对护岸工程中软基处理方法相关问题的探讨

摘 要:本文根据作者多年工作经验，并结合工程实例，针对潮间带地区护岸软土地基真空联合堆载预压法施工,通过工艺试验提出的综合处理方案,采取有效措施解决特殊情况下真空膜拉裂、鼓气及漏气等技术难题。实例分析证明了在潮间带地区采用真空联合堆载预压处理技术是可行的,对今后类似工程中具有借鉴及指导意义。

关键词:潮间带地区；软基处理；真空联合堆载预压；应用

一、工程概况

某软基处理工程分A、B两个标段,其中B标段总长1103.587m。根据不同的地质条件和上部结构型式,B标段软基分7段进行处理,分别采用不同的软基处理方案。软基处理方案包括:大直径砂桩+堆载预压方案,插排水板+真空联合堆载预压方案,开挖标段内虽处于较为僻静湾内,但高潮期间真空材料、设备势必被水淹,且引桥下方桩基的存在需要特殊的密封措施,这种潮间带水下真空预压比较少见,具有较大的施工技术难度;并且建筑地基连续分布着厚度较大的海相积淤泥土层,土质松散、软弱,杂质多,必须根据各段不同地质条件进行加固处理。

二、地质与水位

1.地质

施工区域为近岸滩涂地,滩面标高一般在－2. 0~2.0m,沿线连续分布有淤泥性土,土层厚度3m~30m。

面层为杂填土:有5~15cm粒径的块石,充填碎石及淤泥,砖块,生活垃圾等。

下层为淤泥及淤泥质粘土:灰色,饱和,流动~流塑,滑腻。含较多贝壳和和腐植物;局部含砂、夹簿层粉细砂,分布连续,厚度变化较大,为高压缩性低强度软弱土。混有中粗砂、粗砾砂及细砂。

表1主要土层物理力学指标一览表

以上淤泥土物理性质较差,为本次软基加固主要土层。

2.水位

平均高潮位3.02m

平均低潮位-2.32m

极端高潮位4.43m

极端低潮位-3.38m

三、软基处理技术的选用

B标段分为4、5、6、7、8、9、10段,根据不同结构段的地质条件,地形条件和使用功能等,护岸软基处理采用由多种地基处理方法组成的综合处理方案,见表2。4、5、8、9段软基加固方案为大直径砂桩+堆载预压方案,其中4、5段之间存在有乡镇综合码头及公边码头,由于码头拆迁较困难,同时为保证软基处理期间码头的正常使用,设计采用了真空联合预压方案,塑料排水板间距1.0* 1. 0m,正方形布置,面积8343. 7m2;第6段采用插板+堆载预压方案,在段内起点里程桩号1+403m,终点里程桩号为1+463.086m,是老护岸滑坡段,－1.5m至－6. 5m埋藏较多块石,无法施打塑料排水板,故设计变更为:开挖换填施工方案;第7、10段已建成岸壁,因此,采用开挖换填中粗砂软基处理方案。

表2软基处理技术选用表

1、不同处理方法的特点

堆载预压和真空预压两种加固方法在理论上都是通过降低孔隙水压力从而提高土体有效应力来达到加固效果,但两种方法的表现形式却截然不同。堆载预压法通过附加压力使孔隙水压力增加,之后慢慢降低,转化为有效应力;真空预压是总应力保持不变,孔隙水压力由静水压逐步降低,有效应力相应增加。真空联合堆载预压条件下土体孔隙水压力的变化情况与单独作用下的不同,是两种方法加固效果的综合,使土体孔隙水压力的变化以及有效应力的增长都有特定的规律而达到加固的效果。

2、施工工艺

(1)真空联合堆载预压主要施工工艺流程:放线开挖基槽基槽填砂与铺设砂垫层施打塑料排水板埋设滤管及挖压膜沟铺设密封膜安装射流装置抽气铺设密封膜保护层联合堆载停泵卸载。

(2)堆载预压主要施工工艺流程:放设边线开挖基槽基槽填砂及砂垫层水上施打砂桩一级堆载二、三级堆载满载预压卸载

四、施工难点及处理技术

1、真空膜拉裂的问题

公边码头引桥桩基础密封需要解决Φ1000单桩5个,双桩2个。在真空预压荷载作用下,桩周围土体向内收缩,而桩基础没有沉降,由于土体沉降较快容易使真空膜拉裂,真空度降低,影响抽真空排水作用。为防止真空膜拉裂,利用活塞环原理,在桩外焊接Φ1500钢护筒,护筒内填满淤泥紧紧包住基础桩,钢护筒外壁四周紧紧粘贴真空膜。为防止抽真空过程中因淤泥沉降造成护筒内形成空隙而发生漏气现象,需随时往护筒内补充填塞淤泥。

2、真空膜形成气球及漏气问题

对加固区173×64m总面积为11072m2范围内,按设计要求先铺土工布后再铺真空膜,并采用砂袋反压。密封沟内真空膜由人工踩压后,加砂袋固定。但是密封膜在抽真空以后,当潮水上涨淹没时,靠海侧密封沟处的砂袋无法抵消潮水浮力,使得密封膜鼓起形成气球易发生漏气,使膜内真空度下降。针对这个问题,施工中采取的措施是:利用退潮时将逐个气球刺破放气,进行修粘补,大潮时利用开底驳船装卸淤泥,抛压到踩入密封沟内的真空膜上。通过对加固区四周密封沟内真空膜的抛泥压护工作,堵塞住了漏气,使得原膜下的真空度在60kPa基础上普遍提高了10~15kPa。

另外在采用真空联合堆载预压方案进行密封沟施工时发现,真空预压段基槽与第5段堆载预压段相通,不利于真空预压,容易形成抽真空时漏气,在施工中对交接部位采用了SJB-11深沉水泥搅拌桩形成水泥密封墙的处理方案,以隔断砂垫层,防止抽真空漏气。

3、真空膜凹凸不平问题

原设计水下一级围堰用砂袋护坡。在铺设好土工布真空膜后启动抽真空时,发现真空膜紧贴砂袋处形成凹凸不平的空隙,且拉裂刺穿真空膜产生真空漏气,真空度一直无法提高,因此利用退潮时将所有砂袋全部割开,砂子铺平后,拉紧真空膜修补,使膜下真空度普遍迅速提高到5kPa。

通过抽真空检查,及时修补因潮汐影响真空膜破损,保持真空度稳定后,在密封膜上铺设一层无纺土工布后,即进行堆载预压,经真空联合堆载预压达到满足设计80kPa的要求。

五、各项实测结果及分析

1、地表沉降

地表沉降由两部分组成见表3。

第一级堆载预压产生沉降的主要原因是:加固范围内地基在土荷载作用下处于欠压实状态,打设砂桩后,土的排水距离缩小,排水条件得到改善,在荷载作用下,土体迅速排水固结,从而生产了固结沉降。

在打设塑料排水板期间产生沉降的主要原因是,加固范围内的土在自重作用下处于压实状态,打设塑料排水板后,土的排水距离缩小,排水条件大大改善,在土体自重及垫层荷载作用下,土体迅速排水固结,从而生产了固结沉降。

由于实际使用时尚须计算出土质不均匀性及土的次固结等因素的影响。尤其在堆载过程中遇到了低潮位,水位的降低,引起了荷载增加,造成沉降速率加大,究其影响沉降速率加大的原因是:是荷载加大和施工因素产生的。故应根据实测沉降量、第一级沉降量及总降量,推算出各段断面固结度见表4

表4各段断面固结度统计表

由表4可知,各段的固结度均大于设计要求的堆载预压固结度U≥90%,真空预压固结度U≥80%。实测最终沉降量基本符合设计推算的地基最终沉降量,相差较大断面进行理论计算及分析,理论计算最终沉降量计算的结果表明:第一、二段实测最终沉降量与理论计算地基最终沉降量基本相符。真空预压联合堆载段和第六段的实测与理论计算地基最终沉降量相差较大,主要由于真空预压段布置的沉降点相对较少,且淤泥厚度不等,平均沉降量反映相对较大,涨潮时海水起到增加荷载作用,地基加固是在进行超载预压状态,故实测沉降量要大于理论计算沉降。通过现场实测综合数据表明:在联合堆载过程中,没有表现出土体沉降速率加大的特征,分析认为:抛砂船是高潮作业,堆载分为多级施加,荷载均匀,砂是浮容重,所以沉降速率也在增大,只是不明显,且各段各土层的固结度均满足设计要求。

2、深层侧向水平位移

针对第二段由于施工现场离码头较近,停靠民用渔船多以及在堆载过程中的抛砂船影响,给侧向水平位移导管的保护造成极大的难度,各段位移导管多次被撞坏。第一段在补埋后又被渔船撞坏的情况下,考虑到施工现场离码头近,以及基槽在开挖后淤泥层很薄,不会给堆载造成稳定上的问题,并且用其它的仪器进行监测控制,因此没有再补埋设。第四段进行第二级堆载期间护坡围堰出现局部失稳现象,失稳主要发生在深层侧向水平位移导管的外侧,位移观测数据没有突变。通过在深层分层沉降仪、孔隙水压力仪的监测过程显示:第二段最大位移为17.88cm,产生最大位移深度－3.5m,第四段最大位移为19.95cm,产生最大位移深度－4.5m,第六段最大位移为345.58cm,产生最大位移深度－6.0m,第八段最大位移为577.8cm,产生最大位移深度－7.0m,第九段1#位移导管最大位移为431.71cm,产生最大位移深度－6.5m,2#位移导管最大位移为364.19cm,产生最大位移深度－6.5m。

第二、四段位移导管最大位移相对较小,是因为观测时间较短,即遭破坏所至。第六、八、九段位移导管产生的位移较大,主要由于淤泥较厚,土质较差。土体在第一、二级荷载的作用下,已经产生了排水固结过程,土体的抗剪强度有较大提高,基槽趋于稳定。当荷载加大,位移加快是符合软土地基变化规律的。

3、加固前后土的孔隙水压力及物理力学指标实测结果及分析

堆载预压段加载过程中,孔隙水压力观测时基本是在低潮位进行,测量的时候可能观测不到加荷后产生的峰值,只能表示土体在加载及静载时孔隙水压力的消散变化过程。真空预压段在联合堆载过程中，孔隙水压力随荷载增加而增加,随之逐渐消散,土体不断固结,有效应力逐渐增加,其变化过程与土体在真空与堆载联合作用下的固结规律一致。加固后在各段布置了2个原状取土孔, 2个现场十字板强度检验孔。在现场原状取土及室内各项主要物理力学指标对比中发现:第一、二段加固前、后埋藏的淤泥标高及厚度,土的各项主要物理力学指标有较大的差异,土质不均匀性表现较为突出,所以没有进行加固前、后土的各项主要物理指标和加固前、后十字板强度曲线对比。第八段的堆载范围内没有进行加固前的钻探工作,缺少土的各项主要物理力学指标,所以也没有进行各项指标对比。加固后主要土层物理力学指标见表5。

表5加固后主要土层物理力学指标一览表

由表5可知,各层的平均含水量由65%降低到60%,平均容重由15．5kN/m3增加到15．9kN/m3,孔隙比由1．831降低到1．632,在打设排水板通道加固范围内,十字板平均强度由23．4kPa增加到33．kPa,－9．2m淤泥质土加固前为22．0kPa,加固后36．2kPa,增长率64．5%; －10．2m淤泥加固前为31．1kPa,加固后41．6kPa,增长率33．8%; －13．4m淤泥加固后达到37．kPa; －14．2m淤泥加固后达到34．0kPa; －15．2m淤泥加固后达到29．3kPa; －16．2m淤泥加固后达到37．9kPa,加固效果是显著的,各层土的物理力学指标均有明显改善,软弱土层得到相应加固处理。

六、结语

本工程应用堆载排水预压及真空堆载预压法加固超软地基,加固试验前后的检测与施工过程中的各种监测资料表明采用软基预压加固护岸地基方案是可行的,一是消除了在堆载过程中发生位移等不利影响,使软基工程顺利完成;二是在各段加固期间消除的沉降量及固结度均达到设计要求,软弱土层得到加固处理;三是虽然真空预压联合堆载法在软基处理中已广泛应用,但在潮间带地区使用成功的案例较少,尤其是厦门地区,淤泥加固后各项物理指标得到明显改善。通过本次真空预压联合堆载在厦门岛的成功使用,可以为在潮间带地区软土地基处理工程进一步推广提供宝贵经验。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。