塑料排水板堆载预压法在湄洲湾港大型深水泊位填海造地工程中的应用

■陈锦峰

（福建八方港口发展有限公司，莆田　351152）

塑料排水板堆载预压法在湄洲湾港大型深水泊位填海造地工程中的应用

■陈锦峰

（福建八方港口发展有限公司，莆田351152）

本文采用布设表层、分层沉降观测点以及孔隙水压力的方法对湄洲湾港大面积填海造地工程堆载预压施工过程进行监测，利用观测结果指导堆载预压施工。在堆载预压施工完成后，在已布设的监测点平面位置下的软基进行十字板剪切试验，数据表明塑料排水板堆载预压法在大面积填海软基处理中取得了良好的效果。

塑料排水板堆载预压排水固结沉降量十字板剪切试验

0　引言

近年来，随着海西建设不断掀起阵阵施工热潮，湄洲湾港利用自身良好的深水岸线资源，正在朝大型化、深水化港口方向发展。为了满足大型深水泊位的建设需要，通过填海造地形成的陆域面积逐年增大，而填海造地原自然泥面一般都是软土地基，软土地基由于含水量高、压缩性大、强度低、力学性能较差且埋藏深度厚，这对填海工程地基处理提出了更高的要求。为了满足大面积软土地基加固要求，一般常用的方法有堆载预压法、真空预压法或者真空联合堆载预压法，而堆载预压法由于有其独特的优势，施工方法简便，且堆载料卸载后可以重复利用，因此，堆载预压法在大型深水泊位填海造地工程中得到了广泛的应用，并取得了良好的软基处理效果。

为此，本文通过对湄洲湾港东吴作业区东1#、东2#深水泊位在填海造地堆载预压施工过程中已监测到的表层沉降、分层沉降与孔隙水压力数据进行分析，并利用在已布设的监测点平面位置下的软基进行十字板剪切试验得到的试验数据，来分析塑料排水板堆载预压法在大型深水泊位填海造地工程施工的效果。

1　工程概况

1.1工程简况

本项目位于福建省莆田市湄洲湾北岸东埔镇东吴村门峡岸段，东1#、东2#泊位结构分别按靠泊20万吨级、10万吨级散货泊位设计，在陆域吹填前，场地为自然岸线滩涂地带，填海面积约92公顷，均用海砂吹填而成。东1#、东2#泊位是煤炭专用散货泊位，设计要求地基处理后堆场应满足使用荷载180kN/m2的要求，现有场地地基承载力本身满足不了设计要求，因此，需要进行地基处理。由于项目附近砂源丰富，且地基处理时间相对宽松，另外东1#泊位堆载预压完成后的堆载料可以转运到东2#泊位重复堆载使用，因此，在经过对地基加固方案比选后，决定采用堆载预压结合塑料排水板的方法对东1#、东2#泊位陆域形成场地进行处理。为了更好的指导堆载预压施工，本项目选择专业的软基监测单位对堆载预压施工过程进行监测，监测的内容有面层沉降、分层沉降以及孔隙水压力等。堆载预压完成后，还在原先监测点位上进行地基处理完成后的软基现场十字板试验，查看堆载预压后的软基处理效果。

1.2工程地质情况与评价

监测场地处于滨海浅滩区，堆场及陆域区表层分布有3.2m～19.1m厚的①～③淤泥性软土层，且淤泥性为土为高压缩性、高孔隙比、低透水性特殊性土，工程地质性能差，在荷载作用下易产生过量沉降或产生滑移等不良现象，需对其进行地基处理，本次软基处理的面积约90公顷。

场地内分布的主要软弱土层如下（①、③软弱土层主要物理力学指标详见表1）：

①淤泥混砂：为第四系海陆交互相沉积成因。深灰色，流塑，饱和。富含腐殖质，不均匀含有10.3%～69.7%粉砂。捻面有砂感，有光泽反应，干强度中等，韧性中等，摇震反应慢。，以淤泥为主，局部相变为淤泥质粘土。层厚0.6m～17.8m。

②层为海陆域交互相沉积及陆相冲积成因，按其成分不同可分为两个亚层：

②-1混砂淤泥：为第四系海陆交互相沉积成因。灰色，松散，饱和。成分以砂为主，次为淤泥。

②-2粗砂：灰黄色，稍密-中密，局部松散，饱和。本层以砂为主，局部地段相变为砂砾。层厚0.5～6.9m，层顶高程在2.08～-19.61m。

③淤泥混砂：为第四系海陆交互相沉积成因。深灰色，流塑，饱和。富含腐殖质，不均匀含有12.9%-67.9%粉砂，稍具粘性，捻面粗糙，有光泽反应，干强度中等，韧性中等，摇震反应慢，略具腥臭味。层厚1.4～16.9m，层顶高程0.89～-15.61m。

表1　软土层主要物理力学指标

2　地基处理方案

软基处理关键在于尽可能在施工期消除场地软基和回填层的沉降，从而控制使用期结构物沉降，确保地基强度满足使用要求。不同的软基处理方式有着不同的优缺点，经过技术经济优缺点比较，并结合类似工程的设计经验，本工程地基处理方式采用塑料排水板+堆载预压加固方案。

首先在已铺设的砂垫层上施打塑料排水板，采用B型塑料排水板，间距1.2m，正方形布置，要求穿透淤泥性软土层，并超出砂垫层顶面20cm。然后分层吹填海砂堆载预压，共分5级加载，最后一级加载固结度要求达到90%以上，且在满足沉降数据连续10d每日沉降量均小于1.5mm的要求时方可进行卸载。

3　地基处理施工

3.1塑料排水板施工

本工程地基处理区域首先在软基自然泥面开始吹填海砂至标高+3.5m，铺设1m厚的中粗砂垫层至标高+ 4.5m，紧接着施打塑料排水板，塑料排水板采用B型，其性能指标符合《塑料排水板质量检验标准》（JTJ/T257-96）的规定要求。塑料排水板的间距为1.2m，正方形布置，施打深度随软土层厚度而定，要求打透①～③淤泥性软土层，并超出砂垫层顶面20cm。

塑料排水板施工工艺：

（1）根据各区已验收砂垫层场地的施工基线、水准点等资料，用全站仪测放各区控制点，各区控制点插红色小旗及打下木桩并标明控制点编号。用全站仪和钢尺按正方形布置、间距1.2m测放出塑料排水板打设板位，并用竹签或排水板芯等插入砂垫层作标记。

（2）插板机移机定位，安装排水板桩靴。施打作业时，插板机的桩靴落地定位由插板机驾驶员在控制室内控制，其误差控制在±70mm范围内。

（3）各区域的塑料排水板均按正方型布置、间距1.2m。施工操作人员根据安装在插板机上的金属活动垂针和刻度盘，控制桩管下插时的垂直度偏差不得大于±1.5%。

（4）上拔桩管至桩管下端高出砂垫层面500mm。上拔桩管时，施工人员应仔细观察排水板有没有回带现象，若回带长度超过300mm，则在板位旁附近补打一根，回带根数不得超过打设总根数的5%。

（5）切割排水板，控制排水板在砂垫层顶面以上的外露长度不小于300mm。

（6）移机进行下一根排水板施工。

3.2堆载预压施工

在塑料排水板施工完成后开始回填砂堆载预压施工，本次堆载预压共分5级，预压起始标高为+4.5m，分级高度为第一级3.8m （+4.5m→+8.3m），第二级为2.9m（+ 8.3m→+11.2m），第三级为3m（+11.2m→+14.2m），第四级为2.5m（+14.2m→+16.7m）第五级为2.5m（+16.7m→+ 19.2m）。其中，斗轮机轨道基础堆载为五级堆载，堆高+ 19.2m，顶面宽度20m；其他区域堆载为三级堆载，堆高+ 14.2m。堆载预压断面图如下：

堆载预压施工时应进行分层堆载，分层回填厚度不大于100cm/层，当分层填至堆载预压分级高度时，应停止堆载，进行静压。每级加载时间为30天，静止预压时间40天。静压间歇期应保持间歇期分级高度不变，如发生沉降超过500mm的情况应及时进行补填。待空隙水压力基本消失后（固结度达到90%以上），方可进行下一级预压荷载的分层回填。堆载预压在满足沉降数据连续10d每日沉降量均小于1.5mm的要求时进行卸载，卸载后的场地标高为+9.0m。

4　软基处理监测数据分析

4.1表层沉降变化曲线

为了更好的说明堆载预压施工过程土体表层沉降量的变化情况，本文选取了具有代表性的斗轮机轨道上的沉降观测点S25进行分析。点S25于2010年7月29日开始监测，软基原始泥面标高为+0.46m，砂垫层标高+ 4.5m。砂垫层铺设完成后开始埋设沉降观测点，面层沉降板埋设在砂垫层面上，标高为+4.5m。

本次加载共分5级，加载与静压时间约为10个月。第一级加载施工时间59天；第二级加载施工时间41天；第三级加载施工时间70天；第四级加载施工时间60天。第五级加载施工时间56天。

从图2可以看出，堆载预压开始施工后，随着荷载的增加，沉降量明显增加，特别是前3级堆载高度由+4.5m加载至+14.2m时沉降量最明显，由零增大至1000mm，当堆载高度由+14.2m加载至+19.7m时，沉降量明显减小并最终收敛至1292mm，最终固结度达到90%以上。

4.2分层沉降变化曲线

从图3分层沉降随时间变化曲线可以看出，靠近地表部分的沉降量最大，随着深度增加，沉降量逐渐减小。另外，在施工初期沉降量最大，以表层土f1沉降量来进行沉降分析，施工时间由零至125天左右，沉降量达550mm，沉降速率达到4.4mm/d，而随着软土的不断固结，施工时间由125天至300天时，沉降量为150mm，沉降速率为0.86mm/d，分层沉降趋于稳定。

4.3孔隙水压力变化

从图4孔隙水压力与时间曲线可以看出，孔隙水压力随着堆载预压荷载的增加而迅速增加，这是由于瞬间加载的附加应力主要由孔隙水压力来承担，而在静载期间，孔隙水压力逐渐消散。待继续加载大一级荷载时，孔隙水压力又开始增大，但由于土体强度的增大，上部堆载荷载逐渐由土体来承受，孔隙水压力增幅较小，且随着时间的推移，孔隙水压力逐渐消散，并最终趋于稳定。

4.4现场十字板原位试验

本工程淤泥软土在堆载预压前后分别实验室与施工现场做了淤泥原状土与重塑土的十字板剪切试验，其强度的变化如下表2：

表2　堆载预压前后不同深度淤泥质土的十字板剪切强度（kPa）

由表5可知，堆载预压施工后，原状土的十字板剪切强度平均值由30.88kPa增大为60.68kPa，强度提高了96.5%；重塑土的十字板剪切强度平均值由4.2kPa增大为16.36kPa，强度提高了289.52%。由此，可见堆载预压施工后，淤泥软土的剪切强度得到了大幅提高，地基加固效果十分明显。

5　结论

（1）表层沉降、分层沉降监测结果分析表明，采用塑料排水板与堆载预压施工法加快了软土地基的固结沉降，大大减少了使用年限内的沉降，取得了良好的加固效果。

（2）通过对软土孔隙水压力分析，表明塑料排水板作为排水通道配合堆载预压的施工，能够使软土的孔隙水压力得到快速的消散，增加了软土的承载力。

（3）现场十字板试验表明，经过处理的软土地基的抗剪强度得到了大幅度的提高，其中原状土提高了96.5%，重塑土提高了289.52%，保证了日后使用期的地基稳定。

（4）通过上述分析表明，塑料排水板与堆载预压施工工艺不但简单，而且在软土地基加固上效果也是十分明显的。

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