[广东]近海人工岛填海地基处理施工方案

'一、工程概况1.1概述拟建的珠澳口岸人工岛位于珠海市拱北湾近岸海域，地理坐标为22°12’31”N，22°34’31”E。港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程的设计工作包括人工岛护岸、陆域形成、地基处理、施工栈桥及交通船码头。形成后的陆域交工标高为4.5m。本工程软基处理分为岛壁区和岛内区，面积约229万m2。岛壁区地基处理属于西北护岸岸壁服务，由于岸坡稳定及工期的需要，该处地基处理方式采用真空联合堆载预压，面积约53万m2，岛内采用降水联合堆载预压和堆载预压的方式，面积约176万m2。二、地基处理的施工工艺及流程2.1岛壁区地基处理2.1.1岛壁地基处理的施工工艺及流程为了保证岛壁岸坡的稳定性和工期，该区域采用真空联合堆载预压的地基处理方法。主要施工工艺流程：临时围堰－回填中细砂－倒滤层铺设－施插塑料排水板－淤泥搅拌墙－真空预压－真空联合堆载预压－卸载－场地整平－淤泥搅拌墙处理－水泥搅拌桩－回填砂密实处理－分层碾压。第14页共14页 施工准备真空预压淤泥搅拌墙施工施插塑料排水板铺设倒滤层回填至标高＋2m回填至标高＋1m回填至标高0.0m回填至标高－1m回填中细砂第四级围堰第三级围堰第二级围堰第一级围堰临时围堰沉降观测监测真空联合堆载预压检测卸载淤泥搅拌墙处理水泥搅拌桩回填砂密实处理第14页共14页 分层碾压1、临时围堰为了给岛壁区的陆域形成提供一个良好的掩护，需要在岛壁区的外围先形成临时围堰。1）、铺设土工布和土工格栅由于淤泥较厚，地基尚未处理，人工和机械无法上去施工，在围堰施工前，先铺设一层200g/m2的土工布，在土工布上层铺设一层土工格栅（单向一次性拉伸聚丙烯，TGDG220）2）施插塑料排水板为保证临时围堰的稳定，临时围堰区需要水上施打塑料排水板。塑料排水板按正方形布置，间距1m，采用B型板。施工前应按照10m×10m进行试插，以确定插设排水板的实际深度；施工时，必须插穿软土层，进入下卧层30cm，并露出地面20cm。当软土层下卧层为透水砂层时，控制塑料排水板在距砂层顶面0.5m时终止。3）临时围堰施工临时围堰的长度约为4838m，其中北围堰约2170m，西围堰约2668m。围堰顶高程在结合岛壁区地基处理需要后确定为+3.0m，围堰顶宽暂定为2m。结构采用分级式充填砂袋（或土工管袋）围堰，北围堰受风浪影响较大，采用抗风浪能力更好的土工管袋结构，西围堰侧风浪较小，采用普通的充填砂袋结构；围堰外侧边坡坡度为1：2，内侧边坡坡度为1：1。考虑到围堰本身稳定性的需要以及软基处理的需要，围堰总宽度约42m。同时应控制围堰的施工速度及施工高度，并保证每级围堰反压平台的宽度。2、回填中细砂第一级临时围堰结束后，真空预压区域内就开始回填中细纱回填至标高－1m;第二级围堰结束后，回填至标高0m；第三级围堰结束后，回填至标高＋1m第14页共14页 ；第四级围堰结束后，回填至标高＋2m。3、倒滤层施工铺设1m厚中粗砂作为排水垫层。中粗砂垫层要求：含泥量＜5%，渗透系数不小于5×10-3cm/s，无杂质和有机物。4、施插塑料排水板塑料排水板按正方形布置，间距1m，采用B型板。施工前应按照10m×10m进行试插，以确定插设排水板的实际深度。施工时，必须插穿软土层，进入下卧层30cm，并露出地面20cm。当软土层下卧层为透水砂层时，控制塑料排水板在距砂层顶面0.5m时终止。施工结束后，及时用中粗砂填满排水板周围的孔洞，并将塑料排水板板头埋置于排水垫层中（0.2m~0.3m）。5、淤泥搅拌墙施工岛壁外围淤泥搅拌墙采用双排淤泥搅拌桩，单桩直径0.7m，成墙时彼此搭接0.2m，桩距0.5m。岛壁内部淤泥搅拌墙采用单排淤泥搅拌桩，桩直径0.7m，彼此搭接20cm。淤泥搅拌桩深度控制以穿透透气（水）层并进入其下不透气（水）层1m为准，深度暂定6m。施工时需要沿淤泥搅拌墙中心线每隔30~50m进行探摸，判断实际打设深度。淤泥搅拌桩采取四喷四搅施工工艺，采用淤泥或粘性土制成泥浆，泥浆比重≥1.35，不得含有粗颗粒。6、真空预压施工1）、管路铺设滤管采用PVC塑料管，沿管身按三角形排列打孔，制成花管，再包一层无纺布作为滤水层，要求捆扎结实，达到只透水不透砂，滤管间距4m。滤管用螺纹钢丝橡胶管连接，胶管套入滤管长约100mm，连接时用铅丝拧紧，铅丝结头严禁朝上。在埋设时确保滤管上的无纺布不被破损，铺设滤管时可根据现场实际情况对二通、三通和四通的数量及形状做适当调整，但总体应确保滤管排水通畅。第14页共14页 主管采用PVC塑料管，用三通连接器与滤管连接，通过出膜器及吸水管与真空泵连接。所有管路埋于排水垫层顶面以下约0.3m深。管路埋设完毕后，场地整平，清理场地，将场地中的杂物、竹竿、碎石等尖、硬物清理干净，以免刺破密封薄膜。2）铺设密封膜在编织布之上铺设两层聚乙烯（或聚氯乙烯）膜，密封膜在工厂热合一次成型。在加工密封膜时，其大小应考虑埋入淤泥搅拌墙沟部分，并根据实际预留足够的不均匀沉降变形富余量，防止密封膜拉裂。两层密封膜铺设完毕后，分层将密封膜边缘人工踩入淤泥搅拌墙深不小于1.2m。4）埋设膜下真空探头膜下真空度测头均匀分布真空预压单元块内，要求真空度测头埋设在相邻两滤管之间的砂层中，上覆厚度约0.3m的砂层。5）真空预压选用7.5kw的射流泵和水箱等组装抽真空系统，真空射流泵要求能形成不小于0.096MPa的真空压力，按每台泵控制800～1000m2，沿加固区边界布置。在软基处理边界线处，抽真空系统摆放在密封沟位置。开始试抽真空作业，发现有漏气的情况，及时用胶水粘补。真空满载过程中，维持膜下真空度不低于85kPa。7、联合堆载预压1）、铺设土工布在堆载之前，在密封膜上铺设一层土工布（200g/m2）保护真空膜。2）堆载在试抽真空15天后，膜下真空度达到85KPa,确定无漏气的前提下，进行堆载。堆载厚度为4.5m.堆载应分级堆载，每级厚度不高于1m。施加每级荷载时，本级堆载边坡外侧应保证之前每级堆载平台宽度不小于30m第14页共14页 ，作为本级堆载的反压平台，以保证堆载临时边坡的稳定。堆载采用吹填施工，要求在吹填出口下方应有足够的厚度的填料，并铺设数层编织布或采取其它有效防护措施，防止吹填过程砂土冲刷损坏密封膜。8、卸载在满足真空度要求的前提下，连续抽真空，当真空联合堆载预压恒载时间满足设计要求，且在预压荷载条件下的实测沉降曲线推算加固地基的平均固结度达90%以上，使用期残余沉降量S≤20cm/20年，即可停止抽真空。9、淤泥搅拌墙处理淤泥搅拌墙墙厚1200mm，其墙体部位采用水泥搅拌桩（湿法)进行二次处理。水泥搅拌桩在真空联合堆载预压结束后进行。四周边界采用双排桩、内部分块边界采用单排桩。水泥搅拌桩桩径Φ600mm。单排水泥搅拌桩间距1.0m，单桩平均长约11m；双排桩按等腰三角形布置，横向间距0.8m，纵向间距1.0m，单桩平均长约16m。水泥掺入比15％；要求28d抽芯式块无侧限抗压强度≥1.0MPa。10、水泥搅拌桩施工岛壁区地基处理卸载后护岸前沿线外侧整平至标高+2.0m，并陆上施打水泥土搅拌桩。由于护岸稳定性的需要，基槽底部需要打设一定宽度的水泥土搅拌桩，应先将水泥土搅拌桩区域场地整平至标高+2.5m。水泥土搅拌桩要求穿透①层淤泥；西护岸局部区域②1粘土层较薄，③1淤泥质土层较厚，水泥土搅拌桩需要打穿③1淤泥质土层。水泥土搅拌桩正三角形布置，桩径为600mm，桩间距为1.45m，置换率为15%。水泥宜用普通硅酸盐水泥，强度等级要求32.5级或以上。水泥掺量不得少于15%，湿法的水泥浆水灰比可用0.45~0.55。11、场地密实度处理预压处理完毕卸载之后应进行场地强夯处理，以对回填砂层进行密实。强夯处理为东、南护岸前沿线往场区偏移40m和西、北护岸前沿线以后所包括的范围。第14页共14页 强夯夯击能初定3000kN.m。施工工艺为两遍点夯，一遍普夯。夯点呈正方形布置，第一遍点夯间距为6m，第二遍点夯位于第一遍点夯中间。普夯夯击能为1000kN.m，普夯夯锤锤印应以1/3锤径搭接。12、分层碾压强夯后采用自重大于18t的振动碾压机碾压6-8遍，直至设计标高+4.5m。分层碾压应事先选择试验区进行碾压试验，以确定土料的最佳含水量、回填料厚度、振动机械型号、振动力、振动遍数，以便确定满足碾压后土层设计承载力特征值及压实系数满足设计要求的技术参数。2.2岛内区地基处理岛内区采用降水联合堆载预压的处理方式。主要施工工艺和流程：倒滤层铺设－施插塑料排水板－降水井埋设－淤泥搅拌墙施工－堆载－降水预压－卸载－淤泥搅拌墙处理－场地密实处理－分层碾压施工准备沉降观测铺设倒滤层施插塑料排水板降水井埋设淤泥搅拌墙施工堆载监测降水预压检测卸载淤泥搅拌墙处理第14页共14页 场地密实度处理分层碾压1、铺设倒滤层铺设2m厚中粗砂作为排水垫层。中粗砂垫层要求：含泥量＜5%，渗透系数不小于5×10-3cm/s，无杂质和有机物。2、施插塑料排水板塑料排水板按正方形布置，间距1m，采用B型板。施工前应按照10m×10m进行试插，以确定插设排水板的实际深度。施工时，必须插穿软土层，进入下卧层30cm，并露出地面20cm。当软土层下卧层为透水砂层时，控制塑料排水板在距砂层顶面0.5m时终止。施工结束后，及时用中粗砂填满排水板周围的孔洞，并将塑料排水板板头埋置于排水垫层中（0.2m~0.3m）。3、降水井埋设降水井间距50m，呈正方形布置。降水井的施工工艺流程;成孔、下井管、砾料围填、孔口封闭、洗井、抽水。成孔可采用泥浆护壁法。降水井开孔和终孔直径660mm，井底标高-7.00m。井管直径300mm，过滤管总长7m，过滤管以下为沉淀管。4、淤泥搅拌墙施工岛内区外围淤泥搅拌墙采用双排淤泥搅拌桩，单桩直径0.7m，成墙时彼此搭接0.2m，桩距0.5m。岛内内部淤泥搅拌墙采用单排淤泥搅拌桩，桩直径0.7m，彼此搭接20cm。淤泥搅拌桩起到隔离、切断地下水补给通道的作用，深度控制以穿透透气（水）层并进入其下不透气（水）层1m为准，深度暂定6m。施工时需要沿淤泥搅拌墙中心线每隔30~50m进行探摸，判断实际打设深度。淤泥搅拌桩采取四喷四搅施工工艺，采用淤泥或粘性第14页共14页 土制成泥浆，泥浆比重≥1.35，不得含有粗颗粒。5、堆载堆载料采用含泥量≤10%的中细砂或以上粒径的砂料。堆载要求分级堆载，每层不超过1.5m。同时通过降低地下水位法来提高场地的附加荷载，相应减少堆载土方量，避免弃土。另外，通过回填场地内部的相互借方来满足地基处理所需的联合堆载料，最终达到交工时弃土的最小化。6、降水预压堆载满载后及时进行抽水，以降低地下水位，要求水位降至标高-3.50m。预计抽水时间约110天。7、卸载通过实测的地基变形——时间，孔隙水压力——时间曲线，分别推算地基的最终沉降、不同时间的固结度和孔隙水压力消散速率（有效应力增长速率）。若满足加固要求达到的固结度90%（对于局部淤泥较厚、堆载较高的区域，固结度达到88%），同时满足工后残余沉降要求，即可卸载并停止降水。8、淤泥搅拌墙处理淤泥搅拌墙墙厚1200mm，其墙体部位采用水泥搅拌桩（湿法)进行二次处理。水泥搅拌桩在降水联合堆载预压结束后进行。四周边界采用双排桩、内部分块边界采用单排桩。水泥搅拌桩桩径Φ600mm。单排水泥搅拌桩间距1.0m，单桩平均长约11m；双排桩按等腰三角形布置，横向间距0.8m，纵向间距1.0m，单桩平均长约16m。水泥掺入比15％；要求28d抽芯式块无侧限抗压强度≥1.0MPa。9、场地密实度处理预压处理完毕卸载之后应进行场地强夯处理，以对回填砂层进行密实。强夯处理为东、南护岸前沿线往场区偏移40m和西、北护岸前沿线以后所包括的范围。强夯夯击能初定3000kN.m第14页共14页 。施工工艺为两遍点夯，一遍普夯。夯点呈正方形布置，第一遍点夯间距为6m，第二遍点夯位于第一遍点夯中间。普夯夯击能为1000kN.m，普夯夯锤锤印应以1/3锤径搭接。10、分层碾压强夯后采用自重大于18t的振动碾压机碾压6-8遍，直至设计标高+4.5m。分层碾压应事先选择试验区进行碾压试验，以确定土料的最佳含水量、回填料厚度、振动机械型号、振动力、振动遍数，以便确定满足碾压后土层设计承载力特征值及压实系数满足设计要求的技术参数。2.3监测与检测为掌握岩土工程施工中地基土体变形、孔隙水压力和软土强度增长等有关信息，起到指导施工、验证设计、监控施工安全、检验加固效果的作用。软基处理施工期间需要设置一些监测检测项目，其中包括：表层沉降观测、孔隙水压力观测、地下水位观测、土体分层沉降观测、土体深层侧向位移等监测项目，以及加固前后钻孔取土和加固前后现场十字板剪切试验等检测项目。1、孔隙水压力监测在每个真空联合堆载预压单元块中心布置1组振弦式孔隙水压力传感器，在塑料排水板施工后埋设，在同一孔内埋设多个孔隙水压力计，各孔隙水压力计间用干燥膨润土球充填封堵。在开挖面和自开挖面以下按深度方向每向下3m埋设一个探头，每组埋设6个。观测频率为插设塑料排水板期间、抽真空初期和加载期间每2天观测一次，在真空联合堆载预压恒载期，每5天观测一次，特殊情况可加密观测。根据实测孔隙水压力的增长和消散过程，计算土体固结度和有效应力增长情况。2、土体分层沉降监测在每个真空联合堆载预压单元块中心布置一个土体分层沉降观测孔，在插设塑料排水板后埋设，每孔埋设6个分层沉降磁环，分层沉降磁环安装在与孔隙水压力计相应深度位置，此外，在软土与硬土层交界处必须有一个分层沉降磁环。第14页共14页 观测频率为插设塑料排水板期间、抽真空初期和加载期间每2天观测一次，在真空联合堆载预压恒载期，每5天观测一次，如遇特殊情况可随时增加测量密度。根据观测成果分析各土层的压缩量及沉降变化规律。3、深层侧向位移观测在软基处理加固区外周边布设8根测斜管，测斜管底部需埋入地基加固期间不变形的土层中3m以上。观测频率为插设塑料排水板期间、抽真空初期和加载期间每2天观测一次，在真空联合堆载预压恒载期，每5天观测一次，特殊情况可加密观测。4、地下水位监测在每个真空联合堆载预压单元块中心布置一个水位观测孔，埋设水位管。观测频率为插设塑料排水板期间、抽真空初期和加载期间每2天观测一次，在真空联合堆载预压恒载期，每5天观测一次，如遇特殊情况可随时增加测量密度。5、地表沉降观测软基处理区域共布置70个沉降标，沉降标布置和规格如图纸，沉降标在插设塑料排水板前埋设，铺设密封膜后将沉降标移至密封膜表面，采用几何水准测量方法进行，观测误差要求不大于2mm。观测频率为插设塑料排水板期间、抽真空初期和加载期间每2天观测一次，在真空联合堆载预压恒载期，每5天观测一次，根据沉降观测资料计算固结度，确定具体的卸载时间，如遇特殊情况可随时增加测量密度。6、加固前后钻孔取土在塑料排水板插设施工前和真空联合堆载预压卸载后，分别在每个真空联合堆载预压单元块中心布置一个取样孔。取土的深度位置原则：自开挖面以下每2m取一组，直至硬土层。加固后取土位置在加固前取样孔周边1m范围内，取土的深度按深层沉降分析的数据找出对应加固前相应土层深度位置取土，以便于分析加固前后土体物理力学指标的提高情况。加固前后取土样室内土工试验，有关规定的方法、步骤进行，试验的主要内容包括：a）粘性土的物理性指标包括天然含水率、天然重度、相对密度、孔第14页共14页 隙比、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数，力学指标包括抗剪强度（快剪、固结快剪）、压缩系数或压缩指数、无侧限抗压强度；b）粉土的物理力学试验项目除与粘性土相同外，尚须加测粘粒含量；c）砂土的颗粒分析、自然休止角；d）土的渗透系数、固结系数、前期固结压力、灵敏度、有机质含量等试验项目。7、加固前后十字板剪切试验在塑料排水板施工前和真空联合堆载预压卸载后，分别在每个真空联合堆载预压单元块中心（靠近深层分层沉降孔）布置一个十字板剪切试验孔，进行现场十字板剪切试验。加固后十字板剪切试验孔位置在加固前十字板剪切试验孔周边1m范围内。十字板剪切试验深度按在软土中每间隔1m试验一次，分别测试原状土和重塑土的不排水抗剪强度指标。计算软土层的灵敏度；绘制土层的抗剪强度随深度变化的关系曲线。三、质量要求和施工进度3.1质量要求1、真空预压全过程膜下真空度应不低于85kPa。2、降水预压要求地下水标高降至－3.5m。3、所用材料要求：a）排水垫层，采用中粗砂，其中含泥量＜5%，渗透系数大于2×10-2cm/s。b）在密封膜上铺设一层200g/m2无纺布，其性能指标需满足设计和有关规范要求。c）塑料排水板参照原设计要求；各项指标必须满足设计及规范要求。d）真空预压密封膜采用聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，各项指标必须满足设计及规范要求。e）淤泥搅拌桩采用淤泥或粘性土制成泥浆，泥浆比重≥1.35，不得含有粗颗粒，搅拌桩采取四喷四搅施工工艺。f）当密封膜下真空度达到85kPa或以上并持续15天后，开始进行联合堆载预压，要求尽可能早日完成加载施工。第14页共14页 g）严格掌握真空联合堆载预压卸载的标准，以确保符合要求。3.2施工进度真空联合堆载预压软基处理计划约450个日历天内完成。降水联合堆载预压软基处理计划约450个日历天内完成。四、主要工程量4.1、主要施工工艺工程量序号项目名称单位数量备注1土工格栅m214978332中粗砂m35300353施插陆上塑料排水板m379650364施插水上塑料排水板m39764785密封膜m210600706土工布m25300357回填中细砂m3236713488降水井个7284.2、监测项目工程量表北标段监测工程数量表序号监测项目数量单位备注1沉降标250个2孔隙水压力38组3分层沉降38组4水位观测管13根岛壁区79岛内区5测斜管40根6护岸沉降位移观测17根7十字板Seawall50个卸载和开挖至+2.5m做50个卸载和开挖后做第14页共14页 ReclamationArea25个卸载后8钻孔取土标贯38个9载荷试验12个10静力触探38个南标段监测工程数量表序号监测项目数量单位备注1沉降标216个2孔隙水压力34组3分层沉降34组4水位观测管4根岛壁区87岛内区5测斜管19根6护岸沉降位移观测22根7十字板岛壁区12个卸载和开挖至+2.5m做12个卸载和开挖后做岛内区30个卸载后8钻孔取土标贯34个9载荷试验8个10静力触探34个第14页共14页'