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珠三角區(qū)域堤壩工程軟基處理
珠三角區(qū)域堤壩工程軟基處理
摘 要：本文通過分析航道建設(shè)堤壩工程軟基處理個案，探討珠三角區(qū)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)在軟基處理上經(jīng)常遇到一些困難，同時在不斷的摸索中總結(jié)出一些應(yīng)對方法。
通過案例比對，小結(jié)珠三角區(qū)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(yù)壓法
勞龍虎水道航道整治工程堤壩工程中，我們應(yīng)用了塑料排水板加堆載預(yù)壓方式進行軟基處理，取得較好效果。
1.1地質(zhì)條件
在工程區(qū)域沿線，以水井角為界發(fā)育兩套地層，并呈不整合接觸，兩側(cè)采石場是燕山期侵入黑云母花崗巖，東側(cè)為泥盆系泥質(zhì)砂巖，大部分區(qū)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(jié)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，覆蓋層是場地主要基土。
場地地基土應(yīng)力，歷史以正常固結(jié)為主，河灘和河床表層浮泥尚未完成自重固結(jié)，屬欠固結(jié)土，殘積土屬超固結(jié)土。
場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粘性土，不均勻系數(shù)Cu>10，一般不會發(fā)生流土、流沙、管涌等不利影響。
場地的抗震設(shè)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，我們采用排水固結(jié)法處理堤基，分兩級填筑土堤預(yù)壓，堤基固結(jié)度達到80%后安排陸上拆除舊堤及航道疏浚。
同時在新筑堤及航道疏浚對應(yīng)的岸坡平臺設(shè)置觀測斷面，埋設(shè)邊樁、沉降板、孔壓儀及測斜管等土力觀測儀器，輔以必要的施工期勘察，根據(jù)土體物理學(xué)指標變化及土體的變形速率等數(shù)據(jù)控制好施工進度。
完成場地平整并鋪墊50cm砂墊層后進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(dāng)?shù)?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(dǎo)管，錨靴采用φ10鋼筋及塑料板兩種。
(1)放樣布樁：按設(shè)計圖紙要求進行。
(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(dǎo)管時不易發(fā)生跟帶，樁尖對準孔位，然后施震沉管，沉管到設(shè)計深度。
(3)沉管：沉管過程中注意導(dǎo)管的垂直度，傾斜度不得大于1.5%，導(dǎo)管下沉速度不宜過快，一般控制在每分鐘4～5m，沉管過程中絕不能上提。
(4)拔管：緩慢勻速拔管，以便讓軟土有一個縮孔的機會，使得排水板不易被鋼導(dǎo)管帶動。
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(dǎo)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(shè)時回帶長度不得超過50cm。
如回帶長度超過50cm以上，須在該位置45cm范圍內(nèi)補插。
插板宜為整板，一般不考慮接板，如確需接板則應(yīng)采用濾膜內(nèi)平搭接的方法，搭接長度不少于20cm。
嚴禁排水板出現(xiàn)扭結(jié)、斷裂和濾膜撕破等現(xiàn)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)品出廠合格證的技術(shù)性能檢定書，塑料排水板的規(guī)格、質(zhì)量和排水性能必須符合塑料排水板技術(shù)參數(shù)與要求。
到場產(chǎn)品按20萬m一批，在監(jiān)理工程師的監(jiān)督下，隨機取樣進行外觀質(zhì)量的檢測，每次抽檢5盤;排水板的外包裝應(yīng)牢固，并確保在運輸過程中不破損、不露板芯;將排水板展開，在全長范圍內(nèi)均勻選取10個點分別測讀寬、厚的數(shù)據(jù)，寬度為100mm，允許偏差為±2mm，厚度要大于3.5mm，允許偏差為 +0.5mm;排水板板芯槽齒無倒伏現(xiàn)象、表面平滑、無接頭、無空洞和氣泡、齒槽分布均勻;每盤排水板濾膜接頭不多于1個，接頭長度要大于20cm;外觀質(zhì)量檢測完畢以后，再取樣品進行檢驗，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(yīng)為整板，需接長時，必須滿足搭接要求，芯板平搭。
長度不夠需要接長時，按如下方式進行：將板濾膜剝開，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，或者用專用釘書機釘牢。
接長時塑料板上扎穿的孔眼不應(yīng)在板芯的同一條排水槽中;每根接長板只允許一個接頭，且搭接長度不小于20cm。
接長板要分散使用，相鄰板應(yīng)無接頭;接長板的使用量不能超過打設(shè)總根數(shù)的10%。
(3)排水板測量定位：在每一施工機械打設(shè)范圍內(nèi)布撒灰點或插竹片，確定打設(shè)位置，測量定板位誤差不大于±100mm;移動插板機，使樁管尖中心與灰點中心重合，即可下插排水板;插扳機定位時，管靴與板位的偏差控制在±50mm范圍以內(nèi)。
(4)垂直度控制：盡量確保插板機底盤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與地面垂直，偏差不大于1.5%。
(5)深度控制：按允許偏差±50mm來嚴格控制排水板打設(shè)高程。
施工時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，當(dāng)套管打到預(yù)定深度后，宜稍加停留，然后均勻提升，以減少回帶，切不可拔管過快。
套管上撥時應(yīng)垂直起吊，以防止帶出和頂壞芯板，若有超過5%的塑料排水板在打設(shè)時產(chǎn)生回帶，且回帶長度超過50cm，應(yīng)立即停止施工檢查原因，可采取調(diào)整樁靴形狀等措施來減少回帶，并且按要求采取補打措施。
另可據(jù)施工現(xiàn)場情況測定代表性的回帶量，實施超設(shè)計深度打設(shè)，從而保證排水板進入設(shè)計深度的土中。
(7)數(shù)量控制：施工時要防止漏插的現(xiàn)象，檢查并記錄每根排水板的施工情況，符合驗收標準無誤后，方可打設(shè)下一根，否則，需在鄰近板位處補打。
(8)質(zhì)檢：監(jiān)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(shè)完畢剪板后全面檢查板位誤差、垂直度、打設(shè)深度、外露長度、回帶等情況，確保符合驗收標準并記錄后方可移機打設(shè)下一根，發(fā)現(xiàn)打設(shè)不合格時及時在該板位45cm內(nèi)補打。
完成排水板施工后，工程進入堤基的預(yù)壓沉降固結(jié)階段，采用兩級加荷，中間間歇一個月，通過沉降穩(wěn)定觀測及固結(jié)強度和沉降量的檢測計算，分析確定堤圍的安全穩(wěn)定系數(shù)和極限填筑高度。
經(jīng)過7個月固結(jié)度達到50%，經(jīng)1年固結(jié)度為60%，經(jīng)2年的固結(jié)度已達80.5%，固結(jié)效果較為理想，堤壩沉降量控制在設(shè)計預(yù)計范圍內(nèi)。
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，樁長為13～15m，并進入粘土層0.5m。
通過工藝試樁檢測，我們確定碎石樁施工控制參數(shù)：a.碎石粒徑以φ5～10cm為主，應(yīng)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(shù)2～3次;e.每次填料量0.5 m3;f.每次提升高度0.3～0.5m;g.留振時間10～20s;h.密實電流45～60a;i.充盈系數(shù)1.7～1.8等。
我們在試樁及檢測中發(fā)現(xiàn)一些問題較難控制，且造價偏高，導(dǎo)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、偏位都沒有保證。
其質(zhì)量不僅由施工參數(shù)控制，還需要施工隊伍有良好的責(zé)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(xiàn)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，在施工過程中很難保證振動器一直在同一位置，且斜孔現(xiàn)象也普遍，原本比較軟弱的樁間土在水沖擾動下更軟弱，塌孔現(xiàn)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(jié)果表明，φ1500mm復(fù)合地基抗剪強度偏低，數(shù)據(jù)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，且樁對土體不僅沒有擠密作用，反而使土體受到擾動，強度降低，短期內(nèi)實際上只起置換作用，因此必需選擇較大的置換率。
3.攪拌樁試驗、檢測和應(yīng)用
我們在西江下游航道整治工程下彎段筑堤中進行攪拌樁試驗、檢測和應(yīng)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(jié)不作描述，主要介紹檢測和結(jié)論。
樁體七天齡期與原狀土N10輕型動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輕型動力觸探試驗采用25mm鉆桿、10kg穿心錘，落距50cm，連續(xù)進行觸探索，記錄每打入土層30cm的錘擊數(shù)。
4M清孔，以下每觸探2m后清孔試驗(成果見表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(shù)(成果見表2)。
樁體與淤泥膠結(jié)的水泥土(7天齡期)與原狀土N10輕型動力觸探表明，水泥用量50 kg/m的水泥土強度及強度增長率略低于43kg/m和60 kg/m的水泥土，60 kg/m的水泥土強度增長率最大。
樁體與淤泥膠結(jié)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略高于其他兩種。
3.2樁體(28天齡期)抽芯檢測成果
表3數(shù)據(jù)表明:對于與淤泥膠結(jié)的水泥土(28天齡期后)，水泥用量低的水泥土物理指標略優(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(fù)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(fù)合地基承載力基本值為130kpa和140kpa，數(shù)據(jù)顯示兩組不同水泥用量的復(fù)合地基承載力基本值差異不大。
通過試驗，我們制定水泥攪拌樁施工相關(guān)指數(shù)指導(dǎo)施工，實踐證明采用攪拌樁處理軟基后，地基強度在短期內(nèi)得到大幅提高，對完工2年的觀測反映堤壩沉降控制在設(shè)計預(yù)計值的下線內(nèi)，堤壩穩(wěn)定、安全，滿足使用要求。
因此，該項工藝是快速有效的軟基處理方式，但造價偏高，在后續(xù)的工程中我們只作后備應(yīng)急使用考慮。
4.結(jié)語
軟基處理方法宏觀上劃分為強夯法、復(fù)合地基和排水固結(jié)三種形式，至今未有一種方法能一勞永逸解決軟基問題，每種方法均有優(yōu)缺點，須根據(jù)工程荷載、工況條件、工期、造價等因素選定最合適的方案。
我們在珠三角地區(qū)的堤壩工程中選用排水板固結(jié)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，實踐證明該方法能達到使用目的，效果良好。
但排水固結(jié)軟基處理方法的發(fā)展，依然需進一步解決加快固結(jié)速度及減少工后沉降等問題，并深入研究軟基固結(jié)變形機理規(guī)律，軟土由深部到淺部固結(jié)度的變化，不斷提高排水固結(jié)法的應(yīng)用研究水平。
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