珠三角区域堤坝工程软基处理

珠三角区域堤坝工程软基处理

　　珠三角区域堤坝工程软基处理

　　摘 要：本文通过分析航道建设堤坝工程软基处理个案，探讨珠三角区域堤坝工程软基处理的有效措施。

　　关键词：堤坝 软基 处理

　　珠江三角洲软土广泛分布，公路、铁路、码头、航道等大型交通基础设施建设在软基处理上经常遇到一些困难，同时在不断的摸索中总结出一些应对方法。

　　通过案例比对，小结珠三角区域堤坝工程软基处理的成功经验。

　　1.塑料排水板加堆载预压法

　　劳龙虎水道航道整治工程堤坝工程中，我们应用了塑料排水板加堆载预压方式进行软基处理，取得较好效果。

　　1.1地质条件

　　在工程区域沿线，以水井角为界发育两套地层，并呈不整合接触，两侧采石场是燕山期侵入黑云母花岗岩，东侧为泥盆系泥质砂岩，大部分区域被第四纪地层覆盖。

　　岩基以上覆盖层主要由表层基土、海陆互相交结的淤泥、淤泥质土、局部砂土和残积的粉质粘土、粘土组成，覆盖层是场地主要基土。

　　场地地基土应力，历史以正常固结为主，河滩和河床表层浮泥尚未完成自重固结，属欠固结土，残积土属超固结土。

　　场地地下水以孔隙水为主，水量贫乏，深层地下水稍具承压性。

　　浅层堤基地层中为无粘性土，不均匀系数Cu>10，一般不会发生流土、流沙、管涌等不利影响。

　　场地的抗震设防烈度为6度，可不考虑液化和软土的沉陷影响。

　　1.2处理方式

　　针对本工程地基土为广泛分布的淤泥层的特点，我们采用排水固结法处理堤基，分两级填筑土堤预压，堤基固结度达到80%后安排陆上拆除旧堤及航道疏浚。

　　同时在新筑堤及航道疏浚对应的岸坡平台设置观测断面，埋设边桩、沉降板、孔压仪及测斜管等土力观测仪器，辅以必要的施工期勘察，根据土体物理学指标变化及土体的变形速率等数据控制好施工进度。

　　完成场地平整并铺垫50cm砂垫层后进行塑料排水板的施工。

　　本工程塑料排水板采用梅花型布置，间距为1.04m，深度为入淤泥层15-20m。

　　1.2.1主要施工方法

　　采用PC-200(或功率相当的)履带式挖掘机改装的液压插板机。

　　插板机套管采用菱形钢导管，锚靴采用φ10钢筋及塑料板两种。

　　(1)放样布桩：按设计图纸要求进行。

　　(2)桩机就位：插板机就位后，检查桩端处夹头，通常情况是夹带子的位置离带端部15～20cm，以便拔导管时不易发生跟带，桩尖对准孔位，然后施震沉管，沉管到设计深度。

　　(3)沉管：沉管过程中注意导管的垂直度，倾斜度不得大于1.5%，导管下沉速度不宜过快，一般控制在每分钟4～5m，沉管过程中绝不能上提。

　　(4)拔管：缓慢匀速拔管，以便让软土有一个缩孔的机会，使得排水板不易被钢导管带动。

　　从装排水板卷的铁架至钢管顶部之间的带子宜稍为松驰。

　　钢导管拔至砂垫层，并且尖端离砂垫层面约50cm后，将排水板在离砂垫层面大约20cm处剪断，弯倒后用砂压住。

　　打设时回带长度不得超过50cm。

　　如回带长度超过50cm以上，须在该位置45cm范围内补插。

　　插板宜为整板，一般不考虑接板，如确需接板则应采用滤膜内平搭接的方法，搭接长度不少于20cm。

　　严禁排水板出现扭结、断裂和滤膜撕破等现象发生。

　　(5)移机：移机后退打下一根。

　　1.2.2技术措施

　　(1)排水板质量控制：塑料排水板必须具有产品出厂合格证的技术性能检定书，塑料排水板的规格、质量和排水性能必须符合塑料排水板技术参数与要求。

　　到场产品按20万m一批，在监理工程师的监督下，随机取样进行外观质量的检测，每次抽检5盘;排水板的外包装应牢固，并确保在运输过程中不破损、不露板芯;将排水板展开，在全长范围内均匀选取10个点分别测读宽、厚的数据，宽度为100mm，允许偏差为±2mm，厚度要大于3.5mm，允许偏差为 +0.5mm;排水板板芯槽齿无倒伏现象、表面平滑、无接头、无空洞和气泡、齿槽分布均匀;每盘排水板滤膜接头不多于1个，接头长度要大于20cm;外观质量检测完毕以后，再取样品进行检验，经检验合格才使用。

　　塑料排水板必须存放在工地材料仓库中，以防止日晒雨淋加速材料老化。

　　(2)接板控制：打入地基的塑料排水板应为整板，需接长时，必须满足搭接要求，芯板平搭。

　　长度不够需要接长时，按如下方式进行：将板滤膜剥开，使芯板对插塔接，并将滤膜重新包好，裹紧后用铁丝或塑料绳穿扎牢固，或者用专用钉书机钉牢。

　　接长时塑料板上扎穿的孔眼不应在板芯的同一条排水槽中;每根接长板只允许一个接头，且搭接长度不小于20cm。

　　接长板要分散使用，相邻板应无接头;接长板的使用量不能超过打设总根数的10%。

　　(3)排水板测量定位：在每一施工机械打设范围内布撒灰点或插竹片，确定打设位置，测量定板位误差不大于±100mm;移动插板机，使桩管尖中心与灰点中心重合，即可下插排水板;插扳机定位时，管靴与板位的偏差控制在±50mm范围以内。

　　(4)垂直度控制：尽量确保插板机底盘水平接地或与水平面平行，在插板机上安装施工记录仪，严格控制垂直度，保证插板机桩管在插板时与地面垂直，偏差不大于1.5%。

　　(5)深度控制：按允许偏差±50mm来严格控制排水板打设高程。

　　施工时以施工至中粗砂层顶面为原则，并将排水板末端0.5m的滤膜剪除，保证与中粗砂垫层形成畅通的排水通道。

　　(6)回带控制：在施打排水板时，当套管打到预定深度后，宜稍加停留，然后均匀提升，以减少回带，切不可拔管过快。

　　套管上拨时应垂直起吊，以防止带出和顶坏芯板，若有超过5%的塑料排水板在打设时产生回带，且回带长度超过50cm，应立即停止施工检查原因，可采取调整桩靴形状等措施来减少回带，并且按要求采取补打措施。

　　另可据施工现场情况测定代表性的回带量，实施超设计深度打设，从而保证排水板进入设计深度的土中。

　　(7)数量控制：施工时要防止漏插的现象，检查并记录每根排水板的施工情况，符合验收标准无误后，方可打设下一根，否则，需在邻近板位处补打。

　　(8)质检：监理单位人员须全程旁站，施工单位在每台插扳机配备一名质检员检查、记录每根排水板的施工情况，打设完毕剪板后全面检查板位误差、垂直度、打设深度、外露长度、回带等情况，确保符合验收标准并记录后方可移机打设下一根，发现打设不合格时及时在该板位45cm内补打。

　　完成排水板施工后，工程进入堤基的预压沉降固结阶段，采用两级加荷，中间间歇一个月，通过沉降稳定观测及固结强度和沉降量的检测计算，分析确定堤围的安全稳定系数和极限填筑高度。

　　经过7个月固结度达到50%，经1年固结度为60%，经2年的固结度已达80.5%，固结效果较为理想，堤坝沉降量控制在设计预计范围内。

　　2.碎石桩工艺试桩和效果检验

　　西江下游航道整治工程横坑裁弯切咀工程中，我们在上弯段筑堤工程进行82根碎石桩工艺试桩和效果检验。

　　本工程与劳龙虎水道航道整治工程地域相距不到20km,地质条件基本相同，试验中采用多种粒径碎石进行对比，按正三角形布置，桩径为1m和1.5m，桩距为2m 和1.5m两种，桩长为13～15m，并进入粘土层0.5m。

　　通过工艺试桩检测，我们确定碎石桩施工控制参数：a.碎石粒径以φ5～10cm为主，应大于50%;b.水压550～600kpa,水量20～30m3/h;c.造孔速度1～2m/min;d.清孔次数2～3次;e.每次填料量0.5 m3;f.每次提升高度0.3～0.5m;g.留振时间10～20s;h.密实电流45～60a;i.充盈系数1.7～1.8等。

　　我们在试桩及检测中发现一些问题较难控制，且造价偏高，导致放弃该项软基处理方案。

　　(1)碎石桩施工是一种质量控制要求较严格的地基处理方法，尤其是采用悬吊式施工，对桩的垂直度、偏位都没有保证。

　　其质量不仅由施工参数控制，还需要施工队伍有良好的责任心及质量意识。

　　(2)在试验中，1.5m间距碎石桩施工塌孔现象比较严重。

　　主要原因是桩不偏位、不斜孔的前提下，桩土间距有40～50cm，在施工过程中很难保证振动器一直在同一位置，且斜孔现象也普遍，原本比较软弱的桩间土在水冲扰动下更软弱，塌孔现象难以避免，从而造成桩体碎石松散，桩体强度降低。

　　从直剪试验结果表明，φ1500mm复合地基抗剪强度偏低，数据离散性较大。

　　(3)软土强度低，对碎石桩的约束力较小，成桩较困难，且桩对土体不仅没有挤密作用，反而使土体受到扰动，强度降低，短期内实际上只起置换作用，因此必需选择较大的置换率。

　　3.搅拌桩试验、检测和应用

　　我们在西江下游航道整治工程下弯段筑堤中进行搅拌桩试验、检测和应用。

　　3.1搅拌桩试验和检测

　　搅拌桩直径0.5m，桩距0.8m，呈等边三角形布置，试验分5组，每组3根,固化剂为C25号普通硅酸水泥，施工水泥用量分别为43kg/m、50kg/m、60kg/m。

　　由于搅拌桩工艺较成熟，本节不作描述，主要介绍检测和结论。

　　桩体七天龄期与原状土N10轻型动力触探及标准贯入对比试验，原状土试验位置于每组桩旁。

　　(1)N10轻型动力触探试验采用25mm钻杆、10kg穿心锤，落距50cm，连续进行触探索，记录每打入土层30cm的锤击数。

　　4M清孔，以下每触探2m后清孔试验(成果见表1)。

　　(2)N63.5标准贯入采用42mm钻杆、63.5kg穿心锤和标准贯入器。

　　贯入时穿心锤落距76cm，使其自由下落，将贯入器竖直打入土层15cm后记录30cm击数(成果见表2)。

　　桩体与淤泥胶结的水泥土(7天龄期)与原状土N10轻型动力触探表明，水泥用量50 kg/m的水泥土强度及强度增长率略低于43kg/m和60 kg/m的水泥土，60 kg/m的水泥土强度增长率最大。

　　桩体与淤泥胶结的水泥土与原状土N63.5标准贯入表明，水泥用量50 kg/m的水泥土强度及强度增长略高于其他两种。

　　3.2桩体(28天龄期)抽芯检测成果

　　表3数据表明:对于与淤泥胶结的水泥土(28天龄期后)，水泥用量低的水泥土物理指标略优于水泥用量高的水泥土，不同水泥用量的水泥土力学指标平均值差异不大。

　　3.3单桩复合地基载荷试验(28天龄期后)

　　我们运用相对变形法测定50 kg/m和60 kg/m水泥用量复合地基承载力基本值为130kpa和140kpa，数据显示两组不同水泥用量的复合地基承载力基本值差异不大。

　　通过试验，我们制定水泥搅拌桩施工相关指数指导施工，实践证明采用搅拌桩处理软基后，地基强度在短期内得到大幅提高，对完工2年的观测反映堤坝沉降控制在设计预计值的下线内，堤坝稳定、安全，满足使用要求。

　　因此，该项工艺是快速有效的软基处理方式，但造价偏高，在后续的工程中我们只作后备应急使用考虑。

　　4.结语

　　软基处理方法宏观上划分为强夯法、复合地基和排水固结三种形式，至今未有一种方法能一劳永逸解决软基问题，每种方法均有优缺点，须根据工程荷载、工况条件、工期、造价等因素选定最合适的方案。

　　我们在珠三角地区的堤坝工程中选用排水板固结法，主要是考虑其经济性和环保性，符合低碳、绿色航道的发展目标，实践证明该方法能达到使用目的，效果良好。

　　但排水固结软基处理方法的发展，依然需进一步解决加快固结速度及减少工后沉降等问题，并深入研究软基固结变形机理规律，软土由深部到浅部固结度的变化，不断提高排水固结法的应用研究水平。

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