排水固结法在横琴新区滨海次干路堤岸工程中应用

排水固结法在横琴新区滨海次干路堤岸工程中应用　　摘要：珠海市横琴新区滨海次干路堤岸工程设计为100年一遇防洪潮标准，总长13.48km，既有在原有旧堤基础上加固重建又有新建海堤。堤岸地基软土深厚，根据实际情况综合应用排水固结法进行软基处理，其中堤前主要采取堆载预压、堤后采取真空预压或真空联合堆载预压。经检测验证，软基处理达到了预期目的，可以为类似工程提供借鉴。关键词：软基处理；排水固结；真空预压；海堤施工Abstract:ZhuhaiCityHengqincoastalroadsembankmentengineeringdesignfor100yearsagainststandard,afloodoflength13.48km,bothreinforcementandreconstructionintheoldandnewembankmentdamfoundation.Theembankmentfoundationinsoftsoildeep,softfoundationtreatmentaccordingtothecomprehensiveapplicationoftheactualsituationofdrainageconsolidationmethod,whichmainlytakeinfrontofabreakwater,embankmentafterpreloadingbyvacuumpreloadingandvacuumcombinedwithsurcharge12 preloading.Afterverification,softfoundationtreatmenttoachievetheexpectedgoal,canprovidethereferenceforthesimilarengineering.Keywords:softground;drainageconsolidation;vacuumpreloading;seawallconstruction中图分类号：S276文献标识码：A文章编号：1工程概况珠海市横琴新区滨海次干路堤岸工程位于横琴新区西北岸，起于横琴大桥西侧，往西顺马骝洲水道南岸和磨刀门水道东岸止于中心沟，大体呈L型走向，全长13.48km，其中改造段长12330m，新建段长1150m。堤岸工程级别为1级，防潮标准为100年一遇。堤岸沿线原状基本都有浆砌块石现状堤，堤顶标高约为2.1～3.0m左右，既有堤岸建设标准低，未能达到规划防洪标准，场地主要为海湾相沉积区域，软弱淤泥广泛分布，地下水较浅。2堤身结构设计方案2.1地质条件根据钻探结果，勘区从上而下揭露地层有：人工填土层（Q4ml）、第四系海陆交互相沉积层(Q4mc)、残积层(Qel)和燕山期侵入花岗岩(γ5)、第三系砂砾岩（N）层。典型地质剖面图如下：12 图1典型地质剖面图其中第四系海陆交互相沉积层（Q4mc）中的②1淤泥～淤泥质土层连续分布，平均厚度24.96m，层顶平均标高为-4.90m，层底平均标高为-29.86m。根据前期固结压力与自重压力相比较，该层土属欠固结土。土层具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、透水性差和承载力低等特点，由此带来的不均匀沉降、沉降量过大等问题，需要对该土层进行加固。2.2堤身典型断面根据工程现状，结合景观与规划需要，本工程堤线仍沿旧堤前沿线布置，堤顶高程3.7m，按允许部分越浪设计。主体结构为混合型结构，堤身材料选用200～300kg的块石，同时采用干砌块石护面（其中，马骝洲水道40cm厚，磨刀门水道60cm厚），堤顶为现浇直立式钢筋砼胸墙。2.3软基处理方案堤身软基处理方案既要使地基工后沉降满足要求，也要满足堤岸整体稳定的需要，应尽量就地取材，降低工程造价，应避免弃土符合环保要求。根据场地的地质条件、陆域形成工艺及材料、场地的使用要求以及当地地基处理经验和施工条件，对地基处理进行了多种处理方案的经济技术比选。由于处理范围大、软土深厚，地基处理采用排水固结法较为经济、合理。按两类堤岸分别对应两种结构设计方案：12 2.3.1旧堤改造段方案该堤段地基处理采用排水固结法。其中，堤前地基处理采用堆载预压排水固结法，堤后地基处理采用真空预压排水固结法（滨海次干路段为真空联合堆载预压法）。堤前开挖设计底高程为-2.5m。水上抛填1m厚中、粗砂垫层，水上插打塑料排水板，塑料排水板间距1米，正方形布置。排水板插设底标高按-21.8m控制（如②1淤泥~淤泥质土层底标高高于-21.8m，则插至②1淤泥~淤泥质土层底）。插板施工完成后抛填3.5m厚50~350kg块石。堤前满载时间接近160天时根据实测沉降推算固结度达到90%，地面沉降速率连续10d平均沉降量不大于1mm/d，加固后十字板抗剪强度满足设计要求后可卸载。堤身在堤前、堤后软基处理的基础上完成施工期沉降，相应进行护面结构的施工，在此基础上进行基床整平，再施工上部钢筋砼胸墙，及堤后防潮抢险通道、栏杆等。加固堤身典型断面如下图2。图2加固堤身典型断面图2.3.2新建堤段方案12 新建堤段原状为蕉地，该堤段堤顶外边线往堤前、堤后各20m范围内采用真空预压法进行地基处理。地基处理满足设计要求后进行堤身结构施工。堤身采用50~350kg块石抛填形成。抛填块石形成堤身后，沿堤顶外边线每隔50m布置一个沉降盘观测沉降，抛石顶面连续30d每天沉降量不大于1mm/d后可进行护面和防浪墙施工。新建堤身典型断面如下图3。图3新建堤身典型断面图3堤前堆载预压施工堤前堆载预压的施工顺序为堤前开挖→铺设砂垫层→插设塑料排水板→抛填块石。各工序主要要求如下：3.1基槽挖泥（1）基槽挖泥以标高控制，开挖设计底标高为-2.5m，开挖边坡为1:4，基槽开挖的尺寸不应小于设计值。（2）基槽挖泥施工应避免破坏原堤结构，施工过程应加强对原有堤岸的水平位移监测。（3）基槽开挖施工过程中必须制定出完善的安全保障措施，严密监控开挖边坡的位移及变形情况，控制好开挖速度，以确保边坡的整体稳定性。（4）需要有具备可操作性的紧急事故处理预案。3.2砂垫层堤前砂垫层按标高-1.50m控制，且厚度不小于1.0m，采用中、粗砂。中、粗要求含泥量＜5%，渗透系数≥5×10-3cm/s，采用水上抛填施工工艺。12 根据《港口工程地基规范》（JTS147-1-2010）抛石挤淤厚度可达到4m。本工程堤前先铺设砂垫层后抛设块石，同时结合珠海区域相关工程经验，设计考虑挤淤厚度为0.5m。3.3塑料排水板排水板采用SPB-B型，宜选用滤膜连接为胶粘的槽型塑料排水板。排水板平面按正方形布置，间距1.0m。排水板由砂垫层顶开始插打，堤前排水板插打底高程为-21.8m，（如②1淤泥~淤泥质土层底标高高于-21.8m，则插至②1淤泥~淤泥质土层底）。　　塑料排水板严禁接长。排水板施插垂直度控制在1.5%以内。施工时回带长度不可超过0.5m，否则在该板位旁450mm内重新补插一根。回带排水板根数不应超过打设总根数的5%。3.4水下抛填堤前抛石采用50kg~350kg块石，其中200~300kg块石含量不少于60%，地基处理施工期时块石自重作为施工期预压荷载对土体施压，使用期将作为护底结构，以保证堤前地基不被冲刷。（1）块石的饱水抗压强度不低于30MPa，块石无严重风化和裂纹。二片石的饱水抗压强度不低于30MPa。压脚棱体块石应由重50~350kg（200~300kg块石含量不少于60%）块石的石料组成，最大块石重量不大于350kg。12 （2）堤前抛石厚度为3.5m，抛填时按厚度控制（附表抛石控制标高供参考），分两层抛填，每层抛填厚度为1.75m，抛填面高差不超过±0.175m。（4）堤前地基处理达到卸载要求后，堤前抛石需卸载至-0.5m。其中，前7km卸载的石料用于抛填相应段堤身，多余石料用于后7km堆载预压。（5）堤前抛石压载施工工艺为水上抛填，卸载及转载施工工艺为陆上抛填。4堤后真空联合堆载预压或真空预压该方案采用塑料排水板作为竖向排水通道，以护岸填土作为荷载对地基进行预压的同时，利用抽真空获得的大气压力作为对地基的加固超载，缩短预压期，使绝大部分的地基沉降量在预压期内完成，工后沉降能控制在设计范围以内。4.1施工顺序为保证施工期堤身稳定，应在完成堤前抛石后进行真空预压施工（新建堤岸区域除外）。真空预压方案的施工顺序如下：清表及平整场地→铺设中、粗砂垫层→插塑料排水板→打设密封墙→布设滤管、安装监测仪器→铺土工布→铺密封膜→试抽真空→覆水→堆土加载→持续抽真空→卸载→回填（碾压）。4.2真空预压12 4.2.1铺设砂垫层本工程采用70cm厚的中、粗砂作为水平排水垫层。施工中应注意避免泥土、杂物等混入水平排水垫层。砂垫层的检验应符合表5.6中的规定。表5.6砂垫层的检验要求4.2.2插塑料排水板待砂垫层处于稳定状态后进行插板施工。塑料排水板平面以正方形布置，间距为1.0m，插板边界以尽量接近已有堤岸为原则。塑料排水板由砂垫层顶开始插打，K0+000～K3+386段及K5+073～K13+480段的插板深度按23.0m控制，K3+386～K5+073段的插板深度按24.6m控制，当底面高于插板深度时，插板至②1淤泥-淤泥质土及②2淤泥质土层底。塑料排水板的板头应埋入砂垫层中。板头周边泥浆需清理出场，并换填为中、粗砂。为确保插板质量，塑料排水板禁止搭接。为确保插板打设深度满足要求，插板机械需配备塑料排水板自动记录仪或选用可直接测深式塑料排水板。施工时回带长度不可超过0.5m，否则在该板位旁450mm内重新补插一根。回带排水板根数不应超过打设总根数的12 5%。密封墙处有板头露出时，不得剪断板头，可将板头沿墙边向上插入中、粗砂垫层中，插入深度不小于20cm。插板施工的检验应符合表5.7中的规定。表5.7塑料排水板施工的检验要求4.2.3黏土密封墙黏土密封墙采用双排泥浆搅拌桩。泥浆搅拌桩单桩直径为700mm，成墙时彼此搭接200mm，桩距500mm，墙体厚度不得小于1.2m，黏粒含量应大于20%，渗透系数应小于1×10-5cm/s。考虑到施工期沉降等因素，密封墙的设计长度为9.0m，密封墙长度不得小于设计长度，且施工前可按100m一个孔进行探摸，确保水泥浆搅拌桩穿透表层透气（水）层进入其下不透气（水）层1m以上。密封墙大于9.0m的工程量按实计。遇到障碍物影响到泥浆搅拌桩施工时，需将障碍物清理出场，无法清理时可适当调整黏土密封墙的平面布置。密封墙位置应根据探摸及插板情况，尽量接近已有堤岸。4.2.4真空预压密封膜采用3层聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，并根据各预压区实际长度每边各增加7.5m订购密封膜。铺设密封膜至边界时，通过人工将密封膜踩入密封沟中心处，踩膜深度不宜小于1m。真空膜下铺设一层200g/m2短纤针剌非织造土工布。12 真空传递滤管采用uPVC塑料管，通径为2英寸，壁厚≥1.2mm，滤管布置间距不大于6.5m。管壁上均布孔洞，管外包裹能起过滤作用的土工布。所有管路宜埋于砂垫层顶面下约30cm深处，膜下真空度观测表埋设于具代表性的两滤管平行距离的中间，严禁将膜下真空度采集端头埋入滤管或主管内。抽真空设备宜采用射流泵，单机功率不低于7.5kW，在进气孔封闭的情况下，真空压力不得小于96kPa。持载真空预压期间，膜下真空度要求不小于85kPa。抽真空设备的位置不宜高于砂垫层顶面。现场宜储备一定数量的备用设备，以便及时替换损坏设备。通过试抽真空使膜下真空度满足设计要求后，在加固区四周修筑围堰并覆水。覆水深度为50cm，应全部覆盖外露的密封膜。围堰在加固区内侧铺设2层密封膜，防止覆水外渗。可根据施工实际情况适当调整真空预压的分区（调整后单区长度超过300m时应征得设计同意），并相应调整密封墙、滤管、抽真空设备的布置。4.2.5联合堆载12 K3+386～K5+073段需进行联合堆载。堆载按厚度控制，厚度为3.0m。在联合堆载前，真空膜上需铺设一层200g/m2短纤针剌非织造土工布。膜上0.5m厚堆载采用中、细砂。吹填膜上第一层砂料时，宜使管口朝上，防止砂料直接冲刷真空膜。剩余2.5m厚堆载采用素土。应按设计要求的加荷速率分层回填，最大虚铺厚度不大于50cm。堆载过程中应及时进行推平作业，避免局部超载。回填土应分层碾压，为了避免碾压施工影响到膜下设备的正常运转，从堆载1.5m厚处开始碾压施工。压实采用重型击实标准控制，确有困难时，可采用轻型击实标准控制。4.2.6卸载K3+386~K5+073真空联合堆载段持续抽真空时间接近120天，其余堤段持续抽真空时间接近150天时，根据实测沉降推算固结度，满足以下条件后可卸载：1）固结度达到85％；2）K3+386~K5+073段实测地面沉降速率连续10d平均沉降量不大于1mm/d，其余区域实测地面沉降速率连续10d平均沉降量不大于2mm/d。卸载后应将覆水排到堤岸以外，不得放流在需回填的场地内。K3+386~K5+073段在停止抽真空后，应根据地面标高情况，卸载或补填素土至高程3.11m，并进行碾压，压实度要求不小于95%，回填土最小强度(CBR)不小于6%，路基弯沉值不大于3.10mm。5工程监测情况施工中在重点断面对地表沉降、深层土水平位移、土体强度增长、孔隙水压力等由专业监测单位进行详细观测与监测，根据观测资料调整处理方案、对填筑速率、软土地基处治效果、堤岸稳定安全状况提出指导性意见，使软土地基处理效果达到设计要求，确保了堤岸整体稳定和防洪安全。12 6总结堤岸地基软土深厚，根据实际情况综合应用排水固结法进行软基处理，其中堤前主要采取堆载预压、堤后采取真空预压或真空联合堆载预压。经检测验证，软基处理达到了预期目的，可以为类似工程提供借鉴。12