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        某吹填土上大型充填袋施工過程問題淺析

        2011-08-13 01:59:14鄒立
        中國港灣建設 2011年3期
        關鍵詞:泥面袋體插板

        鄒立

        (天津港建設公司,天津 300456)

        受天津沿海地區(qū)土層分布的影響,經吹填形成的吹填土一般為流泥、淤泥或淤泥質黏土,其工程特性表現(xiàn)為含水率很高、強度很低、滲透性很差。本工程需要在新吹填軟土地基上建設區(qū)域性通道,經多種方案比選,設計采用了大型充填袋埝體結構,此種埝體形式的使用越來越廣泛,在水深較淺的超軟弱地質條件下更有著獨特的優(yōu)越性[1]:1)液化土體的泵送充填施工快;2)采用透水性較好的土工編織袋,可以使經水力充填的高含水率的土體脫水,經過水力充填后懸浮的土體顆粒可以在短時間內沉積下來;3)編織袋在建成的圍埝中將起到加筋的作用;4)編織袋的大小可以根據(jù)設計的需要和土體在自重作用下固結時間的長短而任意調節(jié)。但采用該技術在施工中常常出現(xiàn)一些問題,本文將對某埝體施工中出現(xiàn)的問題進行剖析。

        1 工程概況

        1.1 自然條件

        1)地質情況:吹填前原泥面頂標高為-3.5~-4.0 m,底標高約為-15 m,埝體施工前先吹填泥面至標高2.4 m,埝體施工至4.0 m時,埝體北側又進行了一定的吹填,標高升至3.4 m,南側泥面標高未變,埝體距離吹填疏浚管道口距離900 m。具體的地質資料見表1。

        表1 場區(qū)各土層主要物理力學性能指標

        2)水文潮汐:屬不規(guī)則半日潮,每日發(fā)生高低潮2次,低潮顯著。設計高潮水位4.3 m,設計低潮水位0.5 m。因此本工程的施工屬于潮間帶施工,增加了施工的難度。

        1.2 工程情況

        結構型式為斜坡式臨時道路,路頂中心標高為+6.725 m,頂寬15.0 m。堤心采用大型充灌袋和吹填砂性土結構,軟基處理方法為打設塑料排水板和鋪設土工布軟體排,路面采用袋裝碎石、山皮土結構,兩側設置袋裝土路肩。由于現(xiàn)場施工條件的制約,排水板未布設整個段面,見圖1。

        圖1 結構斷面形式

        1.3 施工過程

        主要施工工序情況如下:

        1)分層吹填充灌砂袋至頂標高+3.5~+4.0 m左右;

        2)吹填50 cm細砂袋至頂標高+4.0~+4.5 m左右;

        3)打設排水板,間距1 m,正方形布置;

        4)充灌上層大型砂袋;

        5)鋪設土工布軟體排,做路肩袋裝土。

        2 泥面上充填砂袋施工

        當泥面相對較低時,在施工充灌袋前3層時,相對比較困難,充填后自然擠淤下沉,前兩層基本上是露不出泥面以上的,為解決充填的均勻性,將袋體四個角及各邊中點處分別用船固定,并在袋體上同時多處一起吹填,待吹填工作基本完成再松開固定繩索。

        當泥面相對較高時,可以采用先人工鋪設一層編織布,再鋪設荊笆,然后鋪設無紡布,快速地鋪設充灌袋和充填,低潮時施工,避免受潮水的影響,從埝體一端逐漸向另一端施工,可形成連續(xù)工作面向前推進,而且在一定程度上保證吹填后充灌袋體在泥面之上,這樣可以保證充填的均勻性和可操作性,方便了施工,也減少了擠淤量,節(jié)省了一部分充灌砂的工程量,降低了工程造價。

        盡管如此,吹填淤泥層厚度仍在6 m左右,較厚、強度低,現(xiàn)場充灌4層袋體后袋體基本還在泥面以下,袋體斷面橫向尺寸無法保證。兩側坡腳斷面很難保證,當反壓距離較小時,易發(fā)生擠淤情況。

        3 塑料排水板施工

        充灌砂袋施工到標高+4.0~+4.5 m后開始打設排水板,由于現(xiàn)場施工條件的制約,排水板未布設在整個施工段面,這造成了打設排水板和未打設排水板的區(qū)域產生明顯的差異沉降,實際情況也證明了這一點,插板當日插板區(qū)的沉降量和未打設排水板區(qū)的沉降量差值一般在20~60 cm之間,現(xiàn)場明顯可以看到中間插板區(qū)域低于兩側未插板區(qū)域,后續(xù)的沉降也使沉降差陸續(xù)增大,使得編織袋嚴重受損,嚴重減弱或喪失了橫向的加筋功能。在插打排水板區(qū)域,排水板間距1 m,正方形布置,部分區(qū)域也出現(xiàn)了不均勻沉降的情況,編織袋體受損,加之排水板插口處編織袋體破損,橫向拉力減弱,整體性下降。

        袋體底部的淤泥強度低,特別是剛插板后不久,土體被擾動,地基土體承載能力降低。地基吹填軟泥沿排水板孔位上升,也在一定程度上說明了袋體底部土體受擾動較大。同時,回升的淤泥一定程度上減慢了排水板與充灌砂袋的排水性能。在地基土體擾動后,土體固結排水的強度增長還未及時恢復,產生淤泥抗剪切強度不足的情況。因此在埝體南側的局部就出現(xiàn)沉陷情況,如圖2所示。

        圖2 插板后南部沉陷情況

        4 插打排水板后施工充灌袋體情況

        充灌砂袋施工到標高+4.0~+4.5 m,打設排水板之后,加載施工上層大型砂袋時,塌陷的情況就陸續(xù)出現(xiàn),主要出現(xiàn)在埝體中間和南部,典型中間塌陷斷面如圖3所示。

        圖3 典型埝體中部塌陷情況

        插板前,上部施工產生沉降,受排水路徑和排水距離的影響,只有一定深度范圍內袋體底部土體排水固結明顯,深部受影響較小,因此,實際施工過程是一個擠淤過程,淺層土體也不斷地被擾動,強度降低,現(xiàn)場可以觀察到兩側泥面明顯地向上擠淤變形。插板后,當土體固結后的強度不能滿足上部荷載的需求時,就會繼續(xù)擠淤,土體被向兩側擠開,直到達到新的平衡[2]。根據(jù)現(xiàn)場工況,部分充灌袋體加載到5.5 m標高,實際用時60 d左右,加之實際充灌袋堤底標高要比設計底標高低2~3 m,工作量和荷載量明顯加大,受工期的制約,插板后出現(xiàn)連續(xù)加載的情況,甚至連續(xù)加載3層之多,即使不連續(xù)加載,間隔時間也都不長,在這種情況下,地基土體得不到固結時間,強度增長不能滿足上部加載的荷載要求,致使出現(xiàn)擠淤塌陷現(xiàn)象的發(fā)生。

        5 原位觀測和檢測

        5.1 充灌袋體底標高

        為了檢驗塌陷區(qū)的情況,重點對中部塌陷的斷面進行了勘測,整體砂袋厚度8.1~9.1 m,可以看出塌陷區(qū)域斷面的塌陷位置(中間和南側)和未發(fā)生塌陷位置(北側)測點的底標高基本一致,這說明塌陷的原因不是深層地基的滑移,更可能是淺層淤泥擠淤的過程。

        5.2 典型斷面的監(jiān)測

        塌陷區(qū)域內無觀測點,選擇1組十分靠近塌陷區(qū)插打排水板后的典型監(jiān)測斷面進行分析,包括沉降(軸線處和兩側平臺中心點處)和孔隙水壓力(軸線處),具體觀測結果如圖4所示。

        圖4 孔隙水壓力和沉降變化情況

        可見,孔隙水壓力變化量隨荷載增加而增加,無施工荷載時呈減小趨勢,每層袋體加載后,前期孔壓消散速率在0.5~1.1 kPa/d之間,隨加載時間增加孔壓消散速率逐漸減緩,施工中最大孔壓荷載比約為0.6,出現(xiàn)在前3層充灌袋體施工過程中;最大孔壓增量為31.5 kPa,出現(xiàn)在第4層充灌袋體施工完成時。各沉降測點都處在插打排水板范圍內,插板后吹填施工時軸線處測點和南側平臺中心點的沉降速率較大,最大沉降速率為45 mm/d,而北側平臺中心點并未發(fā)生明顯增大,最大沉降速率為15 mm/d,可見埝體中心及南側沉降變形較大,已經超過正常固結沉降速率(相對北側平臺中心點的沉降速率),這應該是擠淤沉陷所導致,可見此時盡管沒有出現(xiàn)明顯的塌陷情況,但也已經處在不穩(wěn)定的狀態(tài)。

        埝體南部底層充灌袋體外側設置了深層土體側向位移監(jiān)測點,標高-3 m以上為吹填淤泥,受施工影響很大,也無法進行工程安全控制,因此重點對標高-3 m以下深層土體水平位移情況進行監(jiān)測控制,標高-4 m以下深層土體水平位移曲線沒有發(fā)生突變的情況,這說明此種塌陷主要是由于吹填袋體底部的淤泥擠淤,未發(fā)生深層的滑移失穩(wěn)。

        6 解決方案及建議

        根據(jù)現(xiàn)場情況提出了解決方案:對塌陷沉降區(qū)采取延長加載施工的間歇期、分級加載(每層充灌袋體分兩次施工)和鋪設土工布軟體排加筋等措施,并要求沉降速率小于10 mm/d時再開始分層緩慢施工;當沉降速率大于20 mm/d時,應立即停止施工。在后續(xù)施工中表明,此種方法能夠滿足工程要求,延長加載施工的間歇期起到顯著作用,但延長了施工期。

        通過本工程相關經驗提出以下建議:

        1)盡可能在基礎范圍內整個斷面都打設排水板;

        2)延長加載施工的間歇期,加荷時間要嚴格控制,避免加荷過快;

        3)嚴格控制施工工序,保證外側坡腳斷面。

        7 結論

        1)塌陷引起原因主要為:加荷過快、插打排水板和不均勻沉降致使編織袋受損、袋體底部的淤泥強度低(特別是插板擾動后)和外側坡腳斷面很難保證;

        2)本工程的塌陷是淺層淤泥擠淤引起的局部塌陷,未發(fā)生深層的滑移失穩(wěn);

        3)解決方案:對塌陷沉降區(qū)采取延長加載施工的間歇期、分級加載(每層充灌袋體分兩次施工)和鋪設土工布軟體排加筋等措施,當沉降速率小于10 mm/d時可分層緩慢施工;當沉降速率大于20 mm/d時,應立即停止施工。

        [1]李廣信.高等土力學[M].北京:清華大學出版社,2004.

        [2]龔曉南.地基處理手冊[M].二版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.

        [3]楊濤,李國維.公路軟基超載預壓卸荷時間確定的沉降數(shù)率法研究[J].巖土工程學報,2006,28(11):27-31.

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