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大面积稀软淤泥地基的加固
1996年l0月第5期珠江现代建设总第73期
?
软土工程?
f2.,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—7—51oo5o)
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90O00m,其下淤泥层厚度多在lOm左右,因分两期建设.第一期
工程软基处理范围超过50O00m,设计采用在大面积铺填砂垫层后,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6O%.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,第一期工程包括3.5万t级主码头l座,泊位1个.
500一lO00t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l8O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l,平均孔隙比2.O9.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0一llm不等,全层平均休止角35.,标贯击数6—37.地基允
许强度为l6O一2O0kPa..
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12?
1996年lO月第5期珠江现代建设总第73期
■土
圈1工疆区地■翻I示I
2.3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0—3.7m,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一.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0—3.6m,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5O,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堆场较基加固主薹工程■
序号工程项目单位工程量备注
l地平整I11252366
2回填中粗砂垫层m,52366填厚1.Om
3插塑料捧水板根46569每根长约14m
4塑料捧水板总长6Sl966
5堆藏预压需砂量m3l9O972
6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~£_~~~~~~--=....:
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1996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3—3.5m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3O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(12O00m)
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.从砂垫
层顶3.3m标高堆填至标高4.6m,静压3O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5O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.
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3.2
3.5m,略高於施工期高潮位).由於场内道路未施工,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l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
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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g/ml21.2lo0一ll0
排渗水量m/s28×l0-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%3,33《10(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l5%)
滤膜渗透系数m/s2.5×l0.’>5×IO一6
10o)(100)(100)(100
12o12o12oi∞
捧
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J8O天后.吹填第2级至标高6.1m,再静压9O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.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
?
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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堆载过程中沉■盈孔■水
压力变化
与孔隙水压力变化见图6.表3表4及图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1l|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一0
加固前80l5.42.129.O4.O6.Ol7.Ol2402.2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的施工及厚度的选择
对堆场加固工期及造价有一定影响.按现
行的<港工规范).陆域施工时疏水砂垫层
厚度要求不小於0.5m.但未规定上限.,结
果施工时.承建商强调便於插板机行走而
铺填较厚疏水垫层.本工程疏水垫层厚度
均超过1.2m.虽不受潮位涨落影响.但铺
填砂量增大.工期增长.排水板数量也增
衰4堆场加固前后十字板剪切强度ICukPa)比较
地表下测深ml一22—33—44—55—66—77—8
加固前5.925.486.128.169.6Ol1.8Ol3.8O
堤内加固后27.9O27.6O26.9o28.4o31.2O38.40
增长率%37l404340248225225
加固前5.0o6.70lO.8Ol5.1O8.70l5.0ol9.6O
堤外加固后43.3O39.8O45.2O52.6O38.8O46.2O
增长率%564269l99505l59l36
加,仅堤内加固,疏水垫层工期长达半年.不但影响后续工程进度,还增加万余米塑料排水板.建议高
於施工潮位约51Oom即可.总厚度不宜大於1.Om.
4.3严格控制上载速率
在水域回填后的场地(本工程的堤外部分)进行分级预压加载时,须严格控制上载速率,避免局部
超载,引起局部地基失稳而波及码头建筑物.据本工程实践经验.在分区(堤外分3个区)进行分级堆
载的条件下,为确保码头已建水工建筑物的安全,各级上载速率控制在60@m’/d是适宜的;堤内较远离
码头且地基地表多耕植土,其上载速率可达3O00m’/d.但仍应加强监测工作,避免局部土层受剪切破
坏..
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