连云新城围海造地陆域形成及地基处理施工技术研究

1、连云新城围海造地陆域形成及地基处理施工技术研究 中图分类号：tu74 文献标识码：a 1、绪论 前言 我国沿海地区人口密集，经济发达，随着城市化进程的不断深入，土地需求数量持续增加，土地资源的供求矛盾将会日渐突出。围海造陆和滩涂开发用于城市建设和工业生产，为解决土地稀缺问题和利用沿海丰富的海涂资源提供了有效的途径。珠三角、长三角、环渤海以及连云港、温州、厦门、天津等地区“十一五”期间都进行了大面积围海造陆工程。目前围海工程一般都进行围海施工并在吹填后进行软基加固处理，因此工程面临解决的首要问题是选择何种适合的施工技术方案在满足质量、工期要求的同时进一步节约投资成本。连云港连云新城是典型的围海造

2、地项目，其低透水性、高含水量的淤泥性质具有很强的代表性。本文希望通过对该项目施工技术的研究，从施工细节入手为类似项目提供参考借鉴。 研究背景 2005年，连云港市政府组织了东部滨海发展战略规划国际咨询，提出了连云港空间发展思路“城市东进，拥抱大海”，调整了城市空间发展方向。根据2007年连云港市城市总体规划（20072020）纲要及连云港海滨新区分区规划（2007-2020），连云港将按照“一心三极”（如图1-3、图1-4所示） 的空间布局，实施东进战略。“一心”就是在浅海滩涂上兴建一个48.88平方公里的全新的滨海新区（2009年后更名为“连云新城”，以下简称“新城”）。 图1-3远景“一心

3、三极”空间结构图图1-4海滨新区功能区位图 图1-5 海滨新区位置图 工程地质 工程范围内所揭示的地层上部为淤泥及淤泥质粘土层，该层分布稳定，揭露层厚大（9m14m），为海湾缓慢流水条件下的沉积物。淤泥及淤泥质粘土均为欠固结土，呈絮状结构。其特点为高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度、弱透水性、变形量大。 地基处理难点 勘区上部地层主要为淤泥及淤泥质粘土。该土层物理力学性质劣差，不宜直接做为围堰基础的持力层。建议围堰基础施工采用爆破填石挤淤方案时，选择第层粘土做为围堰基础的持力层。吹填区上部淤泥及淤泥质粘土层厚度较大，承载力低，不能满足上部荷载的要求，在长期地面荷载作用下被压缩变形，可产生大量

4、地基沉降，特别是地基的不均引起的不均匀沉降问题更加突出。建议采用堆载预压法或真空预压进行地基处理。 主要研究内容 本文希望通过对连云港海滨新区连云一期基础设施陆域形成项目在爆破挤淤围堰之后的吹填及地基处理施工技术的研究，总结高含水量、超低渗透性的淤泥性质情况的真空预压软基加固施工技术，为类似工程提供有益借鉴。 本人在该项目先后担任施工方项目副经理及业主方工程部经理，主要负责施工管理及现场协调工作。 陆域形成及地基处理施工 陆域吹填 施工方法 泥浆泵吹填 泥浆泵吹填淤泥在海滨新区胜利湖清淤工程中取得了较好的效果。泥浆泵吹填对水深的要求较小，不受围堰的限制，也可使用泥浆泵开挖基坑，方便绞吸船进入施

5、工。 绞吸船吹填 采用300m3/h左右、吃水小于1m的绞吸船。考虑到风浪原因，部分采用1000m3/h左右沿海船型绞吸船。 图4-2 绞吸式挖泥船 地基排水系统施工 铺设土工布、土工格栅 土工布采用长丝机织土工布。 吹填完成后，要对吹填土进行45个月的晾晒。待淤泥表面晒干到可上人行走时才开始铺设土工布和土工格栅。 土工布和土工格栅采用人工铺设，先铺设一层180g/m2编织土工布，再在土工布上面铺设一层土工格栅。 图4-3土工布铺设及拼接 质量控制措施 土工布的连接强度和土工格栅的连接强度不低于其本体强度。土工布的拼接采用手提工业缝纫机缝合，采用包缝或丁缝，搭接宽度500mm。可在现场临时用地

6、上预先将土工布缝接成满足需要大小的大幅土工布。土工格栅块与块之间拼接采用厂家专用的连接铆钉或尼龙绳进行现场连接。 回填砂垫层 铺设完土工格栅、土工布后，需在加固区上铺设一层厚1m的砂垫层。砂垫层既是真空预压水平排水层，又是插塑料排水板的施工垫层。 材料要求 根据塑料排水板打设平面布置图（ey07-js27-sg-zt-06-02），砂垫层采用透水性好的中粗砂的海砂或淡水砂，要求含泥量3%，渗水系数210 2cm/s。 施工质量要求 本工程砂垫层厚度为1m。根据港口工程检验质量评定标准排水砂垫层厚度允许偏差为h/10100mm。砂垫层铺设前应设立标杆，施工后要测定期厚度。 砂垫层铺设 砂垫层是预

7、想采用小型机械进行摊铺的，但小型机械上去后，淤泥面上的承载力太低，导致经过晾晒的淤泥起拱呈丘陵状。而且随着小型机械多次往返，淤泥的起伏落差也在加剧。后改用人工进行摊铺。从围堤边划分好每人负责的宽度，一般是23m范围，铺上竹排，用小车装砂，人工推车向中心区域摊铺。施工效果比较好，土工布下面的淤泥没有明显的起拱，砂垫层的平整度也得到了有效的控制。 图4-3 人工铺设砂垫层 打设塑料排水板 本项目采用真空预压法处理地基。根据塑料排水板打设平面布置图（ey07-js27-sg-zt-06-02），竖向排水通道采用b型塑料排水板，其各项指标应符合塑料排水板质量检验标准（jtj/t25796）。塑料排水板

8、正方形布置，间距1.2m。 施工流程 塑料排水板施工是紧接着砂垫层施工后进行的重要工序。塑料排水板施工工艺流程见图4-4。 图4-4塑料排水板施工工艺 施工方法 施工准备 塑料排水板间距和底标高 根据塑料排水板打设平面布置图（ey07-js27-sg-zt-06），塑料排水板正方形布置，间距1.2m。排水板底标高为11.2m18.4m（1985年国家高程基准），排水板底标高和深度分界线见塑料排水板打设平面布置图。 测量放样 施工前，用全站仪或rtkgps对各区分界线和纸板深度分界线进行放样。插小旗或打下木桩做为各区分界线和纸板深度分界线的控制点，并在小旗或木桩上为控制点标志编号。 塑料排水板进

9、场 在塑料排水板进场前，需检查其厂家产品合格证及质量检测报告。不同批次生产的排水板应分批次检验，同一批次生产的排水板按每20万m检验一次。抽样送监理工程师认可的质检单位进行质量检验。待检验合格并报监理工程师审批同意后方可使用。 施工人员、机具进场 安排施工人员及液压式插板机进场。 工地临时仓库 在各施工单元块附近搭建工地临时仓库，贮放排水板等材料。 施工机具 本工程计划投入78台液压插板机（单机施工能力约为8000m/d）进行塑料排水板施工。根据工期计划，合理调配使用。 施工步骤 塑料排水板的施工将严格遵守规程的要求，并按以下施工步骤进行实施： 在已放样确定的各加固块范围内，用全站仪和钢尺按正

10、方形布置、间距1.2m测放出塑料排水板打设板位（测放误差控制在30mm以内），考虑到边角处需进行搅拌墙施工，所以边角处排水板可根据实际情况向内作适当调整，并用竹签或排水板芯等插入砂垫层作标记。 插板机移机定位，安装排水板桩靴。施打作业时，插板机的桩靴落地定位由插板机驾驶员在控制室内控制，其误差控制在70mm范围内。 塑料排水板均按正方形布置，间距1.2m。施工操作人员根据安装在插板机上的金属活动垂针和刻度盘，控制桩管下插时的垂直度偏差不得大于1.5%。 上拔桩管至桩管下端高出砂垫层面50cm。上拔桩管时，施工人员应仔细观察排水板有没有回带现象，若回带长度超过50cm，则在板位旁45cm处补打一

11、根。 切割排水板，控制排水板在砂垫层顶面以上的外露长度为20cm，并将露出部分弯折埋入砂垫层中。 移机进行下一根排水板施工。 在排水板施工过程中，要派专人做好施工原始记录（见记录表），以备抽查。 各分块塑料排水板施工完成后，进行自检，待自检合格后再上报监理工程师验收。一个区段的塑料排水板验收合格后，要及时用砂料回填打设时在排水板周围形成的孔洞，并将排水板头埋置于砂垫层中。 打设完塑料排水板，进行有关观测仪器埋设。 图4-5塑料排水板打设及间距检查 真空预压施工 真空预压面积及要求 本工程真空预压面积为112万m2，在大范围地基加固前首先进行了100亩的地基处理试验。根据初步设计本工程地基加固平

12、均固结度75%。真空预压完成后，场区地面高程为2.1m（含1米砂垫层）。 根据连云港的实践经验，真空预压时间为6个月。一般要求真空度稳定在80kpa以上、实测地面沉降速率连续4天的平均沉降量小于2mm/d时，可停泵卸载。 真空预压施工工艺流程 真空预压施工工艺流程见图4-6。 图4-6真空预压施工工艺流程 真空预压典型断面图 真空预压典型断面图见图4-7。 图4-7 真空预压典型断面图 真空预压工艺与施工方法 真空预压施工的原理是将软基处理区域作为一个密封体，通过真空泵负压源将土体中的孔隙水和空气抽排出加固体，提高地基承载力。因此，对每一道工序要精心组织，按照设计要求和技术规范进行施工，施工阶

13、段可细分如下： 滤管制作 设计文件中主管、滤管均采用76mmpvc硬塑料管，壁厚1.2mm。在滤管壁上每隔5cm钻一孔径为10mm的小孔，制成花管，在花管的外面先包一层尼龙窗纱布，然后再包一层无纺土工布作为隔土层，这样滤管便制成。包裹滤管的土工布抗拉强度要6kn/m，0950.21mm，单位面积质量为300500g/m2，渗透系数kg10-3cm/s，应无破损并包扎严密。 实际施工过程中发现目前流行推广的柔性滤管更能适应不均匀沉降，因此建议主、滤管均改用63mm柔性波纹滤管，主、滤管之间用pvc四通连接。设计单位也采纳了此建议。 埋设真空管路和膜下测头 主管布设间距不大于30m，滤管布置间距不

14、大于5.0m，呈框格形布置。主管、滤管埋于砂垫层顶面下300mm处。按每个预压区的设计尺寸，先将滤管摆设好并连接好，接头处用铁丝绑扎牢固，然后在管路旁边挖滤管沟，沟深约20cm，然后一边挖沟一边埋管入沟，入沟深度约15cm，并用中、粗砂填平。管间连接应用骨架胶管套接，套接长度不小于100mm，并用铅线绑扎以确保牢固，为防止铅丝接头刺破密封膜，铅丝接头应朝下埋入砂层。在铺设过程中要确保滤管上的滤膜不被破损，出膜处采用无缝镀锌钢管和接头相连接，垂直伸出膜面约30cm。 图4-8柔性波纹滤管及pvc四通连接埋设 图4-9真空预压管路布置图 膜下测头制作：膜下测头即膜下真空度测量采气端，采用硬质空囊（

15、可采用椰子汁罐及硬质铁罐头盒等），钻以花孔，外包无纺布，将真空表集气塑料细管插入空囊中并固定即可。真空测头布设在两条滤管平行距离的中间，位置靠加固区边部位且离开加固区边界不小于5m，按约800平方米一个点均布，真空细管另一端从密封膜引出，制成喇叭口和真空表相连接，以直观反映膜下真空度。 场地整平 为防止抽真空过程中真空膜被硬物刺破，埋好真空管后，需将外露的塑料排水板头埋入砂面以下，将插板时形成的孔洞填实，并将面层的淤泥块和所有有棱角的硬物捡开，用铁铲将砂面拍抹平实。 铺设密封膜 密封膜采用三层聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，根据各预压区实际长度每边各增加7.5m订购密封膜，密封膜在工厂热合一次成型。

16、选择无风或风力较小的时间内，分三层铺设。先将密封膜按纵向摆放在预压区的中轴线上，从一端开始向两边展开，铺好后应在膜上仔细检查有无可见的破裂口，一般破裂口多出现在密封膜接缝处，破裂处应及时用聚乙烯胶水补好。检查无缺陷后即可进行第二层密封膜铺设，两层膜的粘接缝应尽量错开。出膜口应留有可收缩富余的密封膜。所有上膜操作人员必须光脚或穿软底鞋，以防止刺破密封膜。 图4-10 铺设密封膜 密封沟及密封处理 确保真空预压密封膜完全密封，需要开挖密封沟。沿着围堤边的密封沟，因为靠近围堤，需要挖得深一些和宽一些，采用挖掘机开挖，深2m左右，宽3m左右；其它边上的密封沟，因为下面是淤泥，可以浅一些和窄一些，则用人

17、工开挖，深约1m，宽约1.5m。密封沟开挖完成后，将密封膜埋入密封沟下。用袋装泥将密封膜压实。 修筑蓄水围堰 为减少真空膜的老化、增加密封效果以及增加堆载预压，可以修筑蓄水围堰。待真空度提高后，确认膜上无漏气孔洞后，为减少真空膜的老化，在膜上覆一层水膜，要求水膜能将所有外露薄膜全部覆盖，并在预压期进行维护。压膜沟回填面应低于膜面1020cm，以便抽真空过程中保持压膜沟内湿润。在压膜沟上或外围20cm处人工修筑高50cm、宽50cm的粘土止水围堰，以便在抽真空过程中抽出的地下水排向加固区面形成3040cm蓄水，形成水膜并作为补充荷载。如水量不足，可用水泵抽取场地外的水源加以补充，以满足在膜下真空

18、度达到80kpa时，膜面蓄水高度同时达到3040cm。考虑到真空预压对周边土体的变形影响以及抽出的地下水可能对周边环境的影响，安排现场人员全天候值班巡查，并采取防范措施保证围堰稳固、密封。 因设计无修筑蓄水围堰的要求，是否修筑有待监理、设计单位和业主确认。 安装真空泵 本次选用的抽真空装置为自行研制改进的is型真空泵系统，功率大于7.5kw，空抽时可达到100kpa的真空吸力，能满足真空预压的要求。真空泵的布设数量和位置见真空预压管路布置图。一般情况下，每个真空泵的有效处理面积不大于1000m2来设置各个预压分区真空泵的套数，同时每分区准备至少4套备用真空泵。安装时将真空泵水平放置在加固区上面

19、，真空泵进水口和出膜口保持同一平面，以保证真空泵能发挥到最大功效。真空泵与主管连接的管路中设置止回阀和截门。 真空预压抽气 安装好真空泵系统（将水泵、水箱、闸阀、截止阀、出膜口连接好）后，将电工房配电箱真空泵处漏电开关盒真空泵的电路接通后，空载调试真空射流泵，当真空射流泵上真空度达到98kpa以上时，试抽真空。抽真空前几天安排经验丰富的人员在膜面上、压膜沟处仔细检查有无漏气处，发现后及时补好。一般在抽气时，漏气孔眼会发出鸣叫声，循声彻底检查。如漏气孔眼得不到及时补救，蓄水后真空度很难达到80kpa，而且需放水检查，难度很大。逐台检查真空泵系统连接处，要保证在关闭闸阀的情况下，泵上真空度能达到9

20、8kpa，以确保真空泵系统发挥最佳功效。 开始阶段，为防止真空预压对加固区周围土体造成瞬间破坏，必须严格控制抽真空速率，可先开启半数真空泵，然后逐渐增加真空泵工作台数。当真空度达到70kpa以上，经检查无漏气现象后，开始膜面蓄水，开足所有泵，将膜下真空度提高到80kpa。此时，通知监理工程师验收并开始恒载计时。 每天现场值班人员按要求时间，对真空度予以记录，并对设备运转情况、供电情况及其他真空预压施工情况均要进行详细记录。 图4-11 真空泵安装及试抽 施工期排水 在真空预压施工过程中，大量的地下水被抽排出，我们计划在加固区四周开挖排水明渠，抽排出的地下水通过砂包袋护坡处的排水管排放至排水明渠

21、，通过排水明渠将水排至东面海域。 常规事故处理措施 这里的常规事故是指膜下真空度无法达到80kpa，或已达到80kpa后降下来，很难再恢复到80kpa的情况，通常采取以下处理办法： 密封膜损坏，在抽气过程中会发出鸣叫声，寻声找到漏气处进行补救。如密封膜面有许多细微孔眼，可在密封膜上覆盖一层淤泥浆进行密封。 射流泵功效不足，检查水泵叶轮是否有杂物堵塞，射流腔及喷嘴有无损坏，并保持射流腔和出膜口在同一平面。 如是出膜口漏气，采用塑料薄膜重新包扎，并用粘土覆盖。 如覆盖水膜后发现密封膜破坏，可在漏洞处铺设一块较大塑料薄膜并用淤泥盖住，加压砂包袋。 确保真空度达到80kpa的技术措施 为确保膜下真空度

22、达到80kpa以上，需要采取以下措施： 密封沟：密封沟的深度必须达到设计要求，开挖后必须马上铺密封膜并压砂袋，以免周边的砂和泥回填。压袋的标高必须与砂垫层持平。 密封膜：密封膜的质量是保证真空预压成功的关键，我们采用0.12mm的吹塑密封膜，经过我们多次的实践，以及在南沙港软基处理工程使用证明，该密封膜质量稳定，表面沙眼少，强度高，对真空预压的密封有很好的保证。 真空泵：我们采用的是新型7.5kw的is型单体水泵，传送过程损耗少、效率高、体重轻、拆装方便，空载时泵上真空度能够达到100kpa，同样在南沙港软基处理工程中应用，膜下真空度达到90kpa以上，应用得非常成功。 砂垫层：砂垫层是真空预

23、压的水平排水层，必须保证畅通，所以要求砂垫层的含泥量不大于5%，粒径要求是中、粗砂。在施工过程中必须对砂垫层进行抽检，每个施工小区抽检两组，确保不合格的砂不进场。 本章小结 与景观水域的开挖相结合的吹填施工在开工前必须做好土方平衡计算，施工过程中采取相应措施提高开挖及吹填的平整度。 真空预压加固软基需从控制原材料质量着手，不放过砂垫层、排水板、密封膜、抽真空等任何一个环节，才能最终达到预期效果。 施工质量检测 地基处理试验区 监测项目及检验内容 为了保证设计要求的加固效果，必须建立完整有效的监测及检测体系，本工程加固效果检验内容主要包括两部分，第一部分为真空预压过程中的动态监测，主要通过加固前

24、在地基中预埋的仪器来完成，包括地表沉降观测，分层沉降观测、孔隙水压力观测和深层水平位移观测等；第二部分为真空预压施工后的加固效果检测，主要包括加固前后原状取土及室内试验、现场十字板剪切试验和载荷试验。 通过上述监测及检测手段的实施，可以保障加固施工的质量，并且通过对监测和检测资料的综合分析，对地基的加固效果作出正确的评价。 本工程在大范围地基加固前首先进行了地基处理试验，试验区分为a-3、a-4、a-5三个区（见图5-2），a-3区面积为27485.4平米，a-4区面积为27107.1平米，a-5区面积为10439.1平米。各区均为施打塑料排水板+真空预压法进行地基加固。 图5-2 地基处理试

25、验区位置图 按照设计要求，试验区内的监测仪器和检测项目平面布置图见图5-3和图5-4，完成的监测及检测工程量见表5-2。 表5-2监测及检测项目工程量 图5-3 试验区监测仪器布置图 图5-4试验区检测项目布置图 监测结果及加固效果分析 通过对各施工区预压全过程的监测，掌握了在施工过程中地基土的地表沉降、深层分层沉降、深层水平位移和孔隙水压力的变化情况。现将各项监测、检验结果分析如下 沉降分析 地表沉降 各区地表真空预压期内沉降观测曲线见附图4-6。根据公式（1）（3）推算地基土的固结度，该固结度可反映出地基的总体加固效果。 （1） （2） （3） 式中：、-待定系数； -某时刻沉降固结度；

26、-满载时地基沉降量； -某时刻沉降量； -最终沉降量； 表5-3中的数据为根据预压荷载作用下产生的沉降推算的最终沉降量和固结度。从表中可以看出，由地表沉降推算三个区的固结度满足设计提出的达到75%的要求。 表5-3真空预压期地表沉降固结度分析 图5-5 a3、4、5区地表沉降时间曲线 深层分层沉降 打设塑料排水板后，按设计要求，在a3、a4区每区各埋设了4组深层分层沉降仪，a5区埋设了2组深层分层沉降仪，监测各层土的压缩量和推算土的固结度。在地基加固期间，各区深层分层沉降仪测得的地表总沉降量为146.7cm209.5cm，由分层沉降监测数据推算的各区平均固结度为75.176.6。各区的深层分层

27、沉降仪观测曲线以区域中心位置f2数值为例，如图5-6所示。 图5-6 a-3、4、5区f2深层分层沉降时间曲线 孔隙水压力 打设塑料排水板后，分别在四根排水板所围区域的中心位置按设计要求在不同深度埋设孔隙水压力测头，用以监测真空预压施工期间土体内部孔隙水压力消散情况。根据观测数据绘制孔隙水压力变化曲线，各区孔隙水压力变化曲线以区域中心位置k2数值为例，如图5-7所示。孔隙水压力消散值见表5-4。 从表中可以看出，a3区表层两个测头消散值偏低，其他各区除个别点外，消散值均大于50kpa。 表5-4各区孔隙水压力消散值 图5-7a-3、4、5区孔隙水总压力消散值时间曲线 深层水平位移观测 真空预压

28、预压期间在加固区外侧埋设测斜管以便观测加固区外的土体位移情况。各加固区的深层水平位移深度关系曲线见图5-8。 观测结果表明：预压加固过程中，区外土体向加固区内侧发生了水平位移，最大水平位移为274.4652.5mm，最大水平位移主要发生在地表附近。各加固区深层水平位移最大值汇总表见表5-5。 图5-8深层水平位移时间关系曲线 表5-5 深层水平位移结果汇总表 加固效果分析 通过加固前后室内试验和十字板强度结果对比可以看出，预压加固后各加固区的土体含水率、孔隙比变小，而密度和剪切强度均有所提高。 淤泥的十字板剪切强度平均由加固前的11.8kpa增长到加固后的21.6kpa，粘土层的十字板剪切强度平均由加固前的37.2kpa增长到加固后的44.0kpa。加固前后十字板抗剪强度对比结果见图5-9。 图5-9加固前后十字板强度对比图 载荷试验数据分析