真空預(yù)壓處理人工填島高含水量淤泥地基

PAGE11#島DF區(qū)真空預(yù)壓工藝處理淤泥技術(shù)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(zhì)土，吹填面積約72公頃，目前泥面標(biāo)高約3.5m。1號島（D、F部分區(qū)）吹填砂質(zhì)土和淤泥混合區(qū)，進(jìn)行地基處理面積約為85公頃。圖1.1D、F區(qū)預(yù)壓前狀況圖1.1D、F區(qū)預(yù)壓前狀況1.2工程地質(zhì)根據(jù)野外鑒別、原位測試結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，在鉆探深度范圍內(nèi)揭露地層共分為4個工程地質(zhì)層，即①沖填土（①1流泥、①2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土混細(xì)砂、①3粗砂）、②珊瑚碎屑、③粉質(zhì)粘土、④粉質(zhì)粘土，其綜合地層柱狀圖如下表1.1所示：工程地質(zhì)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)Q4ml①16.10～12..008.560.00～0.0005.91～6.220沖填土（流泥）①29.30～11..3010.050.00～0.0005.90～6.338沖填土（淤泥質(zhì)粉粉質(zhì)粘土混細(xì)細(xì)砂）①35.10～10..607.620.00～0.0004.70～6.220沖填土（粗砂）Q4m②0.30～3.4401.845.10～12..00-5.80～0.881珊瑚碎屑下更新統(tǒng)Q1m③0.60～8.2204.167.20～14..00-7.80～-1..89粉質(zhì)粘土第三系上新統(tǒng)N2m④未鉆穿最大揭露21.990m未鉆穿8.80～19..30-13.12～-44.00粉質(zhì)粘土1.3地下水和地表水?dāng)M建場地淺層地下水含水層系賦存于①1流泥、①2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土混細(xì)砂、①3細(xì)砂、②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(bǔ)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(shí)測鉆孔地下水穩(wěn)定水位埋深為0.00～0.40m，高程4.70～6.38m。根據(jù)巖性、室內(nèi)土工試驗(yàn)分析，①1流泥、①2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土混細(xì)砂、③粉質(zhì)粘土、④粉質(zhì)粘土屬弱透水層，①3粗砂、②珊瑚碎屑屬強(qiáng)透水層。1.4場地產(chǎn)生沉降的主要地層為近期吹填的①1流泥、①2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土混細(xì)砂，吹填層在自重及后期使用荷載壓力下，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(jié)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(dǎo)致地面沉陷、開裂。由于軟基沉降的巨大危害，應(yīng)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(jié)沉降，以減少后期沉降對場內(nèi)設(shè)施及管線等運(yùn)營的危害。地基處理要求真空預(yù)壓后場地使用要求和主要技術(shù)要求如下：使用均布荷載2t，工后25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(diǎn)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(jìn)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(yù)壓加固工藝2.1原理真空預(yù)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(kuò)展，引起土中孔隙水壓力降低，形成負(fù)的超靜孔隙水壓力。真空預(yù)壓法加固的全過程是總應(yīng)力沒有增加，有效應(yīng)力是通過降低的負(fù)孔隙水壓力轉(zhuǎn)化而來，使土體形成向內(nèi)收縮的應(yīng)力球。土體就在該有效應(yīng)力作用下得到加固。如圖3.1。圖3.1真空預(yù)壓加固機(jī)理示意圖圖3.1真空預(yù)壓加固機(jī)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(shè)計(jì)先在表層浮泥面上鋪設(shè)底層TGSG20-20土工格柵，在土工格柵鋪設(shè)完畢后其上鋪設(shè)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(shè)完畢后，其上均勻鋪設(shè)一層50cm中粗砂墊層，作為水平排水層，中粗砂含泥量＜5%。砂墊層鋪設(shè)完畢，強(qiáng)度滿足機(jī)械施工時，采用機(jī)械插板，并進(jìn)行抽真空。采用有砂墊層的真空預(yù)壓法，砂墊層厚度50cm，機(jī)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(yù)壓3個月。DF3區(qū)面積為698166㎡，擬處理深度為7-11.5米，表層為①1流泥，采用有砂墊層的真空預(yù)壓法，砂墊層厚度50cm，采用機(jī)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(shè)置淤泥攪拌樁密封墻。淤泥攪拌樁采用雙排，樁徑700mm，樁長10.9～14m，搭接200mm。2.4真空預(yù)壓卸載標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合相關(guān)規(guī)范及與以往工程作參照對比，本項(xiàng)目卸載標(biāo)準(zhǔn)暫定如下：A）達(dá)到設(shè)計(jì)恒載期前5～10天實(shí)測地面沉降量小于2mm/d；B）地基土固結(jié)度達(dá)到設(shè)計(jì)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(shè)本工程土工布采用200g/㎡無紡?fù)凉げ迹凉じ駯挪捎肨GSG20－20型塑料土工格柵。土工布及土工格柵采用人工攤鋪。在鋪設(shè)前，先在鋪設(shè)區(qū)進(jìn)行放線。土工布鋪設(shè)應(yīng)保持一定折皺，一般土工布面積為鋪設(shè)面積的115%。要求土工布、格柵間連接強(qiáng)度不低于其本體強(qiáng)度。為確保鋪設(shè)的有效性，使鋪設(shè)的土工格柵、土工布有受力點(diǎn)，在各區(qū)鋪設(shè)的土工織物都要到達(dá)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(qiáng)土工格柵，采用人工鋪設(shè)方法鋪設(shè)土工格柵，塊與塊之間拼接采用廠家專用的連接鉚釘或尼龍繩進(jìn)行現(xiàn)場連接，格柵間連接強(qiáng)度不低于其本體強(qiáng)度。工布的拼接采用手提工業(yè)縫紉機(jī)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(shè)完畢通知現(xiàn)場監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下道工序施工。圖3.1土工布及土工格柵鋪設(shè)圖3.1土工布及土工格柵鋪設(shè)3.2豎向排水體D、F區(qū)需進(jìn)行加固的主要土層為表層①1流泥、①2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土混細(xì)砂。由于此兩個土層滲透系數(shù)較?。ǎ?*10-5cm/s），為更好的消除或減少工后沉降，達(dá)到排水固結(jié)的目的，必須設(shè)置豎向排水體，以縮短排水路徑，加速預(yù)壓排水固結(jié)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(shè)備笨重，砂井施工過程難于避免縮頸現(xiàn)象，造價(jià)相對較高；而塑料排水板質(zhì)量穩(wěn)定，施工速度較快，造價(jià)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(shè)完砂墊層后，采用液壓插板機(jī)插板。DF1區(qū)排水板間距1m，正方形布置，插板深度1~5m，外露0.2m，距②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7~11.5m，外露0.2m，距②珊瑚碎屑層≥300mm。排水板施工完畢后，應(yīng)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)≥5×l0-3cm/s，在砂墊層中間標(biāo)高位置埋設(shè)魚刺狀濾水管，且其布置成回路；濾水管上應(yīng)覆蓋200mm厚左右的砂層。在真空負(fù)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(yù)壓采用φ40鋼絲增強(qiáng)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φ63的鋼絲增強(qiáng)軟管，間距為30～50m，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②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較高，滲透系數(shù)?。ǎ济芊庖蟮?*10-5cm/s），能滿足真空預(yù)壓期間的密封要求。但根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際踏勘，靠近堤壩及DF2區(qū)為吹填粗砂位置，應(yīng)為由粗砂向淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土或流泥層過度，在此過渡帶，吹填粗砂層成為真空預(yù)壓的透氣層，真空預(yù)壓施工時，需將粗砂層做隔斷處理。同時應(yīng)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(cè)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8.5m~14m，采用雙排泥漿攪拌樁，樁徑700mm，樁距500mm，搭接200mm。DF3區(qū)內(nèi)各真空預(yù)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(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場探摸和試打調(diào)整。實(shí)際打設(shè)深度在現(xiàn)場沿?cái)嚢铇遁S線探摸，探摸間距為50m一個點(diǎn)。設(shè)計(jì)建議泥漿摻入比為25%～40%，滲透系數(shù)要求小于1×10-5cm/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(xiàng)目僅有DF1區(qū)靠堤壩位置設(shè)置密封溝，密封溝可以采用PC120或其他小型挖掘機(jī)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(yīng)緊隨密封溝開挖分層埋入（踩入），埋入深度≥1000mm。后期真空預(yù)壓施工過程中，密封溝內(nèi)應(yīng)保持一定水位，并使密封溝側(cè)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(zhì)條件存在差異，為了準(zhǔn)確地確定攪拌墻的深度，采用鉆孔取土樣進(jìn)行探摸以確定影響真空密封的攪拌墻深度。攪拌墻探摸按30～50m間距一個孔的布置原則進(jìn)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①3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(jī)定位--制備泥漿--攪拌噴漿下沉--提升噴漿攪拌--重復(fù)下沉提升噴漿復(fù)攪--洗管--鉆機(jī)移位。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，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，如間隔時間過長，可能導(dǎo)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(shè)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(bǔ)也極為麻煩。經(jīng)分析，密封墻處拉裂的主要原因是：真空預(yù)壓原理是加固體內(nèi)形成負(fù)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(qiáng)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(cè)真空壓力抽走，形成空洞，橫向收縮造成密封膜拉裂。在鋪設(shè)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)域密封膜間填筑泥包袋，樁帽填泥袋一般高出地面20cm，頂部采用密封膜粘結(jié)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(yù)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(fēng)或風(fēng)力較小的時間內(nèi)，分層鋪設(shè)。先將密封膜按縱向擺放在預(yù)壓區(qū)的中軸線上，從一端開始向兩邊展開，鋪好后應(yīng)在膜上仔細(xì)檢查有無可見的破裂口，破裂處應(yīng)及時用聚乙烯膠水補(bǔ)好。檢查無缺陷后即可進(jìn)行第二層密封膜鋪設(shè)，兩層膜的粘接縫應(yīng)盡量錯開。出膜口應(yīng)留有可收縮富余的密封膜。所有上膜操作人員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(qiáng)密封性及防止密封膜老化，在抽真空并達(dá)到穩(wěn)定恒載后，在加固區(qū)域四周密封墻及膜面上進(jìn)行覆水防護(hù)，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(jī)在密封墻內(nèi)側(cè)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(jìn)行真空泵等設(shè)置并進(jìn)行試抽真空。試抽真空時間為7～10天，穩(wěn)定后膜上覆水。真空預(yù)壓的抽氣設(shè)備宜采用射流真空泵，單機(jī)功率不低于7.5kW，在進(jìn)氣孔封閉狀態(tài)下，真空壓力不小于95kPa。每套真空設(shè)備處理900～1100㎡的面積，本工程按照每1000㎡布置一臺射流泵，各真空預(yù)壓區(qū)配置一定數(shù)量的真空度觀測計(jì)，并均勻布置。真空管路的連接應(yīng)嚴(yán)格密封，在真空管路中應(yīng)設(shè)置回閥和截門。本標(biāo)段真空預(yù)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(zhì)條件、載荷條件、材料性質(zhì)、施工條件以及外界其它因素的復(fù)雜影響，很難單純從理論上預(yù)測工程中可能遇到的問題，而且理論預(yù)測值還不能全面而準(zhǔn)確的反映工程的各種變化。所以，理論分析指導(dǎo)下有計(jì)劃的進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測十分必要，并可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)。（2）監(jiān)測項(xiàng)目（a）表層沉降觀測此項(xiàng)目貫穿整個真空預(yù)壓及沖擊碾壓施工過程，真空預(yù)壓區(qū)在鋪膜前后沉降觀測點(diǎn)的布置應(yīng)選取相同點(diǎn)位。觀測頻率為恒載前每天1次，當(dāng)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(yù)壓停泵卸荷24小時后測量回彈值，一般要連續(xù)進(jìn)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(biāo)每2000～3000㎡布置一個。沉降桿可采用自制規(guī)格為0.8×0.8m厚10mm鋼質(zhì)沉降板，沉降板中心垂直焊接φ48鋼管、φ12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(jié)狀態(tài)。采用鉆孔法埋設(shè)法，在每個真空預(yù)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(shè)一探頭。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(dāng)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(jié)情況在每個真空預(yù)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(shè)分層深度對應(yīng)不同土層，并在磁環(huán)埋設(shè)對應(yīng)位置取土樣驗(yàn)證土性。沿深度方向每3m埋設(shè)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(dāng)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(yù)壓區(qū)域外距場區(qū)1～1.5倍處理深度影響范圍內(nèi)布置1個側(cè)向位移觀測點(diǎn)，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(dāng)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(shè)于具有代表性的真空～在預(yù)壓施工期間，每天定時觀測，2～4h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(yù)壓單元塊中心布置1個水位觀測孔，埋設(shè)水位管。觀測孔深度大于處理深度1m以下