龔麗飛 朱 玲

（1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 2 100292；2.南京瑞迪建設(shè)科技有限公司，江蘇 南京 210029；3.江蘇省水文水資源勘測局無錫分局，江蘇 無錫 214000）

0 引言

吹填是在整治和疏通江海航道時，用挖泥船和泥漿泵把江河海底部的泥砂通過水力輸送至岸上的工藝過程，其形成的沉積土稱為吹填土。

近幾年我國沿海圍海造地工程迅猛發(fā)展，吹填土地基處理成為一項新的課題。吹填土因受土源點(diǎn)、吹填時間等影響，其特性差異性較大，給處理工程帶來了一定的困難。國內(nèi)普遍采用真空預(yù)壓［1-4］處理工藝，在設(shè)計和施工上，新近吹填的淤泥土因土體結(jié)構(gòu)尚未形成，常規(guī)設(shè)計理論無法適用，施工控制難度較大。因此，往往需要通過前導(dǎo)或先導(dǎo)性試驗來指導(dǎo)和開展大面積設(shè)計和施工，要求工程技術(shù)人員應(yīng)具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐經(jīng)驗。

真空預(yù)壓處理新近吹填土的施工綜合控制能有效地實(shí)現(xiàn)工程預(yù)定設(shè)計方案，是影響處理效果和工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 新近吹填淤泥土的設(shè)計控制

1.1 土體特性的基礎(chǔ)性分析

掌握新近吹填淤泥土的特性是吹填淤泥土真空預(yù)壓設(shè)計的基礎(chǔ)性工作，確定適合的設(shè)計參數(shù)是軟基處理成功的先決條件，而土體特性基礎(chǔ)性分析是確定設(shè)計參數(shù)的先決條件。筆者先后參與了天津、連云港、溫州等地區(qū)吹填淤泥土軟基處理，有成功亦有失敗。表1 為相關(guān)工程土體主要特性參數(shù)和設(shè)計參數(shù)［5，6］，可以看出，土體粘粒對排水板間距參數(shù)的選取影響較大。新近吹填土因其尚未形成通常意義上土的基本骨架，真空預(yù)壓設(shè)計理論從嚴(yán)格意義上來講是不適用的，如：分層沉降理論計算、一維固結(jié)理論計算，都是以形成土體結(jié)構(gòu)的巖土體為對象或條件之一。真空預(yù)壓在處理新近吹填淤泥土過程中，由于水氣的流動，負(fù)壓傳遞，造成吹填土顆粒的“遷徙”和“流動”，而土體結(jié)構(gòu)在不斷變化和形成的復(fù)雜過程中，不同顆粒粒徑含量是決定土體固結(jié)過程中滲透系數(shù)變化以及排水板濾膜淤堵程度的關(guān)鍵性因素，影響真空預(yù)壓排水板設(shè)計參數(shù)的確定。

因此，吹填土真空預(yù)壓的設(shè)計必須了解和掌握吹填淤泥土的基本特性，尤其是吹填淤泥顆粒粒徑級配的組成，從該角度判斷吹填淤泥土是以“砂性”、“粉性”或是以“粘性”為主，從而選擇恰當(dāng)?shù)呐潘逶O(shè)計參數(shù)和排水板材料指標(biāo)。

1.2 先導(dǎo)區(qū)試驗研究

吹填淤泥土因其成因復(fù)雜，區(qū)域差異性大，設(shè)計理論的適用性差，在設(shè)計過程中存在較大的不確定性。因此，工程經(jīng)驗十分重要，而這種工程經(jīng)驗往往是在少量的、具有代表性的工程基礎(chǔ)上逐步建立起來的，通常的方式是進(jìn)行先導(dǎo)區(qū)試驗研究，反饋和指導(dǎo)設(shè)計。

溫州民營經(jīng)濟(jì)科技產(chǎn)業(yè)基地濱海園區(qū)某墾區(qū)［7］為溫州地區(qū)較早進(jìn)行吹填淤泥處理的工程，先期實(shí)施了39 萬m2的先導(dǎo)試驗區(qū)，對不同的排水板設(shè)計參數(shù)（0.7～1.0 m）、布置形式（正方形、三角形和“長-短板”）、加固期（90～120 d）、布泵密度（800～1100臺/m2）進(jìn)行了綜合性的試驗研究，從而得到了適合該地區(qū)吹填淤泥土軟基處理的整套設(shè)計技術(shù)參數(shù)和施工工藝流程。

1.3 豎向排水體系

新近吹填的淤泥土含水率一般超過100%，孔隙比大于2.0，呈流泥狀態(tài)，強(qiáng)度基本為零，工程上常稱為超軟地基［6］。其真空預(yù)壓處理所表現(xiàn)的沉降變形、強(qiáng)度增長等規(guī)律不同于常規(guī)軟土地基的真空預(yù)壓［2，3，8，9］，圖1為3 m 吹填土淺層真空預(yù)壓處理后十字板強(qiáng)度分布規(guī)律，抽真空后土體強(qiáng)度大大提高，地表形成厚度約0.5～1.0 m 的硬層，但在深度1.0～1.5 m 處淤泥抗剪強(qiáng)度最小，存在加固軟弱夾層，并發(fā)現(xiàn)加固過程中由于吹填土自身總沉降變形量很大，往往占加固厚度的20%～30%，使得吹填淤泥土層豎向大變形易造成排水板局部發(fā)生急劇彎折，如圖2 所示，從而形成真空預(yù)壓處理的薄弱層，造成加固效果不理想。

表1 沿海地區(qū)吹填淤泥主要特性及設(shè)計參數(shù)

圖1 淺層處理不同深度十字板試驗結(jié)果

圖2 吹填土層加固后現(xiàn)場開挖圖

經(jīng)過實(shí)踐探索，在設(shè)計上通過采用“長-短”排水板間隔式布置方式，可解決淺層處理真空預(yù)壓過程中排水板隨吹填土變形沉降造成加固軟弱層的問題。圖3 為長、短排水板間隔布置方式及現(xiàn)場施工打設(shè)圖。

2 新近吹填淤泥土的施工控制

吹填淤泥土真空預(yù)壓施工不同于處理天然沉積形成的淤泥土。淺層真空預(yù)壓往往針對新近吹填淤泥土實(shí)施，表層淤泥多為流泥或液態(tài)狀，尚未形成土顆粒骨架，甚至表層仍有積水存在。因此，施工工藝上多以人工作業(yè)方式為主，施工控制難度較大。圖4 為吹填淤泥土人工作業(yè)流程。

圖3 長、短排水板間隔式布置方式圖

圖4 吹填淤泥土淺層真空預(yù)壓人工作業(yè)流程圖

2.1 施工墊層材料

施工墊層一般選擇單位面積質(zhì)量在150～200 g 的編織布等土工材料，以能夠滿足施工人員后續(xù)打設(shè)排水板、鋪設(shè)排水管路等施工作業(yè)的要求。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，施工墊層在真空預(yù)壓處理過程中起到了重要的隔離作用，可減少后續(xù)排水板打設(shè)過程中人工擾動造成的吹填土泥面翻漿和抽真空過程泥漿的上涌。對吹填淤泥土泥面的擾動易在排水板打設(shè)、管路鋪設(shè)過程中局部淤堵排水體，如：水平排水管表層濾布或濾膜、排水板與管路綁扎連接處等；泥漿上涌易導(dǎo)致編織布與密封膜層間在抽真空過程中形成薄薄的泥皮層，從而影響淺層真空預(yù)壓水平排水體系。

因此，在選擇鋪設(shè)土工布材料作為施工墊層時，不能僅僅考慮土工布的抗拉、抗裂等強(qiáng)度指標(biāo)，還要根據(jù)吹填土顆粒級配、滲透系數(shù)等適當(dāng)考慮土工布的等效孔徑等相關(guān)指標(biāo)，以減小真空系統(tǒng)工作效率的損失。

2.2 “板-管”一體施工

淺層真空預(yù)壓排水板打設(shè)質(zhì)量直接影響真空預(yù)壓處理效果。由于一般先人工打設(shè)排水板，后鋪設(shè)透水主支管，再與排水板連接，因此，易造成對吹填淤泥土泥面的擾動，使新近吹填土泥面漿液上涌，最終使吹填淤泥土土體結(jié)構(gòu)特性更差，增加固結(jié)時間，并造成排水板濾膜和芯板整體淤堵，影響軟基處理的效果和質(zhì)量。另外，在施工過程中亦難以對排水板打設(shè)深度和質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。

隨著施工實(shí)踐經(jīng)驗的不斷積累，在工藝上，出現(xiàn)了采用“板-管”一體式，即：預(yù)先將排水板裁剪并按設(shè)計間距纏繞在濾管的相應(yīng)位置上，在連接處包裹無紡?fù)凉げ?，確保連接處排水效果，利于真空度的傳遞。再借助編織布墊層或可循環(huán)使用浮筏墊層，人工將“板-管”整體插入吹填淤泥層。此方法在溫州地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用［5-9］。

2.4 真空泵開泵數(shù)量的控制

關(guān)于吹填土淺層真空預(yù)壓處理過程中開泵數(shù)量或開泵率對加固效果的影響，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者已有研究［10，11］。對于吹填土，尤其是新近吹填土而言，吹填土仍為流泥狀態(tài)，是由自由水和泥土細(xì)顆粒構(gòu)成的混合液體，尚未形成土顆粒骨架，因此，前期抽真空開泵率過高，易造成排水體不同部位淤堵、排水管路壓扁等不利因素。排水體淤堵主要是由于在抽真空作用下，泥土細(xì)顆粒受水流作用遷徙、聚集于排水體濾布或濾膜表層，致使排水不暢形成淤堵。筆者在實(shí)際工程中對比分析了抽真空全程“漸進(jìn)式”負(fù)荷開泵下吹填淤泥土的處理效果，從圖5 中可以看出，90 區(qū)前期開泵率低于91 區(qū)和92 區(qū)，處理后其上表層土十字板不排水抗剪強(qiáng)度也表現(xiàn)為較高水平［12］。

因此，吹填土淺層處理前期真空泵開泵應(yīng)保持相對較低數(shù)量或開泵率，隨著土體骨架結(jié)構(gòu)的形成，可逐步增加開泵數(shù)量或開泵率。但由于受開泵率組合方式、吹填淤泥土特性等客觀條件的多樣性和復(fù)雜性以及試驗場地限制等因素的影響，對開泵率控制的研究不夠深入，尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識。同時，為保證處理效果，對開泵率的“漸進(jìn)式”應(yīng)控制在抽真空的前半程內(nèi)。

圖5 不同開泵率下處理效果對比分析

3 結(jié)語

真空預(yù)壓處理在圍海造地工程中得到了廣泛應(yīng)用，但對吹填淤泥土而言，目前尚未形成系統(tǒng)的、具有針對性的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程體系。利用工程實(shí)踐經(jīng)驗可對設(shè)計和施工進(jìn)行補(bǔ)充和指導(dǎo)，但對真空預(yù)壓處理吹填淤泥土仍需不斷地探索和完善，積累更為豐富的經(jīng)驗，以形成適合工程在具體生產(chǎn)和應(yīng)用中使用的設(shè)計和施工指導(dǎo)體系。

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