浅海区大面积深厚软基层综合处理技术

蔡 昱

（陕西铁路工程职业技术学院管理工程系，714000，渭南∥讲师）

福州江阴港铁路支线位于福清市境内，兴化湾北岸，工程约50%路基及特大型铁路货场、集装箱装卸场均位于浅海滩涂地带。由于浅海滩涂地带存在淤泥覆盖层厚、受海潮影响等特点，软基处理方法多样、技术难点较大，且目前福建地区无滨海沉积软土特性的系统理论及成熟的软基处理和工后沉降控制方法。

1 工程水文地质条件

大型铁路货场和集装箱装卸场主要地层由上至下为：

（1）淤泥——深灰色，饱和，流塑，含少量中细砂，层厚度一般在14～22 m 之间；

（2）粉质黏土——浅灰色，灰黄色，湿，硬塑。局部含角砾较多，厚度一般为3～6 m；

（3）全风化凝灰岩——浅灰色，土状风化，可塑～硬塑。

地下水主要为孔隙潜水，无化学侵蚀性。地表水为海水，氯盐环境作用等级为L2。

2 处理方案

工程位于福建省最大的海湾，加之软土地层的高压缩、低强度和低渗透等特性，故对该层软土地基进行系统的处理并满足严格的工后沉降控制要求则直接关系到整个铁路支线工程建设的质量、进度和投资［1］。因此，本方案采取塑料排水板联合水泥土搅拌桩、超载预压排水固结法、真空加堆载联合预压排水固结法等3种软基处理工法在大型铁路货场及集装箱装卸场进行系统的试验研究［2］。选取江阴港铁路支线大型铁路货场及集装箱装卸场区域进行现场试验，采用3种组合不同的工法或工艺进行试验性施工，以检验各种工法或工艺的适用性，达到优化设计，指导今后大规模施工的目的。

整个场区划分为一般场地段、铁路线路段和集装箱堆放区域，分别对其进行地基处理。一般场地段采用大面积塑料排水板联合堆载预压法（超载高度1 m）施工，铁路线路段采用塑料排水板联合水泥搅拌桩加固法施工，集装箱堆放区域采用真空－堆载联合预压法施工。经过试验，处理效果满足设计要求，验证了此方案的可行性。

3 处理方案的实施

3.1 砂垫层施工

砂垫层施工总面积145.6万m2，按2.5 m 厚填筑共计364万m3。为了满足工期要求，结合潮汐情况，在集装箱装卸场外侧选择一适当地点修建临时砂码头，储砂能力要求不少于3万m3，再设置至货场的汽车运输便道。保证了大潮期间组织运砂船直接卸砂至场区，在小潮水位无法满足轮船进入货场时，可卸砂在砂码头，再通过汽车转运至货场填筑。同时，在每天落潮期间，也可用汽车运输码头储砂进行填筑。确保了无论是大潮小潮还是涨潮落潮期间，都能进行连续作业。

3.2 塑料排水板联合堆载预压

3.2.1 材料类型

塑料排水板采用SPB－B型。

3.2.2 关键工序控制［3－4］

（1）放样时要根据设计准确放样。铁路路基下面排水板要平行于线路放样，并在每个孔位都作好标记，确保后续搅拌桩施工准确对位。

（2）穿靴。将塑料排水板端部穿过预制靴头固定架，对折带长10 cm，固定联结，预制靴头采用铁质靴头。

（3）插入过程要楔好套管，防止淤泥进入板芯，以免造成堵塞，影响排水效果。

（4）施工所用套管应保证地基中的塑料排水板不扭曲。排水板需要接长时，采用滤套内平接的方法，芯板对扣，凹凸对齐，搭接长度25cm，滤套包裹，用可靠措施固定。

3.2.3 处理效果检测与分析

（1）沉降－时间关系分析。从图1的沉降－时间关系图可以看出，在堆加土体荷载后，土体沉降明显加快，到170天时沉降趋于平缓，至240天时沉降基本稳定。

（2）土体钻孔取样试验。从表1中可知，该区域的淤泥层经填土堆载及插塑料板后，其工程力学性能变好，强度得以提高，天然含水量降低，天然孔隙比变小，固结系数变大，淤泥层的固结程度得以明显提高。软土地基经塑料排水板处理以后，土样在各级荷载作用下，相应的固结度均有所提高。由此可见，淤泥层经过排水固结，其固结度指标已完全达到设计要求。

表1 堆载预压前后淤泥层的物理力学指标对比表

3.3 塑料排水板联合水泥搅拌桩

3.3.1 水泥搅拌桩相关设计参数

（1）桩长12.0m，间距1.2 m，正方型布置，桩径Φ500 mm。

②在有海水等腐蚀环境下，搅拌桩水泥采用32.5R 矿碴水泥。

③水泥掺入量不小于加固湿土重15%，水灰比为0.5，每延米水泥用量50～60 kg。具体掺量可通过试桩确定。

④90 d龄期桩身无侧限抗压强度不小于1.3 MPa，复合地基承载力不小于90 kPa。

图1 堆载预压区3＃及5＃位沉降－时间曲线图

3.3.2 水泥搅拌桩施工技术［5－8］

（1）水泥搅拌桩采用“四喷四搅”工艺，成桩结束后，清理钻杆和压浆管道，进行移架移位，每班必须认真、真实进行成桩记录。

（2）搅拌桩施工关键工序控制：①桩长——根据设计桩长在钻杆相应高度做好明显标记，再根据现场电脑打印小票进行复核，确保钻进深度。②灰浆比重——灰浆严格按0.5的水灰比进行配置，每次配浆必须检查灰浆比重，在1.70～1.75 间为合格，否则要根据比重再次进行调配。③ 喷浆量——施工前对每台钻机上的电磁流量计进行校核，施工时不定时检查现场打印小票的每米喷浆量记录。④停浆面——停浆面应选择在原地面下0.5 m，否则封浆面太浅将造成灰浆外流堵塞排水板滤膜，影响排水效果。

3.3.3 地基处理效果分析

对复合地基进行荷载试验时，6＃－1＃桩和3＃－2＃桩加载达到预期最大试验荷载时，终止加载。试验加载到90 kPa时，沉降量分别为1.360 mm、3.375 mm；试验加载到180 kPa时，总沉降量分别为4.435 mm、9.040 mm；复合地基承载力特征值均≥90 kPa，满足设计要求。塑料排水板联合水泥搅拌桩处理可使桩周软土中空隙水通过排水板排出，加速软基固结。同时，水泥浆与土体搅拌成桩，形成复合地基，提高了地基承载力。

3.4 真空联合堆载预压

3.4.1 真空预压的原理［9］

真空预压法是在设置好砂垫层与竖向排水通道基础上将密封膜封闭住被加固软弱土体并抽气形成真空，使得该砂垫层及排水通道内产生负压，在该压差作用下产生固结压力使之源源不断排出土体中的孔隙水以完成土体固结的地基加固方法。

3.4.2 工艺流程及沉降观测［10－12］

工艺流程如图2所示。

沉降观测：真空预压每一单独处理区域埋设12个沉降观测板，每天观测一次；在沉降速率较大的情况下，还应加密观测。地面沉降量用仪器测量，精度要求准确到±1 mm。每天观测数据都要做好记录，及时整理并绘制沉降－时间关系曲线图，为真空预压卸载提供依据。

3.4.3 真空、堆载联合预压效果检测与分析

（1）真空预压相关设计参数。真空预压采用两布两膜工艺两层真空膜上下均设一层SNG300无纺土工布，真空密封膜采用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。真空、堆载联合预压处理范围土层的竖向变形（沉降值）不小于1.5 m 或平均固结度不小于80%。

图2 真空、堆载联合预压工艺流程图

（2）效果分析。通过试验对真空预压条件下软基固结特性进行分析。由于真空加堆载联合预压加固方案设计合理，各施工环节都能严格按照设计标准施工，且对保证性的关键工作进行了改进和创新，试验工作全面达到了预期目标。

（3）密封沟施工工艺的改变与创新。传统密封沟布置在加固区的周围，在真空预压施工中它主要起周边密封的作用。密封沟一般采用人工配合挖掘机开挖，将膜体四周沿密封沟内壁埋入土层，用黏土回填密实，并覆水。传统的密封沟下部易泄漏，深大的基坑将给密封膜埋设造成很大困难，淤泥层很容易在两旁砂垫层的压力下向基坑中心产生水平位移，造成淤泥隆起现象。

本工程对密封沟的施工工艺进行了创新，采用淤泥搅拌密封墙密封。采用双钻杆搅拌桩机，桩径50 cm，采取“四喷四搅”方式进行施工。其布置图见图3。

图3 淤泥搅拌桩布置示意图

4 效益分析

（1）本工程砂垫层使用总量按145.1万m3计，河砂市场价为78元／m3，海砂市场价为62元／m3，建造靠海临时砂码头花费368万，则产生：经济效益1 953.6万元。

（2）真空预压总面积为196 483 m2，按20 000 m2一块分区进行预压。若按传统方法施作密封沟，开挖断面为25.5 m2，需挖沟5 657 m，总计开挖砂垫层144 350 m3。采用淤泥密封墙工艺，淤泥搅拌桩按横向布置2排、桩间距0.5 m、桩钻深5 m 计，需施工的桩长度为113 140 m。如果一台搅拌桩机每天可施工800 m，则需142 d。开挖成本按3.0元／m3计，搅拌桩机按800元／d计，则有经济效益31.9万元。

（3）研究提出了针对福建浅海区软基处理的各项工艺参数及宝贵的施工经验。将科研成果应用于浅海区大面软基处理，使得江阴港铁路支线工程在保证工期、安全、质量的前提下，节省了投资，取得了良好的社会效益。江阴港区东南电化搬迁项目、中石化、药农化工等大型填海工程都采取了轮船运砂和修建砂码头的方式进行施工。

5 结论

（1）排水固结是浅海滩涂区软基处理最常用也是最行之有效的一种方法。但是，由于建设周期及上部建筑物功能的要求，所采用的软基处理方法也要作相应改变。

（2）只采用排水板处理适合普通填筑区域，处理周期长，但成本低；堆载预压处理适合矮层构造物区域，能在有效减少排水固结周期的同时不过多增加成本，且施工简单；真空加堆载联合预压适合于承载力要求较高且工期较紧的区域，能在短时间内通过排水固结软基，但施工较复杂，成本较高；水泥搅拌桩联合真空预压处理适合对沉降及地基承载力要求很高的区域，如铁路路基，这种方法处理效果明显，但成本较高。

（3）由于工程地质条件的差异性、建筑功能的多样性及现场施工情况的复杂性，对于一个具体工程来说，如何选用合适的地基处理方法，对于工程进度的合理性和工程质量的可靠性都至关重要。结合本工程所采用的综合处理方法，效果显著，达到了安全可控、质量可靠、成本可控的三重效益。

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