賀迎喜，鄒智軍，黃雙飛，謝少峯

（1.中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交上海航道局有限公司，上海 200002；3.中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290；4.香港振華工程有限公司，香港 999077）

0 引言

進入20 世紀80年代以來，為了與我國的社會經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)，在全國各地尤其是東南沿海地區(qū)涌現(xiàn)出大批的公路、鐵路、水利、機場等基礎(chǔ)設(shè)施。我國東南沿海地區(qū)，大部分為淤泥質(zhì)海岸，多為河相、海相沉積層，土的類別多為淤泥、淤泥質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)亞黏土，軟土的主要特征為含水率高、孔隙比大、強度低等。針對以上軟土物理力學(xué)特性，通常采用真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓、真空-聯(lián)合堆載預(yù)壓等加固工藝，以上加固方法需要在軟土內(nèi)形成排水通道，一般采用PVD 排水板（Pre-fabricated Vertical Drain）或砂樁作為排水通道。芯板PVD 排水法的獨特優(yōu)點在于其經(jīng)濟性，PVD 芯板每米的打設(shè)費用僅為砂井的1/4～1/5。根據(jù)Morrison[1]的統(tǒng)計，PVD 芯板約占據(jù)用于土體加固的排水設(shè)備80%的市場份額。土體中有效應(yīng)力的增加造成的含水率和孔隙比減小可使土體強度提高，PVD 芯板本身對地基并無任何加固效果（除非將其水平設(shè)置）。

1 項目概況

香港國際機場第三跑道填海工程（簡稱香港三跑工程）所在施工區(qū)域位于濱海海相淤泥分布區(qū)，淤泥土分布厚度達12～28 m[2]，淤泥土物理力學(xué)參見圖1。

圖1 土性參數(shù)統(tǒng)計Fig.1 Soil parameters summary

為了加固該項目軟弱海相淤泥土地基，采用堆載預(yù)壓加固方法加固軟土地基，設(shè)計排水通道采用PVD 塑料排水板[3-4]。由于施工所在區(qū)域原地基均位于水位以下，并且淤泥土強度較低，不適合直接回填施工，因此采用海上插設(shè)排水板PVD，然后施工砂墊層（厚度2 m），等待淤泥土經(jīng)排水固結(jié)后強度提高到設(shè)計要求，再繼續(xù)回填加高至設(shè)計頂標(biāo)高+3 mPD（香港高程基準(zhǔn)面），在恒載作用下地基土加速固結(jié)沉降，大大地減小了工后沉降量[5-8]。

2 施工工藝

由于香港三跑工程PVD 設(shè)計和施工標(biāo)準(zhǔn)采用香港和英國標(biāo)準(zhǔn)，施工工期短，施工質(zhì)量要求高，結(jié)合本項目水下排水板設(shè)計和施工的嚴格要求，研造了我國首臺自動化海上排水板PVD 施工船舶，每條施工船安裝12 臺套樁機，同步海上自動化施作PVD 排水板。

2.1 工藝概述

國內(nèi)傳統(tǒng)陸地PVD 施工設(shè)備較簡易，自動化程度不高，海上施工PVD 較少見。本項目大范圍軟基加固采用PVD 插板聯(lián)合堆載預(yù)壓的設(shè)計方法，總施工面積達140 萬m2。

PVD 施工過程中主要通過傾角傳感器、深度傳感器分別測量垂直度、深度，GPS 測量樁機的平面位置，同時結(jié)合自動潮位記錄系統(tǒng)計量PVD施作長度，這是我國首條自動化程度最高的海上PVD 施工船舶（見圖2），施工工藝流程見圖3。

圖2 自動化專業(yè)海上PVD 施工船F(xiàn)ig.2 Automatic offshore PVD construction barge

圖3 海上PVD 施工流程Fig.3 Construction flow chart of offshore PVD

2.2 塑料排水板PVD 材料參數(shù)

塑料排水板芯板是柔性的，允許水沿著或穿過芯板進行自由流動。濾膜是有特定的孔徑分布的無紡?fù)凉た椢镱愋?。排水芯板和濾膜是由下列一種或組合材料制成：聚酯，聚酰胺，聚丙烯，聚乙烯或任何其他天然高分子材料。芯板和土工織物濾膜均具有高機械強度，在大多數(shù)環(huán)境中具有較高的耐久性，高耐化學(xué)品、微生物和細菌的特性。為了滿足高質(zhì)量和耐久性排水板的設(shè)計要求，選用韓國進口塑料排水板（PVD），具體性能參數(shù)見表1。

2.3 錨靴

為了快速實現(xiàn)水下切割PVD 排水板，專門設(shè)計了水下切割設(shè)備（見圖4），有效提高了施工效率。根據(jù)不同鉆機芯軸，設(shè)計了固定排水板的錨靴，將板條焊接在鋼板上，使排水板在拔出套管時保持到位。

圖4 PVD 排水板水下切割示意圖Fig.4 Schematic diagram of underwater cutting of PVD

3 地基加固質(zhì)量分析

根據(jù)設(shè)計要求，PVD 施工穿透上部淤泥土層，軟土厚度為10～15 m，進入下部沖積土層1 m。

為了檢測加固前后海相淤泥土的加固效果，開展了靜力觸探CPT、取土試驗等工作。加固前CPT 端阻qc平均值為0.31 MPa，PVD 插板后第6個月檢測CPT，端阻qc平均值為0.64 MPa，端阻qc增加了0.33 MPa，增幅為106%。檢測結(jié)果見圖5～圖7。

圖5 PVD 加固前后靜力觸探CPT 檢測結(jié)果對比Fig.5 Comparison of CPT testing results before and after PVD construction

圖6 加固前后軟土含水率檢測結(jié)果對比Fig.6 Comparison of moisture content of soft soil before and after PVD construction

圖7 加固前后不排水抗剪強度Su 結(jié)果對比Fig.7 Comparison of undrained shear strength Su before and after PVD construction

為了研究軟土地基沉降規(guī)律，淤泥土頂面以上2 m 位置（砂墊層頂面）安裝了沉降板，監(jiān)測PVD 聯(lián)合堆載施工過程中的地基土沉降，本項目某典型區(qū)域軟土的沉降曲線見圖8。

圖8 沉降量與加載的關(guān)系Fig.8 Relationship between settlement and loading

地基永久沉降量推算采用“三點法”[4]，針對本項目某典型施工區(qū)域推算的永久沉降量為3.3 m，公式如下：

式中：S∞為根據(jù)實測沉降曲線推算的地基最終沉降量；S1、S2、S3為滿載后，實測沉降曲線中對應(yīng)于t1、t2、t3時刻的沉降量，其中t1、t2、t3滿足Δt=t1-t2= t2-t3。

4 結(jié)語

1） 依托香港填海工程軟基加固項目，研發(fā)制造了先進的自動化海上PVD 施工船舶和設(shè)備，該自動化施工船舶施工PVD 工效快。

2） 本項目采用耐久性好、質(zhì)量佳的PVD 材料，軟土排水固結(jié)的效果佳，2 a 后排水板仍然可以起到較好的排水通道作用，12～18 個月的沉降量達2.6～3.8 m，固結(jié)度達95%以上。

3） 通過在淤泥土頂面以上2 m 位置安裝沉降板，監(jiān)測淤泥土層固結(jié)沉降量，獲得該地質(zhì)土條件下沉降過程曲線，并估算了地基永久沉降量，為設(shè)計復(fù)核提供參考。

4） 對比PVD 加固前后靜力觸探CPT 檢測結(jié)果，CPT 端阻qc由加固前0.31 MPa，提升到加固后0.64 MPa，提升幅度達1.06 倍，PVD 作為排水通道加固軟弱淤泥土效果顯著。