大面积稀软淤泥地基的加固

1、大面积稀软淤泥地基的加固1996年10月第5期珠江现代建设总第73期?软土工程 ?5f2.,Ic|大面积稀软淤泥地基的加固杨欣祥（珠委设计院广州 510611）周晓群（省燃料公哥 751oo5o）f.7摘要本文介绍广东东莞坭洲3.5万t级煤码头大面积堆场的稀软淤泥 地基加固经验 .该码头地处珠江三角洲滨海地带 ,第四纪后期沉积形成的稀软灰色 淤泥及淤泥质粘土广布本区工程建筑物地基下稀软淤泥层厚度为715m,视码头建筑物的不同要求,采用不同的加固方法本码头煤堆场面积90000m,其下淤泥层厚度多在10m左右, 因分两期建设 .第一期工程软基处理范围超过50000m,设计采用在大面积铺填砂垫层后，

2、再 在砂垫层上插打塑料排水板 ,然后采用分级填砂 ,对大面积稀软淤泥层进行预压加固方法 .经 上述方法处理后 .加固效果显着 ,加固后稀软淤泥的各项物理力学指标均明显改善.如加固前含水率大于 80%,?加固后均小于 60%.十字板剪切强度增长率普遍大于 2oo%.关键词1 工程概况兰茎丝查 .鉴分堆载预压罩地基加固,圈,蝮.磷 3.5 万 t 级坭洲煤码头软涨坭洲煤码头位于广东省东莞市沙田镇坭洲岛北端, 珠江坭洲航道东侧,西临狮子洋 ,南距虎门镇l3km ,是黄埔港通往国内外各港口的必经之地 .本工程作为北煤南运 在此接卸 ,中转储存并向省内各地辐射配送的大型煤炭基地之一 .工程分两期建设 ,

3、第一期工程包括 3.5 万 t 级主码头 l 座,泊位 1 个.500 一 l000t 级驳船码头 l 座,泊位两个 .以及港口相应配套设施 .第一 期工程建成后 .码头年吞吐能力为180万t;第二期工程完建后，使本码头最终年吞吐能力达到800万 t.目前码头第一期工程水工部分已基本建成 ,码头装卸设备已安装到位等待调试 ;后方土建正在全面 施工;分期施工并分三级堆载预压的大面积堆场软淤泥地基加固工程已竣工验收,码头建设已取得一定经验 .2 地质情况简介 本工程区地处滨海的珠江三角洲地带,第四纪后期沉积形成的灰色淤泥及淤泥质粘土广布本区 .据技施阶段地质勘探成果揭示 ,本工程区地层自上而下大致

4、可分为 5 大 层,每层又可细分若干小层 （见图1）.现将各层情况简介如下 :2.1灰色淤泥层 .该层层顶有 2m 左右的耕植土 .全层可细分为灰色淤泥 ,灰色淤泥质亚 粘土及灰色亚粘土等小层 ,局部含有砂混淤泥夹层全层平均厚度9.57m.呈流塑软塑饱和状态， 平均含水率 80%,局部达91.4%标贯击数小于I,平均孔隙比2.09.压缩系数为2.46MPa属于 高压缩性稀软土层 ,地基允许强度为 30kPa.2.2灰色中细砂及灰色粗砾砂层该层按岩性可细分为中细砂 ,中粗砂及粗砾砂混卵石等小层 .因其下 伏于淤泥层下 ,软基处理时可起一定疏水作用，但该层分选性差，层厚0 llm不等，全层平均休止

5、角35.,标贯击数 6 37.地基允 许强度为 l6O 一 2O0kPa. ?12?1996年10月第5期珠江现代建设总第73期土圈 1 工疆区地 翻 I 示 I2.3 灰色淤泥 ,淤泥质粘土及灰色粘土层 该层含少量腐植质并问夹薄层粉细砂成千层饼状,呈饱和软塑可塑状态，全层厚度03.7m,其物理力学指标因小层区别而差异 ,如灰色淤泥小层含水量高达60%,平均标贯击数为 4,孔隙比为 1.61,压缩系数为0.72MPa;灰色淤泥质粘土小层含水量为54.6%,平均标贯 击数为 4.5,孔隙比为 1.43.压缩系数为0.9MPa .全层地基允许强度为50kPa.2.4灰色中粗砂及粗砾砂 .间夹薄层卵

6、石层该层主要由石英中粗砾组成 ,含少量砾砂及卵石 .分选性差 ,分布不连 续，层厚03.6m,天然休止角为32.一 38.,地基允许强度为180 2lOkP丑.2. 5风化页岩因勘探钻孑 L 只达基岩面 ,层厚不清 .其主要成份为泥质 ,成页片状结 构 ,泡水易软化 ,标贯击数均大于50,地基允许强度为300 350kPa为良好的地基持力层.3 大面积稀软淤泥地基的加固 以上地质情况表明 ,灰色淤泥层为本工程区最软 弱地层,因其厚度大 ,分布广,压缩性大,强度低.故须进行大面积加固 ,以确保煤堆场及输煤系统有关 建筑物地基的稳定 .3.1 加固方法的选择及加固工程规模 囊 1 堆场较基加固主薹

7、工程 序号工程项目单位工程量备注1 地平整 I112523662 回填中粗砂垫层 m,52366 填厚 1.0m3 插塑料捧水板根 46569 每根长约 14m4 塑料捧水板总长 6Sl9665 堆藏预压需砂量 m3l909726 软基加固总面积 m255l00 考虑到本地区砂源较丰富 ,曾试图在码头护岸工 程部分地段采用打砂井后 ,再在其上分段填砂预压 .以便加固稀软淤泥层.实施过程中 ,发现同题较多,加上效果不明显 ,该法实际上只能起到局部置换淤泥作用 ;此外,施 工时拔管速度不均 ,向管内灌砂不匀 ,潮涨潮落以及打管过程中稀软淤泥层天然结构易受破坏等因索影响 .使砂井的均匀性连续性难以保

8、证 ,其排水固结效果便不理想 .经实践比较后 .本工程大面积堆场 软基加固方法 .决定采用先大面积铺填疏水砂垫后 ,再在砂垫层上插塑料排水板,最后用分级填砂堆载预压.堆场软基 . 一,一一一一 一 一 _ -=.:.L.II -一瓣i.,.一暑蠢01996年 10月第 5 期珠江现代建设总第 73期表 l.-3.2 堆场软基加固的主要设计要求 据施工进度安排及现场条件,码头水工建筑物施工与陆域回填平行作业.为避免码头前沿施工干扰,堆场软基加固分两期进行 ,并以旧海堤为界 ,分堤内 ,堤外两期施 工.先进行堤内软基加固 ,待码头前沿海域回填工作完成后 ,再进行堤 外软基处理 ,参见图 2.设计提

9、出的主要要求是 :先平整场地并在原地面 堆填中粗砂疏水垫层至 33.5m 高程,然后在其上插打塑料排水板 ,排 水板须穿透淤泥层并进入其下部砂层0.5m,插入长度按标高控制.排水板全部施插完成后 ,即可进行分级堆载预压 .堤内堆载原设计要求分丽级进行第一级从标高3.5m填至标高6.1m,预压30天后根据监测成果确 定第二级上载时问，第二级堆载从标高6.1m填至标高8.1m,预压历时及 卸载时问根据现场监测成果确定 ;堤外软基加固由於临近码头前沿水 工建筑物,回填堆载时要严格分区分级进行 .设计将堤外加同范围 (12000m) 分成 3 区施工 ,均按三级加载 .第一级加载是在排水插打完成后 .

10、从砂 垫层顶3.3m标高堆填至标高4.6m,静压30天后即可进行二级加载.二 级田 2码头 l 期工程软基加固范围加载从标高4.6m填至6.6m,静压50天后再进行三级上载，即从标高 6.6m填至8.1m,然后静压100天.最后根据现场监测成果确定卸载日期 .设计还要求一 ,二级加载后 . 淤泥固结度须达到 6570%,三级加载后 ,淤泥固结度应达到 90%以上.3.3堆场软基加固工艺3.3.1 注意事项及施工准备工作首先应充分结合现场条件 .因本码头地处坭洲孤岛 ,四面环水 ,各项设 备及建材均须从水路转运上岸,再向有关工作面疏运 ;另外 ,码头前沿多工种交互作业 ,因此须预先 规划好用於堆

11、载预压的砂料上岸地点 .做到既便於疏运至预压区均匀上载 .又避免施工干扰 .其次须 注意堆载砂及卸载砂的综合平衡 ,使最后剩下的卸载砂料均能用於码头后方土建的场地回填.由於堤内原系大片耕地 ,堆场大面积软基加固前要求彻底清除草木及耕作残余植物,并设好堆载标高控制点.八、-3.3.2疏水垫层的施工疏水垫层场 （也称顶部滤水层 ）,是排水板顶部滤排淤泥渗出水的通道 也是满足插扳机行走和提高施工场地承载力并减小机械震动时扰动浅部淤泥的重要设施.因此疏水垫层要求采用透水性能良好和能起反滤作用的砂料砂料含泥量要求不大於5%,并要求32垫层砂 砂源均来自东江南支流附近水域 ,由采砂船采集 ,再由砂驳运达码

12、头使用 .砂驳上砂地点应避免与 码头水工建筑物施工干扰 ,上砂高度就应严加限制 ,避免堆载过高引起地基局部失稳 .在施工条件具 备时,可由砂驳通过皮带机直接装自卸汽车 ,避免倒运和简化工艺 .由於条件限制 ,本工程多采用向个体 户购砂 ,个体户砂船按指定地点靠岸上砂分堆 ,施工单位用铲机和自卸车转运至工作面 ,再由推土机按垫层设计标高铺平 .按规范要求,疏水垫层厚度 50cm 就足够了,但施工时.常受潮位限制 .使垫层厚 度远大於规范要求 .为避免垫层顶高低於施工潮位 ,从而影响施工机械正常运作 ,本工程疏水垫层 平均厚度达1.2m（顶高3.23.5m,略高於施工期高潮位）.由於场内道路未施工

13、，原场基太软，自卸 车初期运行困难 ,垫层施工速度缓慢，平均月填筑量仅I万m左右.3 . 3 . 3塑料排水板设计布置及施工情况疏水垫层竣工后并经验收合格 ,即可进行插打塑料排水板工序 .塑料 排水板布孔按设计要求 ,采用等边三角形布孔并按梅花形错开排列 ,见图 3.图 3 中所标尺寸 ,括号外 为堤内布孔尺寸 ,括号内为堤?14?1996年I0月第5期珠江现代建设总第73期外布孔尺寸 .其区别在于堤内为耕地 ,淤泥含水量多在 80%以下.且原 地基较稳定 ;堤外原为海域新填场地,淤泥层含水量较高 ,有的高达 90%以上 .排水板一般要求垂直插 人,但在旧海堤附近 ,由于存在块石护面 ,故塑料

14、排水板要求加密斜插 .以确保排水固结效果 . 塑料排水板插打前应严格按设计图 纸放样 ,并按孔排顺序插好标志 .既方 便施工 ,又可防止漏插 .插板机采用日 产 lm 反向铲改装成履带式震动插板 机 .该机单位承压力小 .便于在软基场 地行走 .其插板效率高 ,一般为 l3m/rain., 最高达 l8m/min. 插板机 外型及其工作装置见图 4. 塑料排水板插打时按标高控制 ,其 顶部须高出疏水垫层10 20era底部 须穿透淤泥层并插人砂层不小于 50em. 排水板插设工艺一般按装靴一插打一拔 管一割断一移位等操作程序进行 .每台 插板机须配备 4,5 人（含记录 1 人）; 拔管时如发

15、现被插扳机带出长度大於 50cm时,则应在纵向距原孔位45cm处 进行补插 .排水板接长时应在其滤水膜 内采用搭接方法 ,搭接长度大於 20era. 塑料排水板的规格型号应根据淤泥 层的厚薄由设计选定 .本工程采用的塑 料排水板系山东龙口塑料厂产品 .按设 计规定,选用 SPB lB 型,其性能经检 验对比证明 ,各项指标均能满足设计要 求和质量标准 ,详见表 2.3.3.4 分级堆栽预压裹 2 塑料排水板性能指标检验对比 型号质量标准性能单位SPB lB 型（南京 DB/3201Ql8 87） 材料塑料带芯包裹无纺布滤膜 截面宽度 99.ol0o 2 尺寸厚度 4.5>4.o 每米重量

16、 g/ml21.2lo0 一 ll0排渗水量 m/s28 x -b（排水板长loem,水头羞2cm）复合体抗拉强度 kN/lOc1.75>1.3（ 延伸率为 10%时） 复合体延伸率 %3,3310（拉力为 1kN/10cm）纵向 37.75 无纺布干态 N/ cm 横向 31.60 >30 （延伸率为 10%） 滤膜抗拉强度湿态 N/cm 纵向 19.8横向20.7>20（延伸率为15%） 滤膜渗透系数 m/s2.5 x l0. >一 X IO 10o）（100）（100）（10012o12o12oi x田 3 堤内外童料排水扳布孔田田 4 插板机爰箕工作装置 塑料排

17、水板插打工作全部竣工并经验收合格.同时现场沉降 ,孔隙水压力及边桩位移等测点埋设工作也已完成之后 .方可进行分级堆载预压工作 .按设计要求先进行堤 内分级堆载预压 .为了结合码头前沿航道疏浚并充分利用疏浚出来的砂料 ,经设计同意 ,堤内标高 4.17m 以下 （含疏水垫层 ）采用自卸车和推土机堆填中粗砂之外 .从标高 4.17m 至标高 8.1m 的各级堆载均 采用吹填法完成 .吹填加载按三级进行第一级至标高4.6m.静压J80天后吹填第2级至标高6.1m再 静压90天后,吹填第3级至标高8.1m,最后静压150天经监测检验各项指标合格后方可进行卸载 工作.为确保吹填速度及质量 ,每级吹填前应

18、先修好分级围堰 ,排水沟和集水井 ,以便堵住吹砂管砂 漉和及时排除吹填积水 ;堤外堆载分级及相应标高与堤内基本相似,但堤外各级堆载均用推填法完成 .推填砂源一部分来自堤内标高4.6m 以上的卸载砂 ,其余大部分由采砂个体户水上转运供给 .推填设 备除推土机和自卸车之外 .后期采用铲运机自装 ,自运和自卸 .简化了工艺也加快了堆载速度 .堤外分 级堆填压载情况见图 5.3.3,5堆场软基加固监测成果按设计要求 .堤内外软基堆载预压过程中 .均须配合沉降 ,孔隙水压力 , 地下水位等项目监测 ;堤外由於靠近码头水工建筑物 ,在压载区外 20m 处尚须布设若干边桩 , 以便监测压载过程中水平位移情况

19、 .在满足静医历时之后 ,卸载前须於现场布设钻孔取样 ,以便检测大 面积软基堆场经堆载预压后 ,淤? l5?1996年10月第5期珠江现代建设总第73期 泥层厚度及其主要物理力学指标变 化情况 .堤内外均各布设三个监测 单元,每个单元均埋设一个沉降 盘,三个孔压测头和三日地下水测 井 ;堤外还增设了 2l 条边桩作为 压载过程中水平位移测点 .以上主 要监测成果表明 :大面积稀软淤泥 地基经采用插打塑料排水板和分级 堆载预压方法加固之后 ,其效果显 着.加固前后主要物理力学指标对比情况参见表 3 及表 4.地基沉降圈 5 堤外分曩压载圈 6 堆载过程中压力变化与孔隙水压力变化见图6表3表4及图

20、6资料表明.堆场经加固处理 后,淤泥天然含水量减小30%.压缩系数降低 100%.十字板剪切强度增长率多数大於 200%.地基沉 降值及孔隙水压力随堆载的递增而稳定增大 ,在整个压载过程中 .未出现地基失稳情况 ,水平位移速率 仅为 07 一 1.5mm/d.4 几点体会4.1 排水板的优点实践表明 .对於面积稀软淤泥地基的理,采用插打塑料排板以排除淤泥孔隙水之采用打砂井方法具明显优点 :排水板施衰3堆场加固11|后淤泥物理力学指标比较物理力学天然天然孔快剪快剪内固结快剪固结快剪压缩压缩指标名称含水量密度隙内聚力摩擦角内聚力内摩角模量系数 及数值 y 比 CCl 一 2口 I 一 2（算术平均值）kN/m3CkPa 度.kPa 度 kPaMPa 0加固前 8015.42.129.04.06.017.012402.2堤内加固后 57.4l6.31.57l6.O2.5l4.1l4.1l8lO1.3加固前 83l5.22.2lO.O4.O7.Ol7.Ol2lO2.9 堤外加固后 58.1l6.41.5623.75.Ol7.5l5.723lO1.O5简便 ,插打效率高 ,施工质量有保证 ,连续性好 ,排水性能可靠 .据本工 程经验 ,插打塑料排水板其造价比打砂井低 20%以上 ,其施工速度比打砂井 ,快一倍以上 .4.2 垫层厚度的选择 排水板顶部疏水垫层