镇海基地扩建项目建设场地预处理优化与实践

胡逸光

(中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司，浙江 宁波 315207)

镇海基地扩建项目位于浙江省宁波市，建设场地为泥质滩涂地改造，淤泥质土层较厚，淤泥质土含水率高、孔隙比大、灵敏度高、压缩模量低，易产生侧向滑移、造成地基深陷和不均匀沉降，是建设工程的不利因素。主要表现为：淤泥质软土沉降造成建(构)筑物墙体开裂、地面沉降过大影响正常作用；装备设备基础沉降过大、不均匀沉降过大造成管道之间、设备与管道之间连接拉裂等现象影响装置的正常运行；工程施工阶段的施工机具入场安全，桩基施工过程中断桩和跑桩，地下管线埋设地基处理等。

综合本工程场地特性、使用要求，本次地基预处理主要解决以下问题：

(1)解决表层素填土及原状淤泥质土层承载力问题；(2)解决工后沉降问题；(3)保证基坑开挖安全；(4)解决设备进场问题。

1 地基预处理方法选取

根据场区地基土的构成与特征，以及存在的主要工程地质问题，建设工程需进行深层地基处理。目前在滩涂地软土地基预处理中，深层地基处理采用的主要方法有真空覆水联合预压法[1]、深层搅拌桩法[2]、强夯法[3]、挤密砂桩[4]、化学加固法[5]，如表1所示。

表1 地基预处理方法比选

根据以上对比，综合考虑加固效果、工期、资金成本以及现场实际情况，本项目拟采用真空覆水联合预压法。

2 预处理施工方案

通过对本场地总图布置以及地质情况分析，以及表1几种预处理方案的比选，对主要装置区域(乙烯装置、POSM装置、乙二醇、POX及动力中心、国四套等)建设场地的淤泥质土层以真空覆水联合预压法进行预处理。

2.1 预处理分区示意图

根据地貌单元及填土、软土层分布情况对本场地整体划分为A、B、C、D共 4 个区域，具体见图1。

图1 地基预处理区域Fig.1 Foundation pretreatment area

2.2 施工工艺流程

图2 预处理C区分区示意图Fig.2 Schematic diagram of preprocessing C zone

本工程采用真空预压+覆水堆载联合排水固结法进行处理，为了加快施工进度，将地基预处理分为4个区域，其中C区分为4个区域(见图2)膜下真空度维持在不低于90 kPa，抽真空有效时间约120天，真空泵和真空度测头按800～1000 m2/台布置。具体流程如图3所示。

图3 施工流程图Fig.3 Construction flow chart

2.3 施工重点过程控制

2.3.1 真空膜的保护

当水下真空膜破损时，会使得膜面水与水下滤管相通，膜面水进入滤管，再经滤管输送至水箱，再排至膜面，形成“循环水”，造成真空泵产生大量无用功。因此施工铺设真空膜时应先去除地表层尖锐石块，并铺设2层，真空泵试抽后应检查有无漏气。

2.3.2 分区压膜沟处理

为保证真空预压作用产生最优的效果，对施工所分的四个区域采取以下措施：

(1)在沟槽开挖完成后，将压膜沟范围内的排水板与水平排水系统相连接，使压膜沟区域和主体预压区域形成完整闭合的真空体系；

(2)在密封膜施工过程中，各分区之间应进行压膜沟连接膜的处理，留足同下一分区压膜沟内膜体相搭接的长度，待新区的膜边入沟时，将完成区的露出边一同压入新区压膜沟；

(3)压膜沟完成成槽工序后，及时清理杂物，并用素粘土进行回填压实处理；

(4)在土工格栅上可加设土工布一层，作为加筋密封材料，在土工布的表面进行泥浆涂膜处理，可以很好地起到密封保护作用。

2.3.3 围堰高度和真空度控制

按分级加载要求，地基向处理区外的侧向位移速率应小于5 mm/d，地表沉降速率应小于30 mm/d。可通过调整围堰高度和膜下真空度控制地表沉降速率。

2.3.4 回带控制

(1)插入的塑料排水板必须完好无损，严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜等现象。

(2)当套筒提升时排水板应随套筒上升向管内移动，若不移动说明有回带现象。若回带超过5 m，则在原插点附近450 mm 距离以内补插。排水板根数不应超过打设总根数的5%。

(3)塑料排水板接长时先将待接排水板搭接好，搭接长度不小于200 mm。“接长板”使用量不超过总打设根数的10%。

(4)插管底部的管靴应有淤泥挡泥装置，淤泥不得进入套管内，发现套管内进入淤泥应立即改进套管端口施工工艺，控制套管内进淤泥的数量在总插板数量的5%以内。

3 预处理效果综合评价

3.1 表层沉降分析

图4 沉降速率曲线Fig.4 Sedimentation rate curve

表层沉降速率-时间曲线如上图，从图4中可以看出，随着时间的推移，地表沉降下降逐步趋缓，增长速率平均值在0～2 mm/d左右。

图5 4个区域累计沉降分析Fig.5 Analysis of accumulative settlement in 4 areas

从图5中可以看出，1区和3区的累计沉降量相比2和4区的累计沉降量小，最靠近东部边缘处的最小，仅仅530 mm左右，原因是该处存在先期堆载，土体已经提前固结；2区和4区的大部分的累计沉降量接近1200 mm，在两个区域的交接处存在高点，累计沉降量仅950 mm左右，可能与下部的土层性质有关。整个场地总体沉降量表现为不均匀沉降。

3.2 软土预处理前后物性指标对比

拟建场地上部软土主要为①2层淤泥质粉质黏土及②2层淤泥质粉质黏土，经抽真空加覆水联合预压处理后，场地上部软土层性质发生了明显变化。具体数值见表2。

表2中数据基本反映了经预处理后场地上部软土层的性质变化，其中①2层及②2层是揭露的软土层，该两层由于固结排出大量水份，其各项指标均有一定程度提高，说明经预处理后，场地上部软土层明显变好，强度也得到了提高。

3.3 地基承载力及地基土压缩模量分析

为了分析场地浅层土体的地基承载力，本次进行了浅层平板载荷试验，具体结果见表3、表4。

表3 场地表层土载荷试验成果表Table 3 Results of topsoil load test on site

表4 地基土承载力建议值表Table 4 Suggested values of foundation soil bearing capacity

表5 场地上部土层压缩模量建议值表Table 5 Recommended values of compression modulus of upper soil layer of the site

根据表5载荷试验成果表可知，场地表层土经联合预压处理后，其地基承载力特征值大多为100 kPa，仅T15和T19号试验点位置小于100 kPa，可能是由于场地局部处理效果欠佳所导致。

场地表层土地基变形模量介于3.1～10.7 MPa之间；场地处理范围内的淤泥质土经处理后普遍相变为软塑状的粘性土，其承载力特征值及压缩模量明显增大，其中填土层下部淤泥质土处理后的地基承载力特征值fak=85 kPa，压缩模量为3.53 MPa；底层淤泥质土处理后的地基承载力特征值fak=95 kPa，压缩模量为3.04 MPa。

3.4 固结度分析

表6 各分区固结度统计表Table 6 Consolidation degree statistical table of each partition

分析表6数据，预处理后场地平均固结度为71.59%，其中1区平均固结度约为59.83%，2区约为65.91%，3区为82.53%，4区为78.10%。

3.5 灵敏度分析

为了评价预处理后场地地基土的结构性，本次在施工场地范围内布置了27个十字板原位测试孔，统计分析见表7。

表7 十字板剪切试验统计成果Table 7 Statistical results of cross plate shear test

分析表7中相关数据可以看出场地内①2层淤泥质粉质黏土灵敏度为3.10，①2a层粉质黏土灵敏度为2.69，②2层淤泥质黏土灵敏度为3.15。

3.6 超固结比分析

为评价场地地基土经真空加覆水联合预压处理后的固结状态，本次试验在施工场地范围内选取7个取土孔进行了高压固结试验，结果列于表8中。

表8 上部软土超固结比汇总表Table 8 Summary of overconsolidation ratio of upper soft soil

分析表8中相关数据可以发现，场地范围内的软土层其超固结比OCR均大于1.0，其中①2层淤泥质粉质粘土及②2层淤泥质粘土由于处理效果欠佳，超固结比OCR基本介于1.0～1.1之间，为正常固结土基本接近超固结土；场地经预处理后的主要土层①2a层粉质粘土及②2a层粘土其超固结比OCR基本大于1.1，属于超固结土。

3.7 渗透系数分析

为评价场地地面下10 m范围内的地基土层经预处理后的渗透性，本次在场地范围内布置了10个勘探孔取土进行渗透试验，结果如表9所示。

表9 各土层渗透系数对比Table 9 Comparison of permeability coefficients of different soil layers

由表9可知，场地地面下10 m范围内的各粘土层(①2层淤泥质粉质粘土层除外)水平渗透系数平均值介于2.8×10-9m/s～4.8×10-9m/s之间，竖向渗透系数平均值介于1.6×10-9m/s～2.9×10-9m/s之间。

4 工程适用性、经济性综合评价

4.1 工程适用性评价

结合预处理前后场地物理力学性能要求，各项物理力学性能指标表现如下：

(1)经抽真空加覆水联合预压处理后，场地上部软土层性质发生了明显变化，且处理后同一土层的物性指标均有不同程度提高，累计沉降量约1.2 m，说明预处理效果良好；

(2)拟建表层土经联合预压处理后，普遍变为软塑状的粘性土，其承载力特征值及压缩模量明显增大；其余灵敏度、渗透系数、超固结比等各项指标都有明显提高，说明真空覆水联合预压法有效保障通水量和真空度的传递效果。

4.2 经济效果评价

从经济成本上分析，真空覆水联合预压法其造价约200元/m2，比砂桩低60%左右，比深层搅拌桩低更多。

从软基预处理效果来看，预处理有效降低了基坑开挖深度，减少了钢板桩支护费用；有效避免了桩基施工过程中断桩、跑桩和地下管线敷设过程中侧向位移等问题，减少了后续补桩、扩大承台等因地质条件差引起的返工费用；同时表层素填土及淤泥质土层的承载力也有效提高，满足了设备进场施工要求，减少了塘渣铺填等费用，为施工提供了便利。

5 结 论

本工程地基预处理的结果证明，淤泥质软土地基预处理选择真空覆水联合预压法是可行的，从工程成本上其比其它方法节省一半以上。从其施工工艺及效果上看，该方法简单易行，快速有效，对环境无污染，是一种既经济又简单有效的软基加固方法。结合加固效果、工期、资金成本以及现场实际情况，在工程建设项目中可以推广使用。