拌樁聯合真空預壓處理適合對沉降及地基承載力要求很高的區域，如鐵路路基，這種方法處理效果明顯，但成本較高。

（3）由于工程地質條件的差異性、建筑功能的多樣性及現場施工情況的復雜性，對于一個具體工程來說，如何選用合適的地基處理方法，對于工程進度的合理性和工程質量的可靠性都至關重要。結合本工程所采用的綜合處理方法，效果顯著，達到了安全可控、質量可靠、成本可控的三重效益。

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