真空預壓處理人工填島高含水量淤泥地基

1、 PAGE 11#島DF區(qū)真空預壓工藝處理淤泥技術工程概況1.1 概述1號島環(huán)島堤（A區(qū)、G區(qū)、H區(qū)）內(nèi)吹填施工于2013年9月完成，吹填物料基本為淤泥質土，吹填面積約72公頃，目前泥面標高約3.5m。1號島（D、F部分區(qū)）吹填砂質土和淤泥混合區(qū)，進行地基處理面積約為85公頃。 D區(qū)及F區(qū)地基處理前場地標高約為6.5m7.0m，局部區(qū)域有積水，出露水面部分經(jīng)太陽暴曬，出現(xiàn)龜裂。 圖1.1 D、F區(qū)預壓前狀況1.2 工程地質 根據(jù)野外鑒別、原位測試結合室內(nèi)土工試驗成果，在鉆探深度范圍內(nèi)揭露地層共分為4個工程地質層，即沖填土（1流泥、2淤泥質粉質粘土混細砂、3粗砂）、珊瑚碎屑、粉質粘土、粉質粘土，

2、其綜合地層柱狀圖如下表1.1所示：工程地質綜合柱狀圖 表1.1地層地層代號層序號厚 度范圍值(m)厚 度平均值(m)層 頂埋 深（m）層 頂高 程（m）地層剖面示 意土層名稱系統(tǒng)第四系全新統(tǒng)Q4ml16.1012.008.560.000.005.916.20沖填土（流泥）29.3011.3010.050.000.005.906.38沖填土（淤泥質粉質粘土混細砂）35.1010.607.620.000.004.706.20沖填土（粗砂）Q4m0.303.401.845.1012.00-5.800.81珊瑚碎屑下更新統(tǒng)Q1m0.608.204.167.2014.00-7.80-1.89粉質粘土第三

3、系上新統(tǒng)N2m未鉆穿最大揭露21.90m未鉆穿8.8019.30-13.12-4.00粉質粘土1.3 地下水和地表水擬建場地淺層地下水含水層系賦存于1流泥、2淤泥質粉質粘土混細砂、3細砂、珊瑚碎屑中的孔隙型潛水及各粘土層中的少量孔隙型潛水。以海水補給為主，水量豐富，場地地下水與海水水力作用聯(lián)系較緊密。實測鉆孔地下水穩(wěn)定水位埋深為0.000.40m，高程4.706.38m。根據(jù)巖性、室內(nèi)土工試驗分析，1流泥、2淤泥質粉質粘土混細砂、粉質粘土、粉質粘土屬弱透水層，3粗砂、珊瑚碎屑屬強透水層。1.4 地層沉降影響分析場地產(chǎn)生沉降的主要地層為近期吹填的1流泥、2淤泥質粉質粘土混細砂，吹填層在自重及后期

4、使用荷載壓力下，將產(chǎn)生較大沉降。該沉降對DF區(qū)的地坪及道路等將產(chǎn)生如下影響：道路、管線等沿線較長，主要受土體不均沉降的影響。道路在使用過程中，在車輛荷載等的作用下以及欠固結土體的自沉作用，使土體產(chǎn)生不均勻沉降，造成路面崎嶇不平，開裂等現(xiàn)象，在遇有地層變化較大的部位，會出現(xiàn)較大的不均勻沉降，這種沉降使管線等易錯位斷裂，維修困難。場地上方使用功能各異，出現(xiàn)不均勻沉降將導致地面沉陷、開裂。由于軟基沉降的巨大危害，應該在吹填造地期選擇合理的軟基處理方法，完成土體的主要固結沉降，以減少后期沉降對場內(nèi)設施及管線等運營的危害。 地基處理要求真空預壓后場地使用要求和主要技術要求如下：使用均布荷載2t，工后25

5、年最大殘余沉降量50cm，平均殘余沉降量30cm；交工面地基承載力60kPa；處理深度：原灘面開始到現(xiàn)場面層； 總工期：360日歷天完成軟基處理，節(jié)點工期：自開工令下發(fā)后180個日歷天完成淺層處理，a港池右半部分及b港池優(yōu)先進場施工軟基處理，開工后165個日歷天具備港池開挖條件。真空預壓加固工藝2.1 原理真空預壓法加固軟基，是把大氣作為荷載，在抽氣前，薄膜內(nèi)外都受到大氣作用，土體孔隙中的氣體與水都處于大氣壓力，抽真空后，薄膜內(nèi)的水氣被抽出，其壓力下降，薄膜內(nèi)外形成一個壓力差，使薄膜緊貼在地面上，此壓差稱為“真空度”，真空度通過豎向排水通道逐漸向下延伸，同時向其四周的土體傳遞與擴展，引起土中孔

6、隙水壓力降低，形成負的超靜孔隙水壓力。真空預壓法加固的全過程是總應力沒有增加，有效應力是通過降低的負孔隙水壓力轉化而來，使土體形成向內(nèi)收縮的應力球。土體就在該有效應力作用下得到加固。如圖3.1。圖3.1 真空預壓加固機理示意圖2.2 工藝流程2.3 分區(qū)將擬處理的場地劃分為DF1、DF3區(qū)2個區(qū)。由于本場地DF1、DF3區(qū)現(xiàn)場浮泥較厚，本次設計先在表層浮泥面上鋪設底層TGSG20-20土工格柵，在土工格柵鋪設完畢后其上鋪設一層200g/土工布，土工格柵和土工布用于提高場地的整體性，防止砂墊層沉陷入浮泥中。土工布鋪設完畢后，其上均勻鋪設一層50cm中粗砂墊層，作為水平排水層，中粗砂含泥量5%。砂

7、墊層鋪設完畢，強度滿足機械施工時，采用機械插板，并進行抽真空。DF1區(qū)面積為8838，采用有砂墊層的真空預壓法，砂墊層厚度50cm，機械插板，插板深度1-5m，豎向密封系統(tǒng)為密封溝，真空恒載預壓3個月。DF3區(qū)面積為698166 ，擬處理深度為7-11.5米，表層為1流泥，采用有砂墊層的真空預壓法，砂墊層厚度50cm，采用機械插板，恒載抽真空3個月。共用分區(qū)線及粗砂區(qū)交界線位置，設置淤泥攪拌樁密封墻。淤泥攪拌樁采用雙排，樁徑700mm，樁長10.914m，搭接200mm。 2.4 真空預壓卸載標準結合相關規(guī)范及與以往工程作參照對比，本項目卸載標準暫定如下： A）達到設計恒載期前510天實測地面

8、沉降量小于2mm/d； B）地基土固結度達到設計要求（DF1、DF3區(qū)定為80%）。3 排水系統(tǒng)3.1 土工布及土工格柵鋪設本工程土工布采用200g/無紡土工布，土工格柵采用TGSG2020型塑料土工格柵。 土工布及土工格柵采用人工攤鋪。在鋪設前，先在鋪設區(qū)進行放線。土工布鋪設應保持一定折皺，一般土工布面積為鋪設面積的115%。要求土工布、格柵間連接強度不低于其本體強度。為確保鋪設的有效性，使鋪設的土工格柵、土工布有受力點，在各區(qū)鋪設的土工織物都要到達回填區(qū)的邊上并用砂袋或木樁固定，避免施工期間下沉，造成淤泥拱起現(xiàn)象而影響正常施工作業(yè)。土工格柵采用高強土工格柵，采用人工鋪設方法鋪設土工格柵，塊

9、與塊之間拼接采用廠家專用的連接鉚釘或尼龍繩進行現(xiàn)場連接，格柵間連接強度不低于其本體強度。工布的拼接采用手提工業(yè)縫紉機縫合，采用包縫或丁縫，縫合處或接頭處需要縫三道（先縫一道，折迭后再縫二道）以保證縫合的牢固，搭接寬度500mm。在現(xiàn)場臨時用地上將土工布縫接成滿足需要大小的大幅土工布，按選定方向依次平鋪，鋪設完畢通知現(xiàn)場監(jiān)理工程師進行驗收，驗收合格后方可進行下道工序施工。圖3.1 土工布及土工格柵鋪設3.2 豎向排水體D、F區(qū)需進行加固的主要土層為表層為1流泥、2淤泥質粉質粘土混細砂。由于此兩個土層滲透系數(shù)較?。?*10-5cm/s），為更好的消除或減少工后沉降，達到排水固結的目的，必須設置豎向

10、排水體，以縮短排水路徑，加速預壓排水固結過程。豎向排水體主要有袋裝砂井、塑料排水板等。其中袋裝砂井所用設備笨重，砂井施工過程難于避免縮頸現(xiàn)象，造價相對較高；而塑料排水板質量穩(wěn)定，施工速度較快，造價較低，且材料供給充足，故本次豎向排水體選用塑料排水板。本工程采用SPB100-B型塑料排水板，鋪設完砂墊層后，采用液壓插板機插板。DF1區(qū)排水板間距1m，正方形布置，插板深度15m，外露0.2m，距珊瑚碎屑層及壩體300mm。DF3區(qū)排水板間距1m，正方形布置，插板深度711.5m，外露0.2m，距珊瑚碎屑層300mm。排水板施工完畢后，應將排水板頭周圍的泥巴清除，并將其埋入砂墊層中，以保證排水板的通

11、水量。3.3 水平向排水體水平向排水系統(tǒng)采用砂墊層，中粗砂厚度50cm，含泥量5，干密度15kN/m3，中粗砂滿足滲透系數(shù)5l0-3cm/s，在砂墊層中間標高位置埋設魚刺狀濾水管，且其布置成回路；濾水管上應覆蓋200mm厚左右的砂層。在真空負壓作用下，能夠使豎井中的孔隙水流入濾水管，再由主管匯聚，然后集中排出。本區(qū)真空預壓采用40鋼絲增強軟管排水管網(wǎng)，濾管管網(wǎng)間距為6m通長布置，主管為管徑63的鋼絲增強軟管，間距為3050m，用于連接真空射流泵。4 密封系統(tǒng)4.1 垂直向密封系統(tǒng)（1）密封墻本場地排水板施工深度距層（珊瑚碎屑層）透氣層300mm，排水板深度內(nèi)不存在透氣土層；表層吹填流泥層含泥量

12、較高，滲透系數(shù)?。芊庖蟮?*10-5cm/s），能滿足真空預壓期間的密封要求。但根據(jù)現(xiàn)場實際踏勘，靠近堤壩及DF2區(qū)為吹填粗砂位置，應為由粗砂向淤泥質粉質粘土或流泥層過度，在此過渡帶，吹填粗砂層成為真空預壓的透氣層，真空預壓施工時，需將粗砂層做隔斷處理。同時應切斷中粗砂墊層回填過程中表層砂及混入淤泥中的中粗砂層，保證真空區(qū)域的密封性。因此，中粗砂邊界及場地內(nèi)的共用密封墻邊線，采用淤泥攪拌樁密封墻為豎向密封系統(tǒng)，僅DF1區(qū)靠堤壩側無淤泥攪拌樁施工場地區(qū)域，采用密封溝作為豎向密封系統(tǒng)。DF3區(qū)密封墻樁長為為8.5m14m，采用雙排泥漿攪拌樁，樁徑700mm，樁距500mm，搭接200mm。DF

13、3區(qū)內(nèi)各真空預壓共用邊線，密封墻樁長5m。淤泥攪拌樁密封墻深度及施工工藝參數(shù)應進行現(xiàn)場探摸和試打調(diào)整。實際打設深度在現(xiàn)場沿攪拌樁軸線探摸，探摸間距為50m一個點。設計建議泥漿摻入比為25%40%，滲透系數(shù)要求小于110-5cm/s。攪拌樁采取四噴四攪方式施工，泥漿比重1.35，施工時下攪速度小于1.2m/min，上攪速度小于0.8m/min。（2）密封溝本項目僅有DF1區(qū)靠堤壩位置設置密封溝，密封溝可以采用PC120或其他小型挖掘機械開挖密封溝，也可以采用人工踩膜；為保證后期密封系統(tǒng)滿足滲流的要求及浮泥表層受太陽照曬產(chǎn)生龜裂縫影響密封，密封溝即挖即填，密封膜應緊隨密封溝開挖分層埋入（踩入），埋

14、入深度1000mm。后期真空預壓施工過程中，密封溝內(nèi)應保持一定水位，并使密封溝側壁處于濕潤狀態(tài)。如下圖： 圖3.5 挖密封溝或密封墻踩膜密封 （3）淤泥攪拌樁由于加固面積大，地質條件存在差異，為了準確地確定攪拌墻的深度，采用鉆孔取土樣進行探摸以確定影響真空密封的攪拌墻深度。攪拌墻探摸按3050m間距一個孔的布置原則進行鉆孔，根據(jù)探摸情況確定攪拌墻深度，要求攪拌樁施工深度切斷3粗砂層。攪拌樁采用四噴四攪施工工藝。其工藝施工流程一般為：鉆機定位-制備泥漿-攪拌噴漿下沉-提升噴漿攪拌-重復下沉提升噴漿復攪-洗管-鉆機移位。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，在攪拌墻完工后，旁邊砂會慢慢回填，致使攪拌墻的厚度縮小，如間

15、隔時間過長，可能導致攪拌墻被填埋而失效，所以在不增加攪拌墻厚度的情況下，必須加快鋪設密封膜的速度。相鄰區(qū)域在抽真空過程中，隨著真空度的提升，共用密封墻處的密封膜經(jīng)常拉裂，密封墻處形成較深的空洞，一旦出現(xiàn)密封墻處拉裂漏氣，降低膜下真空度，影響加固效果，修補也極為麻煩。經(jīng)分析，密封墻處拉裂的主要原因是：真空預壓原理是加固體內(nèi)形成負壓，將土體內(nèi)的水、氣排出加固體，使加固體得以收縮以提高加固體的強度。相鄰區(qū)域收縮方向剛好相反，致使共用密封墻處土體顆粒被兩側真空壓力抽走，形成空洞，橫向收縮造成密封膜拉裂。在鋪設密封膜過程中，將3m寬的土工布先踩壓在密封墻體內(nèi)，再將密封膜踩入，同時將相鄰區(qū)域密封膜間填筑泥

16、包袋，樁帽填泥袋一般高出地面20cm，頂部采用密封膜粘結封堵，解決共用密封墻雙向抗?jié)B難題及共用密封墻漏氣的難題。4.2 密封膜本工程采用2層聚氯乙烯真空密封膜 真空膜的大小按加固區(qū)四周各伸出5m左右確定。分層鋪放覆蓋整個真空預壓區(qū)塊，然后將膜體周邊埋入密封墻內(nèi)。密封膜的邊緣埋入密封墻中，樁帽填泥袋及摻膨潤土淤泥封堵。選擇無風或風力較小的時間內(nèi)，分層鋪設。先將密封膜按縱向擺放在預壓區(qū)的中軸線上，從一端開始向兩邊展開，鋪好后應在膜上仔細檢查有無可見的破裂口，破裂處應及時用聚乙烯膠水補好。檢查無缺陷后即可進行第二層密封膜鋪設，兩層膜的粘接縫應盡量錯開。出膜口應留有可收縮富余的密封膜。所有上膜操作人員

17、必須光腳或穿軟底鞋，以防止刺破密封膜。4.3 覆水圍堰為了增強密封性及防止密封膜老化，在抽真空并達到穩(wěn)定恒載后，在加固區(qū)域四周密封墻及膜面上進行覆水防護，填筑一圈包圍加固場地的覆水圍堰，圍堰截面為底寬約1.0m，頂寬約0.5m，高約0.5m的等腰梯形。將射流真空泵抽出的水打入圍堰，覆水厚度30cm。圍堰采采用挖掘機在密封墻內(nèi)側修筑，后用真空密封膜將擬處理區(qū)域及覆水圍堰整體覆蓋，以防水的滲透、外溢。5. 加壓系統(tǒng)在密封系統(tǒng)完成施工后，即可進行真空泵等設置并進行試抽真空。試抽真空時間為710天，穩(wěn)定后膜上覆水。真空預壓的抽氣設備宜采用射流真空泵，單機功率不低于7.5kW，在進氣孔封閉狀態(tài)下，真空壓

18、力不小于95kPa。每套真空設備處理9001100的面積，本工程按照每1000布置一臺射流泵，各真空預壓區(qū)配置一定數(shù)量的真空度觀測計，并均勻布置。真空管路的連接應嚴格密封，在真空管路中應設置回閥和截門。本標段真空預壓恒載時間3個月。6. 監(jiān)測檢測6.1 監(jiān)測（1）監(jiān)測目的由于地質條件、載荷條件、材料性質、施工條件以及外界其它因素的復雜影響，很難單純從理論上預測工程中可能遇到的問題，而且理論預測值還不能全面而準確的反映工程的各種變化。所以，理論分析指導下有計劃的進行現(xiàn)場監(jiān)測十分必要，并可用于指導設計。（2）監(jiān)測項目（a）表層沉降觀測此項目貫穿整個真空預壓及沖擊碾壓施工過程，真空預壓區(qū)在鋪膜前后沉

19、降觀測點的布置應選取相同點位。觀測頻率為恒載前每天1次，當真空度穩(wěn)定后2天測一次，停泵前7天，每天觀測1次。特殊情況可加密觀測。真空預壓停泵卸荷24小時后測量回彈值，一般要連續(xù)進行幾天，直到垂直排水通道及淤泥中真空度接近零時為止。 沉降標每20003000布置一個。沉降桿可采用自制規(guī)格為0.80.8m厚10mm鋼質沉降板，沉降板中心垂直焊接48鋼管、12螺紋鋼支架穩(wěn)固。（b）地層中孔隙水壓力監(jiān)測監(jiān)測塑料排水板處理后地基的超靜孔隙水壓力的消散情況及地基的固結狀態(tài)。采用鉆孔法埋設法，在每個真空預壓單元塊中心地帶布置一組孔隙水壓力傳感器，每組4個探頭，按深度方向每向下每3m埋設一探頭。觀測頻率為插排

20、水板和抽真空期間，觀測頻率為恒載前每天1次，當真空度穩(wěn)定后每2天觀測一次，特殊情況可加密觀測。（c）分層（深層）沉降監(jiān)測為了了解各土層變形與固結情況在每個真空預壓單元塊中心布置1個分層沉降觀測孔，垂直向測量磁環(huán)的埋設分層深度對應不同土層，并在磁環(huán)埋設對應位置取土樣驗證土性。沿深度方向每3m埋設一磁環(huán)。觀測頻率為插排水板和抽真空期間，觀測頻率為恒載前每天1次，當真空度穩(wěn)定后每2天觀測一次，特殊情況可加密觀測。（d）水平位移觀測為保證已施工吹填圍堰的穩(wěn)定性，在場區(qū)周邊的真空預壓區(qū)域外距場區(qū)11.5倍處理深度影響范圍內(nèi)布置1個側向位移觀測點，觀測頻率為插排水板和抽。真空期間，觀測頻率為恒載前每天1次，當真空度穩(wěn)定后每2天觀測一次，特殊情況可加密觀測。（f）膜下真空度的觀測膜下真空度觀測表埋設于具有代表性的真空在預壓施工期間，每天定時觀測，24h觀測1次，觀測精度要求小于5kPa。膜下真空度穩(wěn)定保持在85kPa以上。（g）水位監(jiān)測在每個真空預壓單元塊中心布置1個水位觀測孔，埋設水位管。觀測孔深度大于處理深度1m以下。觀測頻率