大面积吹填淤泥区隔离带施工技术

许安位，陈雪芹

（桐乡市交通工程有限公司，浙江 嘉兴 314501）

大面积吹填淤泥区常根据使用需求分区进行软基处理，在分区位置设置隔离带，以阻止非处理区淤泥向处理区流动。隔离带常规施工技术是直接在分区位置打设充填砂袋形成围堰，因吹填淤泥具有高含水量、高压缩性、低渗透性等特性[1]，导致该技术施工难度大，成效低。根据对天津临港及南港、河北黄骅等地区类似工程调查发现，在吹填淤泥上充填砂袋时容易产生下沉，随着软基处理的进行，已吹填完成的砂袋围堰还可能产生倾覆，造成浅层硬壳层破裂、淤泥反起、形成翻浆的现象。充填砂袋围堰没有起到隔挡作用，且无法按设计要求进行施工。

采用无砂垫层真空预压法对新近吹填的超软淤泥地基进行浅层加固，吹填淤泥表层会形成具有一定强度和厚度的硬壳层，土体物理力学性质明显改善[2-3]，利用吹填淤泥的固结特性，结合天津南港某吹填造陆工程软基处理分区隔离带实际施工情况，提出了新的技术方案。实践证明，该技术方案是可行的，且具有良好的经济和社会效益。

1 工程概况

1.1 工程规模

天津南港某吹填造陆工程位于独流减河河口南侧7km 处，长方形布置，呈东西走向，西起天津南港工业区B03 路路基围埝，东至东防波堤，全长6035m，宽717m，工程内容包括：新建围埝、二级子埝、吹填及地基处理等。其中，吹填造陆面积432.4 万m²，地基处理面积约为181.1 万m²，施工总平面布置见图1。工程由二个标段组成，一标段要求吹填标高为+6.1m，软基处理交地标高+3.7m，二标段要求吹填标高为+6.2m，软基处理交地标高+3.8m。

1.2 地质情况

吹填取泥区位于南港工业区东港池内部，属华北平原滨海地貌，其表层多为典型第四纪滨海相软弱沉积层，勘察区域地下水形相对平缓，高程为-3.22～-4.06m不等。本工程取泥可开挖至高程-16.0m，对取泥区各土层的疏浚类别判定如表1 所示。

表1 各土层疏浚类别判定表

1.3 淤泥特性

现场采集吹填土样进行常规颗粒分析，得到土体颗粒组成以黏粒为主，小于0.075mm 颗粒占总质量的78%～99.4%[4]，工程场地吹填后没有时间进行晾晒，吹填土的含水量在100%以上，为浮泥-淤泥状态。

2 隔离带施工方案选择

大面积吹填淤泥区隔离带原设计方案是形成充填砂袋围堰，阻止非处理区淤泥向处理区流动。但是在大面积吹填淤泥区施工充填砂袋围堰存在诸多问题，一是吹填管线要跨过四百多米宽的吹填淤泥区域，其间要布设多处浮管，难度大且成本高；二是为保证受力均衡充填砂袋分层分段进行，需频繁调整吹填管线位置；三是需要大量工人直接在吹填淤泥区作业，安全隐患大；四是充填砂袋时机不好把握，设计单位建议在抽气阶段边观察边施工，因可施工的时机短暂，同时组织大范围施工时间上来不及。

经过总结类似工程的施工经验、论证分析，提出了新的施工方案，即取消充填砂袋，直接利用吹填淤泥的固结沉降特性，通过改进软基浅层处理施工工艺，在隔离带形成硬壳层斜坡，将非处理区吹填淤泥的流动范围控制在隔离带以内。改进措施主要包括两方面，一是推算软基处理沉降量，据此分阶段依次缩短隔离带塑料排水板的长度，在抽真空作用下可形成斜坡；二是在隔离带靠近非处理区一侧密封膜下放置自重轻、具有一定抗压能力的材料，形成具有一定高度的拱包。

3 新方案的具体措施

3.1 塑料排水板长度确定

3.1.1 最小压缩厚度的确定

天津滨海地区历年施工经验表明，通过人工排水，吹填淤泥表层形成与下部土层呈渐变的硬壳层，硬壳厚度变化范围为50～55cm，其强度应好于或接近于滨海相沉积层的软黏土，状态应为可塑——软塑，含水率为35%～48%。

本工程隔离带总长约6,452m，宽30m，总的压缩厚度为4.5m。为形成斜坡，靠近非处理区一侧压缩厚度应减小，靠近处理区一侧塑料排水板的长度保持为4.5m，靠近非处理区一侧塑料排水板长度应能够形成0.5m 厚的硬壳层同时沉降最小。假定软基处理前后土体积不发生变化，软基处理前含水率为90%，软基处理后含水率为45%，土粒比重取2.70。设软基处理前的参数为V土、V水、M土、M水、V总，软基处理后的参数为V土'、V水'、M土'、M水'、V总'，可建立以下方程：

软基处理前后土体积不发生变化，则V土=V土'，联立解上述方程，可得V总=0.9，即至少需0.9m 厚的土才能压缩到硬壳层的厚度，则可得B 点排水板的厚度为0.9m。

3.1.2 塑料排水板的布置

塑料排水板的间距仍按原设计的0.7m×0.7m 间距布置，为形成平顺过渡段，且考虑塑料排水板施工的便捷性，过渡段排水板的长度分为四类：长4.5m，布置宽度为10m；长3.5m，布置宽度为5m；长3.0m，布置宽度为5m；长2m，布置宽度为5m；长1.0m，布置宽度为5m。形成断面见图2。

图2 变长度塑料排水板布置

3.2 形成拱包材料选型

形成拱包的材料应具有自重轻不会下沉到吹填淤泥中，同时在抽真空期间应能承受一定的压力不被压扁。泡沫板自重轻，但抽真空期间会有产生一定量的压缩，经现场试验，会压缩约25%，因此选取1m 厚的泡沫板，实际压缩后高度为0.75m。另外考虑选用废弃空油桶，其自重轻，也不易压缩，但因用量大，难以集齐。最终选用泡沫板，高1m，底宽2m。

3.3 抽真空孔隙水反压覆盖

完成真空泵系统安装，空载调试真空射流泵，当真空射流泵上真空度达到0.096MPa 以上，抽真空，并将排出的孔隙水覆盖在加固区内。

3.4 硬壳层稳定性分析

通过采取新的措施在隔离带形成的硬壳层如图3 所示。

图3 隔离带形成硬壳层示意图

断面共分为三部分，采用Bishop 法计算圆弧滑动的计算参数，主要特征参数见表2。

表2 主要特征参数

③区吹填淤泥的液限为39.3%，其含水率远高于液限，故吹填淤泥会向②区流动，产生附加荷载，荷载值大小与淤泥厚度呈线性关系，最大值为76.5 kPa。采用岩土理正计算5.6 版，边坡稳定分析，复杂土层土坡稳定计算。考虑土工布及密封膜起锚固作用，筋带力作用于滑面切线方向，通长布置，强度为100 kN。计算结果如图4 所示：

图4 计算结果显示图

最不利滑动面：

滑动圆心=(17.480,27.600)(m)

滑动半径=32.691(m)

滑动安全系数=2.495

由此说明，采取新的方案形成的硬壳层是稳定的，能满足使用需要。

3.5 施工效果

通过应用新的技术，以打设不同深度的塑料排水板来控制浅层加固过渡段不均匀沉降，使其形成一个硬壳层斜坡，并利用泡沫板形成一道坎，将抽真空排出的孔隙水反压覆盖到处理区一侧，由此可有效控制非处理区一侧的淤泥不流入到处理区一侧。施工效果如图5 所示。

图5 隔离带硬壳层形成

4 结束语

利用吹填淤泥的固有特性，依靠自身固结沉降形成斜坡，控制非处理区淤泥流动范围仅限于隔离带内。该技术主要有以下特点：

（1）通过缩短塑料排水板减少加固深度形成土梗和土体孔隙水反压覆盖与未加固区的流泥达到平衡，使未加固区域的流泥流入范围仅限于浅层加固过渡段内，从而取消充填砂袋隔挡围堰施工，并有效地缩短施工工期。

（2）通过取消充填砂袋隔挡围堰施工，可大大减少施工成本，有效降低工程造价。

（3）该技术简单快捷、操作方便，无额外加装设备，成本低。