滨州港软基处理相关问题及解决措施

张 哲，张桂平，马晓雪，赵军，尚志辉，马海燕

（交通运输部天津水运工程科学研究所，天津水运工程勘察设计院有限公司，天津 300456）

引言

真空预压是软基处理常用的一种方式，在我国沿海陆域形成项目中得到广泛应用[1-2]。滨州港某软基处理项目软基处理深度约19 m，需采用排水板桩机施打排水板。因工期紧张，现场在吹填完成、排出场地表面余水后即开展真空预压作业。新近吹填土含水量高、承载力弱，无法为排水板桩机提供承载力，项目采用了浅层直排式真空预压与深层真空预压相结合的方式进行软基处理。浅层软基处理环节采用人工插打塑料排水板的方式对表层4 m 的软土进行处理，旨在为后续深层真空预压阶段排水板桩机进场提供承载力。深层真空预压阶段对厚度约19 m 的软土进行了处理并取得不错的效果。

该项目实施过程中遇到了吹填软土表面铺设浅层真空预压工作垫层、人工插打塑料排水板、深层真空预压排水板周边出现孔洞及深层真空预压阶段预压区外部地面裂缝等问题，经现场研究探索找到了相应的解决措施，确保了工程的顺利开展。

1 工程概况

项目位于滨州港海港港区，通过港池及航道疏浚土吹填形成约85 万m2的陆域。吹填区原位处分布有10 m 厚度的天然沉积软土，后续吹填软土厚度9 m，软土厚度合计19 m。为确保后续工程的承载力需求，现场采用浅层直排式真空预压与深层真空预压相结合的方式进行软基处理。浅层真空预压与深层真空预压的平面分区保持一致，共分为33 个分区，每个分区面积大约2 万～3万m2，真空预压平面分区见图1。

图1 真空预压平面分区图

2 相关问题及解决措施

2.1 浅层真空预压工作垫层铺设

浅层软基处理开始前，现场对吹填区表层4m软土进行了取样，相关指标见表1。

表1 表层4m 土层指标表

由表1 可知，吹填土表层0～2 m 深度为流泥，含水率在80 %以上，2～4 m 深度为淤泥，含水率在70 %以上，两层土抗剪强度均小于2 kPa，承载力低，作业人员无法正常通行，需搭建施工便道为铺设工作垫层提供条件。由图2 浅层真空预压断面图可知，浅层软基处理阶段首先需要在吹填区软土表面铺设一层200 g/m2编织布，因此需要解决在软泥上铺设浅层真空预压工作垫层的问题。孙浩[4]等提出的“平板泡沫浮桥”是一种有效的办法，但该方法较为繁琐且需使用竹竿对四角开孔的塑料泡沫板进行固定，加大了工程投入。

图2 浅层真空预压断面图

经研究，现场在吹填区外将单块面积为1 000 m2编织布用手提式缝线机缝合，缝合时搭接宽度不小于100 mm 并采用双线缝合。每块缝合后的编织布面积略大于相应真空预压小分区的面积，本项目按照每边扩展2 m 进行控制。编织布缝合好后整理成卷状，铺设时先在吹填区边界处展开较小长度的编织布并铺设在吹填区地表，然后在编织布上铺设塑料泡沫板，相应数量的作业人员成排踩在塑料泡沫板上，用木杆驱动卷状的编织布向前滚动铺设，不但满足了通行需求且节省了材料，还减少了作业人员的体力消耗。图3为现场用手提式缝线机缝合编织布的照片，图4为铺设编织布的照片。

图3 编织布现场缝合

图4 铺设编织布照片

2.2 人工插打塑料排水板

本项目浅层软基处理阶段需采用人工将塑料排水板插入软泥之中，排水板入土深度4 m。唐蔚东[5]等研制了人工“插枪”，作业时人工握住“插枪”杆体借助手与杆体之间的摩擦力将排水板插入软泥中，是一种较为有效的办法，但当排水板插打深度较大时，作业人员将消耗较大体力。本项目需人工插打4 m 长度的排水板，若采用该“插枪”将对作业人员造成较大的体力消耗。经研究，现场对该“插枪”进行了改进，在杆体上垂直焊接了一段“手柄”，插杆端部设有“卡板槽”，用于固定塑料排水板。插打塑料排水板时先将塑料排水板底部用沥青密封，并将沾有沥青的一端穿入插杆的“卡板槽”内，手握插杆手柄将塑料排水板插入软泥中，该工具帮助作业人员较好地节约了体力。图5 为唐蔚东[5]等研制的人工“插枪”的作业照片，图6 为本文改进后的人工插板工具的作业照片。

图5 人工“插枪”的作业照片

图6 本文人工插板工具的作业照片

2.3 深层真空预压排水板周边孔洞

因浅层软基处理阶段对吹填区表层4 m 土体进行了处理，致使地表形成了一层“硬壳”。在该项目深层软基处理采用桩机施打排水板时，排水板周边形成了“孔洞”，若不进行处理，在真空抽气阶段，密封膜在真空压力下将会在该位置处被撕裂，进而产生漏气，影响软基处理效果。现场采用中粗砂填补了排水板周边的“孔洞”，减小了密封膜在真空抽气阶段被撕裂的风险。采用的中粗砂含泥量不大于5 %，渗透系数不小于5×10-3cm/s，干重度不小于15 kN/m3。图7 为排水板周边“孔洞”照片。

图7 排水板周边“孔洞”

2.4 影响区地面裂缝

深层真空抽气阶段，在真空预压“收缩”效应[6]作用下，预压区外部部分区域产生了大致平行于预压区边界的裂缝，这将影响预压区的密封效果。关于裂缝产生的原因，作者认同高志义[6]的观点：预压区外部周边受影响范围内的区域（以下简称影响区）在真空预压作用下，会产生向预压区的收缩变形。影响区土体每一个土颗粒都存在一个向预压区内的吸力，当该吸力大于该土颗粒与其后方紧邻土颗粒之间的粘聚力时，两点土颗粒即发生断裂，前方土颗粒在真空吸力作用下向预压区移动，后方土颗粒的位移小于前方土颗粒的位移，进而产生裂缝。

现场发现上述问题后，迅速研究了解决措施并付诸实施，具体方法为：将黏土拌合成泥浆，泥浆重度按 13～14 kN/m3进行控制，泥浆浓度采用比重计进行抽样检测，比重大于 1.3。泥浆拌合好后将其灌入裂缝中，在真空负压吸力和重力作用下，泥浆不断地填补到裂缝中，并逐渐把裂缝灌满，起到了密封效果。

3 工艺效果

3.1 浅层真空预压效果

浅层软基处理结束后，现场对预压区表层4 m土体取样进行检测，浅层真空预压处理前后表层4 m 土体指标对比情况见表2。

表2 浅层软基加固前后土体情况对比表

由表2 可知与浅层软基处理前相比，预压区表层4 m 土体含水率下降60 %～80 %，抗剪强度增长200 %以上，其中2～3 m 深度抗剪强度增长超过400 %。预压区表层形成了“硬壳”，满足了后续深层真空预压桩机进场的需求，说明本文提出的在吹填软土表面铺设浅层真空预压工作垫层、人工插打塑料排水板的方法在方便快捷、不增加工程资金投入的情况下，可以确保浅层真空预压的处理效果。

3.2 深层真空预压效果

1）膜下真空度

深层真空预压抽气共计90 天，真空抽气期间现场对预压区真空度进行了监测，因影响区地表裂缝发现的较为及时且采取的泥浆灌缝措施迅速有效，真空预压抽气期间33 个分区膜下真空度均保持在85 kPa 以上，说明本文提出的泥浆灌缝措施处理影响区地表裂缝是一种可行的办法。

2）加固效果

方便起见，选取距离影响区地表裂缝最严重的第25 分区进行研究。该分区深层软基加固前后土体抗剪强度对比见图8。可以看出土体抗剪强度显著增大，最小增加近20 kPa，最大增加约30 kPa。

图8 加固前后土体抗剪强度对比图

本工程设计要求软基处理后地表承载力特征值不小于80 kPa，现场采用边长b=0.5 m 的方形承压板进行浅层平板载荷试验。根据规范[7],取最大加压荷载P=160 kPa 进行试验。第25 分区浅层平板载荷试验p-s曲线见图9，可以看出p-s曲线整体较为光滑，未出现陡降段，在最大加载160 kPa下，累计沉降值为7.51 mm，现场平板载荷试验过程中承压板周围土体未发生侧向挤出。根据规范[7],处理后地表承载力特征值不小于0.5 倍的最大加压荷载，即80 kPa，达到了设计要求。

图9 平板载荷试验p-s 曲线

综上所述，深层真空预压加固后土质得到明显改善，说明该项目深层真空预压实施过程中出现的排水板周边孔洞及影响区地面裂缝的处理措施得当，可以保证软基处理的效果。

4 结语

文章针对滨州港软基处理项目中遇到的在吹填软土表面铺设浅层真空预压工作垫层、人工插打塑料排水板、深层真空预压排水板周边出现孔洞及深层真空预压阶段影响区地面裂缝等问题提出的相应解决措施简单有效、方便快捷，并可以保证真空预压软基处理的效果，可以为类似工程提供借鉴。