■陳錦峰

（福建八方港口發(fā)展有限公司，莆田　351152）

塑料排水板堆載預壓法在湄洲灣港大型深水泊位填海造地工程中的應用

■陳錦峰

（福建八方港口發(fā)展有限公司，莆田351152）

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

塑料排水板堆載預壓排水固結(jié)沉降量十字板剪切試驗

0　引言

近年來，隨著海西建設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需要，通過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、強度低、力學性能較差且埋藏深度厚，這對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壓法、真空預壓法或者真空聯(lián)合堆載預壓法，而堆載預壓法由于有其獨特的優(yōu)勢，施工方法簡便，且堆載料卸載后可以重復利用，因此，堆載預壓法在大型深水泊位填海造地工程中得到了廣泛的應用，并取得了良好的軟基處理效果。

為此，本文通過對湄洲灣港東吳作業(yè)區(qū)東1#、東2#深水泊位在填海造地堆載預壓施工過程中已監(jiān)測到的表層沉降、分層沉降與孔隙水壓力數(shù)據(jù)進行分析，并利用在已布設的監(jiān)測點平面位置下的軟基進行十字板剪切試驗得到的試驗數(shù)據(jù)，來分析塑料排水板堆載預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工程簡況

本項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20萬噸級、10萬噸級散貨泊位設計，在陸域吹填前，場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，設計要求地基處理后堆場應滿足使用荷載180kN/m2的要求，現(xiàn)有場地地基承載力本身滿足不了設計要求，因此，需要進行地基處理。由于項目附近砂源豐富，且地基處理時間相對寬松，另外東1#泊位堆載預壓完成后的堆載料可以轉(zhuǎn)運到東2#泊位重復堆載使用，因此，在經(jīng)過對地基加固方案比選后，決定采用堆載預壓結(jié)合塑料排水板的方法對東1#、東2#泊位陸域形成場地進行處理。為了更好的指導堆載預壓施工，本項目選擇專業(yè)的軟基監(jiān)測單位對堆載預壓施工過程進行監(jiān)測，監(jiān)測的內(nèi)容有面層沉降、分層沉降以及孔隙水壓力等。堆載預壓完成后，還在原先監(jiān)測點位上進行地基處理完成后的軟基現(xiàn)場十字板試驗，查看堆載預壓后的軟基處理效果。

1.2工程地質(zhì)情況與評價

監(jiān)測場地處于濱海淺灘區(qū)，堆場及陸域區(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)生過量沉降或產(chǎn)生滑移等不良現(xiàn)象，需對其進行地基處理，本次軟基處理的面積約90公頃。

場地內(nèi)分布的主要軟弱土層如下（①、③軟弱土層主要物理力學指標詳見表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，干強度中等，韌性中等，搖震反應慢。，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亞層：

②-1混砂淤泥：為第四系海陸交互相沉積成因?；疑?，松散，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，干強度中等，韌性中等，搖震反應慢，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指標

2　地基處理方案

軟基處理關鍵在于盡可能在施工期消除場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，經(jīng)過技術經(jīng)濟優(yōu)缺點比較，并結(jié)合類似工程的設計經(jīng)驗，本工程地基處理方式采用塑料排水板+堆載預壓加固方案。

首先在已鋪設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壓，共分5級加載，最后一級加載固結(jié)度要求達到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的要求時方可進行卸載。

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高+3.5m，鋪設1m厚的中粗砂墊層至標高+ 4.5m，緊接著施打塑料排水板，塑料排水板采用B型，其性能指標符合《塑料排水板質(zhì)量檢驗標準》（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)已驗收砂墊層場地的施工基線、水準點等資料，用全站儀測放各區(qū)控制點，各區(qū)控制點插紅色小旗及打下木樁并標明控制點編號。用全站儀和鋼尺按正方形布置、間距1.2m測放出塑料排水板打設板位，并用竹簽或排水板芯等插入砂墊層作標記。

（2）插板機移機定位，安裝排水板樁靴。施打作業(yè)時，插板機的樁靴落地定位由插板機駕駛員在控制室內(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)安裝在插板機上的金屬活動垂針和刻度盤，控制樁管下插時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，施工人員應仔細觀察排水板有沒有回帶現(xiàn)象，若回帶長度超過300mm，則在板位旁附近補打一根，回帶根數(shù)不得超過打設總根數(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度不小于300mm。

（6）移機進行下一根排水板施工。

3.2堆載預壓施工

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

堆載預壓施工時應進行分層堆載，分層回填厚度不大于100cm/層，當分層填至堆載預壓分級高度時，應停止堆載，進行靜壓。每級加載時間為30天，靜止預壓時間40天。靜壓間歇期應保持間歇期分級高度不變，如發(fā)生沉降超過500mm的情況應及時進行補填。待空隙水壓力基本消失后（固結(jié)度達到90%以上），方可進行下一級預壓荷載的分層回填。堆載預壓在滿足沉降數(shù)據(jù)連續(xù)10d每日沉降量均小于1.5mm的要求時進行卸載，卸載后的場地標高為+9.0m。

4　軟基處理監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1表層沉降變化曲線

為了更好的說明堆載預壓施工過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軌道上的沉降觀測點S25進行分析。點S25于2010年7月29日開始監(jiān)測，軟基原始泥面標高為+0.46m，砂墊層標高+ 4.5m。砂墊層鋪設完成后開始埋設沉降觀測點，面層沉降板埋設在砂墊層面上，標高為+4.5m。

本次加載共分5級，加載與靜壓時間約為10個月。第一級加載施工時間59天；第二級加載施工時間41天；第三級加載施工時間70天；第四級加載施工時間60天。第五級加載施工時間56天。

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

4.2分層沉降變化曲線

從圖3分層沉降隨時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沉降量來進行沉降分析，施工時間由零至125天左右，沉降量達550mm，沉降速率達到4.4mm/d，而隨著軟土的不斷固結(jié)，施工時間由125天至300天時，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孔隙水壓力與時間曲線可以看出，孔隙水壓力隨著堆載預壓荷載的增加而迅速增加，這是由于瞬間加載的附加應力主要由孔隙水壓力來承擔，而在靜載期間，孔隙水壓力逐漸消散。待繼續(xù)加載大一級荷載時，孔隙水壓力又開始增大，但由于土體強度的增大，上部堆載荷載逐漸由土體來承受，孔隙水壓力增幅較小，且隨著時間的推移，孔隙水壓力逐漸消散，并最終趨于穩(wěn)定。

4.4現(xiàn)場十字板原位試驗

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

表2　堆載預壓前后不同深度淤泥質(zhì)土的十字板剪切強度（kPa）

由表5可知，堆載預壓施工后，原狀土的十字板剪切強度平均值由30.88kPa增大為60.68kPa，強度提高了96.5%；重塑土的十字板剪切強度平均值由4.2kPa增大為16.36kPa，強度提高了289.52%。由此，可見堆載預壓施工后，淤泥軟土的剪切強度得到了大幅提高，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)測結(jié)果分析表明，采用塑料排水板與堆載預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）通過對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)場十字板試驗表明，經(jīng)過處理的軟土地基的抗剪強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）通過上述分析表明，塑料排水板與堆載預壓施工工藝不但簡單，而且在軟土地基加固上效果也是十分明顯的。

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