珠三角區域堤壩工程軟基處理

　　珠三角區域堤壩工程軟基處理

　　摘 要：本文通過(guò)分析航道建設堤壩工程軟基處理個(gè)案，探討珠三角區域堤壩工程軟基處理的有效措施。

　　關(guān)鍵詞：堤壩 軟基 處理

　　珠江三角洲軟土廣泛分布，公路、鐵路、碼頭、航道等大型交通基礎設施建設在軟基處理上經(jīng)常遇到一些困難，同時(shí)在不斷的摸索中總結出一些應對方法。

　　通過(guò)案例比對，小結珠三角區域堤壩工程軟基處理的成功經(jīng)驗。

　　1.塑料排水板加堆載預壓法

　　勞龍虎水道航道整治工程堤壩工程中，我們應用了塑料排水板加堆載預壓方式進(jìn)行軟基處理，取得較好效果。

　　1.1地質(zhì)條件

　　在工程區域沿線(xiàn)，以水井角為界發(fā)育兩套地層，并呈不整合接觸，兩側采石場(chǎng)是燕山期侵入黑云母花崗巖，東側為泥盆系泥質(zhì)砂巖，大部分區域被第四紀地層覆蓋。

　　巖基以上覆蓋層主要由表層基土、海陸互相交結的淤泥、淤泥質(zhì)土、局部砂土和殘積的粉質(zhì)粘土、粘土組成，覆蓋層是場(chǎng)地主要基土。

　　場(chǎng)地地基土應力，歷史以正常固結為主，河灘和河床表層浮泥尚未完成自重固結，屬欠固結土，殘積土屬超固結土。

　　場(chǎng)地地下水以孔隙水為主，水量貧乏，深層地下水稍具承壓性。

　　淺層堤基地層中為無(wú)粘性土，不均勻系數Cu>10，一般不會(huì )發(fā)生流土、流沙、管涌等不利影響。

　　場(chǎng)地的抗震設防烈度為6度，可不考慮液化和軟土的沉陷影響。

　　1.2處理方式

　　針對本工程地基土為廣泛分布的淤泥層的特點(diǎn)，我們采用排水固結法處理堤基，分兩級填筑土堤預壓，堤基固結度達到80%后安排陸上拆除舊堤及航道疏浚。

　　同時(shí)在新筑堤及航道疏浚對應的岸坡平臺設置觀(guān)測斷面，埋設邊樁、沉降板、孔壓儀及測斜管等土力觀(guān)測儀器，輔以必要的施工期勘察，根據土體物理學(xué)指標變化及土體的變形速率等數據控制好施工進(jìn)度。

　　完成場(chǎng)地平整并鋪墊50cm砂墊層后進(jìn)行塑料排水板的施工。

　　本工程塑料排水板采用梅花型布置，間距為1.04m，深度為入淤泥層15-20m。

　　1.2.1主要施工方法

　　采用PC-200(或功率相當的)履帶式挖掘機改裝的液壓插板機。

　　插板機套管采用菱形鋼導管，錨靴采用φ10鋼筋及塑料板兩種。

　　(1)放樣布樁：按設計圖紙要求進(jìn)行。

　　(2)樁機就位：插板機就位后，檢查樁端處夾頭，通常情況是夾帶子的位置離帶端部15～20cm，以便拔導管時(shí)不易發(fā)生跟帶，樁尖對準孔位，然后施震沉管，沉管到設計深度。

　　(3)沉管：沉管過(guò)程中注意導管的垂直度，傾斜度不得大于1.5%，導管下沉速度不宜過(guò)快，一般控制在每分鐘4～5m，沉管過(guò)程中絕不能上提。

　　(4)拔管：緩慢勻速拔管，以便讓軟土有一個(gè)縮孔的機會(huì )，使得排水板不易被鋼導管帶動(dòng)。

　　從裝排水板卷的鐵架至鋼管頂部之間的帶子宜稍為松馳。

　　鋼導管拔至砂墊層，并且尖端離砂墊層面約50cm后，將排水板在離砂墊層面大約20cm處剪斷，彎倒后用砂壓住。

　　打設時(shí)回帶長(cháng)度不得超過(guò)50cm。

　　如回帶長(cháng)度超過(guò)50cm以上，須在該位置45cm范圍內補插。

　　插板宜為整板，一般不考慮接板，如確需接板則應采用濾膜內平搭接的方法，搭接長(cháng)度不少于20cm。

　　嚴禁排水板出現扭結、斷裂和濾膜撕破等現象發(fā)生。

　　(5)移機：移機后退打下一根。

　　1.2.2技術(shù)措施

　　(1)排水板質(zhì)量控制：塑料排水板必須具有產(chǎn)品出廠(chǎng)合格證的技術(shù)性能檢定書(shū)，塑料排水板的規格、質(zhì)量和排水性能必須符合塑料排水板技術(shù)參數與要求。

　　到場(chǎng)產(chǎn)品按20萬(wàn)m一批，在監理工程師的監督下，隨機取樣進(jìn)行外觀(guān)質(zhì)量的檢測，每次抽檢5盤(pán);排水板的外包裝應牢固，并確保在運輸過(guò)程中不破損、不露板芯;將排水板展開(kāi)，在全長(cháng)范圍內均勻選取10個(gè)點(diǎn)分別測讀寬、厚的數據，寬度為100mm，允許偏差為±2mm，厚度要大于3.5mm，允許偏差為 +0.5mm;排水板板芯槽齒無(wú)倒伏現象、表面平滑、無(wú)接頭、無(wú)空洞和氣泡、齒槽分布均勻;每盤(pán)排水板濾膜接頭不多于1個(gè)，接頭長(cháng)度要大于20cm;外觀(guān)質(zhì)量檢測完畢以后，再取樣品進(jìn)行檢驗，經(jīng)檢驗合格才使用。

　　塑料排水板必須存放在工地材料倉庫中，以防止日曬雨淋加速材料老化。

　　(2)接板控制：打入地基的塑料排水板應為整板，需接長(cháng)時(shí)，必須滿(mǎn)足搭接要求，芯板平搭。

　　長(cháng)度不夠需要接長(cháng)時(shí)，按如下方式進(jìn)行：將板濾膜剝開(kāi)，使芯板對插塔接，并將濾膜重新包好，裹緊后用鐵絲或塑料繩穿扎牢固，或者用專(zhuān)用釘書(shū)機釘牢。

　　接長(cháng)時(shí)塑料板上扎穿的孔眼不應在板芯的同一條排水槽中;每根接長(cháng)板只允許一個(gè)接頭，且搭接長(cháng)度不小于20cm。

　　接長(cháng)板要分散使用，相鄰板應無(wú)接頭;接長(cháng)板的使用量不能超過(guò)打設總根數的10%。

　　(3)排水板測量定位：在每一施工機械打設范圍內布撒灰點(diǎn)或插竹片，確定打設位置，測量定板位誤差不大于±100mm;移動(dòng)插板機，使樁管尖中心與灰點(diǎn)中心重合，即可下插排水板;插扳機定位時(shí)，管靴與板位的偏差控制在±50mm范圍以?xún)取?/p>

　　(4)垂直度控制：盡量確保插板機底盤(pán)水平接地或與水平面平行，在插板機上安裝施工記錄儀，嚴格控制垂直度，保證插板機樁管在插板時(shí)與地面垂直，偏差不大于1.5%。

　　(5)深度控制：按允許偏差±50mm來(lái)嚴格控制排水板打設高程。

　　施工時(shí)以施工至中粗砂層頂面為原則，并將排水板末端0.5m的濾膜剪除，保證與中粗砂墊層形成暢通的排水通道。

　　(6)回帶控制：在施打排水板時(shí)，當套管打到預定深度后，宜稍加停留，然后均勻提升，以減少回帶，切不可拔管過(guò)快。

　　套管上撥時(shí)應垂直起吊，以防止帶出和頂壞芯板，若有超過(guò)5%的塑料排水板在打設時(shí)產(chǎn)生回帶，且回帶長(cháng)度超過(guò)50cm，應立即停止施工檢查原因，可采取調整樁靴形狀等措施來(lái)減少回帶，并且按要求采取補打措施。

　　另可據施工現場(chǎng)情況測定代表性的回帶量，實(shí)施超設計深度打設，從而保證排水板進(jìn)入設計深度的土中。

　　(7)數量控制：施工時(shí)要防止漏插的現象，檢查并記錄每根排水板的施工情況，符合驗收標準無(wú)誤后，方可打設下一根，否則，需在鄰近板位處補打。

　　(8)質(zhì)檢：監理單位人員須全程旁站，施工單位在每臺插扳機配備一名質(zhì)檢員檢查、記錄每根排水板的施工情況，打設完畢剪板后全面檢查板位誤差、垂直度、打設深度、外露長(cháng)度、回帶等情況，確保符合驗收標準并記錄后方可移機打設下一根，發(fā)現打設不合格時(shí)及時(shí)在該板位45cm內補打。

　　完成排水板施工后，工程進(jìn)入堤基的預壓沉降固結階段，采用兩級加荷，中間間歇一個(gè)月，通過(guò)沉降穩定觀(guān)測及固結強度和沉降量的檢測計算，分析確定堤圍的安全穩定系數和極限填筑高度。

　　經(jīng)過(guò)7個(gè)月固結度達到50%，經(jīng)1年固結度為60%，經(jīng)2年的固結度已達80.5%，固結效果較為理想，堤壩沉降量控制在設計預計范圍內。

　　2.碎石樁工藝試樁和效果檢驗

　　西江下游航道整治工程橫坑裁彎切咀工程中，我們在上彎段筑堤工程進(jìn)行82根碎石樁工藝試樁和效果檢驗。

　　本工程與勞龍虎水道航道整治工程地域相距不到20km,地質(zhì)條件基本相同，試驗中采用多種粒徑碎石進(jìn)行對比，按正三角形布置，樁徑為1m和1.5m，樁距為2m 和1.5m兩種，樁長(cháng)為13～15m，并進(jìn)入粘土層0.5m。

　　通過(guò)工藝試樁檢測，我們確定碎石樁施工控制參數：a.碎石粒徑以φ5～10cm為主，應大于50%;b.水壓550～600kpa,水量20～30m3/h;c.造孔速度1～2m/min;d.清孔次數2～3次;e.每次填料量0.5 m3;f.每次提升高度0.3～0.5m;g.留振時(shí)間10～20s;h.密實(shí)電流45～60a;i.充盈系數1.7～1.8等。

　　我們在試樁及檢測中發(fā)現一些問(wèn)題較難控制，且造價(jià)偏高，導致放棄該項軟基處理方案。

　　(1)碎石樁施工是一種質(zhì)量控制要求較嚴格的地基處理方法，尤其是采用懸吊式施工，對樁的垂直度、偏位都沒(méi)有保證。

　　其質(zhì)量不僅由施工參數控制，還需要施工隊伍有良好的責任心及質(zhì)量意識。

　　(2)在試驗中，1.5m間距碎石樁施工塌孔現象比較嚴重。

　　主要原因是樁不偏位、不斜孔的前提下，樁土間距有40～50cm，在施工過(guò)程中很難保證振動(dòng)器一直在同一位置，且斜孔現象也普遍，原本比較軟弱的樁間土在水沖擾動(dòng)下更軟弱，塌孔現象難以避免，從而造成樁體碎石松散，樁體強度降低。

　　從直剪試驗結果表明，φ1500mm復合地基抗剪強度偏低，數據離散性較大。

　　(3)軟土強度低，對碎石樁的約束力較小，成樁較困難，且樁對土體不僅沒(méi)有擠密作用，反而使土體受到擾動(dòng)，強度降低，短期內實(shí)際上只起置換作用，因此必需選擇較大的置換率。

　　3.攪拌樁試驗、檢測和應用

　　我們在西江下游航道整治工程下彎段筑堤中進(jìn)行攪拌樁試驗、檢測和應用。

　　3.1攪拌樁試驗和檢測

　　攪拌樁直徑0.5m，樁距0.8m，呈等邊三角形布置，試驗分5組，每組3根,固化劑為C25號普通硅酸水泥，施工水泥用量分別為43kg/m、50kg/m、60kg/m。

　　由于攪拌樁工藝較成熟，本節不作描述，主要介紹檢測和結論。

　　樁體七天齡期與原狀土N10輕型動(dòng)力觸探及標準貫入對比試驗，原狀土試驗位置于每組樁旁。

　　(1)N10輕型動(dòng)力觸探試驗采用25mm鉆桿、10kg穿心錘，落距50cm，連續進(jìn)行觸探索，記錄每打入土層30cm的錘擊數。

　　4M清孔，以下每觸探2m后清孔試驗(成果見(jiàn)表1)。

　　(2)N63.5標準貫入采用42mm鉆桿、63.5kg穿心錘和標準貫入器。

　　貫入時(shí)穿心錘落距76cm，使其自由下落，將貫入器豎直打入土層15cm后記錄30cm擊數(成果見(jiàn)表2)。

　　樁體與淤泥膠結的水泥土(7天齡期)與原狀土N10輕型動(dòng)力觸探表明，水泥用量50 kg/m的水泥土強度及強度增長(cháng)率略低于43kg/m和60 kg/m的水泥土，60 kg/m的水泥土強度增長(cháng)率最大。

　　樁體與淤泥膠結的水泥土與原狀土N63.5標準貫入表明，水泥用量50 kg/m的水泥土強度及強度增長(cháng)略高于其他兩種。

　　3.2樁體(28天齡期)抽芯檢測成果

　　表3數據表明:對于與淤泥膠結的水泥土(28天齡期后)，水泥用量低的水泥土物理指標略?xún)?yōu)于水泥用量高的水泥土，不同水泥用量的水泥土力學(xué)指標平均值差異不大。

　　3.3單樁復合地基載荷試驗(28天齡期后)

　　我們運用相對變形法測定50 kg/m和60 kg/m水泥用量復合地基承載力基本值為130kpa和140kpa，數據顯示兩組不同水泥用量的復合地基承載力基本值差異不大。

　　通過(guò)試驗，我們制定水泥攪拌樁施工相關(guān)指數指導施工，實(shí)踐證明采用攪拌樁處理軟基后，地基強度在短期內得到大幅提高，對完工2年的觀(guān)測反映堤壩沉降控制在設計預計值的下線(xiàn)內，堤壩穩定、安全，滿(mǎn)足使用要求。

　　因此，該項工藝是快速有效的軟基處理方式，但造價(jià)偏高，在后續的工程中我們只作后備應急使用考慮。

　　4.結語(yǔ)

　　軟基處理方法宏觀(guān)上劃分為強夯法、復合地基和排水固結三種形式，至今未有一種方法能一勞永逸解決軟基問(wèn)題，每種方法均有優(yōu)缺點(diǎn)，須根據工程荷載、工況條件、工期、造價(jià)等因素選定最合適的方案。

　　我們在珠三角地區的堤壩工程中選用排水板固結法，主要是考慮其經(jīng)濟性和環(huán)保性，符合低碳、綠色航道的發(fā)展目標，實(shí)踐證明該方法能達到使用目的，效果良好。

　　但排水固結軟基處理方法的發(fā)展，依然需進(jìn)一步解決加快固結速度及減少工后沉降等問(wèn)題，并深入研究軟基固結變形機理規律，軟土由深部到淺部固結度的變化，不斷提高排水固結法的應用研究水平。

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