天津港新建滾裝碼頭潮間帶岸坡區(qū)真空預壓的施工-2009

1、現(xiàn)代公路 并囂 蒜 瓣天津港新建滾裝碼頭潮間帶岸坡區(qū)真空預壓的施工文朱福明分布 層位相對穩(wěn)定層厚不等 平均近秉篡標貫擊數(shù)NI擊。路、水利以及港口堆場 道路等陸上軟淤泥質粘土粘土灰色，可塑狀 高塑性，舍有機質和碎貝殼 夾粉土團和粉土薄層。平土地基處理。但處于潮間帶區(qū)域的軟土采用真空預壓進行處理的案例較為少見 取得成功的經(jīng)驗也很少。本文根據(jù)天津港北疆港區(qū)新建滾裝碼頭潮問帶岸坡區(qū)水下真空預壓處理軟土地基的工程實例 介紹了岸坡區(qū)真空預壓的施工，為類似工程提供借鑒?；疑?，軟塑狀高塑性含 砂斑、少許碎貝殼及有機質夾粉土薄層。該 土層廣泛分布 層位相對穩(wěn)定，層厚不等 平均標貫擊數(shù)N=I4擊。粘性土混碎貝殼灰

2、色，軟塑狀為主，局部可塑狀，中塑性，混較多碎貝殼和砂粒。該層層位穩(wěn)定，分布連續(xù)。 層頂高均標貫擊數(shù)N=66擊。粉質粘土灰褐灰黃色可塑狀局部硬塑狀，中塑性 含粉土斑和團 夾粉土、粉砂薄層和透鏡體。該層分布較連續(xù)，層厚不等。平均標貫擊數(shù)N=97擊。各土層土性參數(shù)見表1。自然條件潮位 水位及波浪條件本區(qū)潮汐類型為不規(guī)則半日潮型，其 (HO1+HK1)HM2=053。平均高潮位 374m (天 津港最低理論潮面，以下同 ) ，平均低潮位1_34m 平均海平面 256m 平均潮差 240m。 設計水位 設計高水位430m 設計低水位050m。本工程位于北港池內(nèi)部，受防波堤及東疆人工島掩護 外海波浪難以傳

3、播到工程區(qū)域，波浪對碼頭的影響可不考慮地質條件依據(jù)鉆探結果在鉆探深度范圍內(nèi)地基土分為五層，自上而下分別為淤泥淤泥質粘土、粘性土混碎貝殼 粘土、粉質粘土。各土層可分別描述如下：淤泥灰色 軟塑狀高塑性含有機質 ，夾砂斑和少許碎貝殼 局部夾粉土薄層和團塊。 該土層廣泛程一1293一1336m。上 述 第 二 大 層 層 底 高 程為一1293一1336m表 1 各 -I-層的土性參數(shù)土層淤泥淤泥質粘土密度gcm。167181含水率，576423液限，463391塑限，2220壓縮系0820數(shù)kPa。92壓縮模5222量kP40a凝聚力kPa7818 1摩擦角，0751本工程建設的難點及解決思路按工程

4、可行性研究報告中推薦的粘性土混碎貝殼黏土粉質黏土18018819348034 93O85OO3773132319517 7090051O422603874421418 1165141326 1施工方案，碼頭分為前方承臺和后方承臺，前方承臺寬度為215m 后方承，臺寬度為535m。前方承臺基樁采用650650ram預應力混凝土空心方樁：后方承臺排架部分為預應力混凝土空心方樁 打樁船不能施工的部分采用900mm灌注樁基礎。工可推薦方案需要修筑臨時圍埝 ，后方場地采用陸填素土形成到45m 地基處理采用真空預壓 ， 預壓后進行岸坡挖泥作業(yè)。接岸結構采用現(xiàn)澆混凝土擋土墻結構，擋土墻坐落在拋石棱體上，后方

5、回填山皮土。這是天津港碼頭建設的常規(guī)做法。之所以要對地基進行處理，主要原因是岸坡區(qū)的地質條件較差天然條件下進行岸坡挖泥作業(yè)存在較大的風險。而岸坡挖泥如果不完成前 承臺及后承臺的打樁施工就無法進行。按此推薦方案 臨時圍埝的修筑、岸坡區(qū)回填以及真空預壓的施工至少需要6個月時間 (O5+05+5月 ) 其中隱含的潛在危險為回填施工中的岸坡地基穩(wěn)定性如果在回填過程 中岸坡土體位移過大則需停 工等待，需要的作業(yè)時間會更長。加上地基處理后需要進行的岸坡挖泥 (需 時2個月 )和樁基作業(yè)施工 (需時2個月 )以及碼頭上部結構的作業(yè)時間 (需 時2個月 ) 至少需要1O12個月。本工程 的施工自2007年4月

6、底才開始實施，要實現(xiàn)年底交工投產(chǎn)即便加大施工作業(yè)投入 ，也完全無法保證。由以上分析可知，本工程實施的難點在于施工工期嚴重不足 核心問題是現(xiàn)有岸坡的土體強度不足、無法保證施工過程中的安全。通過對各工序 的分解和分析只有進行交叉作業(yè)， 才能保證工程按期完工即把真空預壓的施工時間和岸坡挖泥以及樁基施工有機結合真正實現(xiàn) 工序交叉作業(yè)面 流水才能保證在78個月的時間內(nèi)完成以上所有工序的作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場情況約3萬m 的陸域范圍需進行地基處理根據(jù)本工程使用要求及特點 針對淤泥及淤泥質土層沉積厚度大、埋藏較深、處理后地基上建筑物以變形控制為主的特點，結合我們在天津港地區(qū)多年積累的大量地基處理工程經(jīng)驗，從工程施工

7、工期、技術 造價等多方面比較對本工程采用在軟土中打設豎向排水板后，進行真空預壓旋工使軟土達到排水固結效果的地基處理方案。本 工程地面平均標高為28m 處于潮問帶。解決本工程難點的關鍵在于回填之前能否先對岸坡土體進行加固工可推薦方案先回填再真空預壓主要是考慮到岸坡區(qū)泥面標高約在2329m ， 屬于潮問帶，而目前天津港尚無在潮問帶進行真空預壓加固的工程實踐。先 在岸坡區(qū)潮問帶進行真空預壓施工不但加固了岸坡區(qū)地基，而且產(chǎn)生的 “負壓 ”作用會使岸坡土體向陸域收縮，增加岸坡穩(wěn)定性避免了工可推薦方案先 回填可能出現(xiàn)的岸坡穩(wěn)定性問題 既節(jié)省了臨時圍埝修筑的時間又可實現(xiàn)真空預壓、回填 岸坡挖泥和樁基作業(yè)等施

8、工工序交叉作業(yè)從而縮短工期確保碼頭在年底交工投產(chǎn)。岸坡區(qū)潮間帶真空預壓的實施過程及安全控制本 I 程由于地處潮問帶， 在整個施工過程中有其特點及難點 主要有以下幾個方面。首先由于處于潮問帶，鋪設沙墊層后，沙墊層容易流失，無法保證真空預壓的橫向排水通道的施工質量。其次由于打 設塑料排水板施工經(jīng)常在水上施工 如何保證打設排水板的質量及打板機施工的安全。第三，保證真空預壓在抽氣時真空泵工作。實施過程岸坡區(qū)潮問帶真空預壓自2007年4月27臼開工 至2007年9月26日真空區(qū)卸載，歷時5個月計 152天其 中真空預壓自6月22日開始正式抽氣，抽真空3個月計96天。施工中考慮到潮水的沖刷攜帶作用對砂墊層

9、有很大影響影響因此在臨海側的加固區(qū)邊界修建袋裝砂小擋埝并將砂墊層加厚至 70cm，以防止砂墊層的流失保 證砂墊層的有效使用厚度。由于加 固區(qū)臨海，利用小型運砂船從海上向加固區(qū)內(nèi)吹砂形成砂墊層。設計要求真空預壓按實測沉降曲線推算的固結度不小于90：連續(xù) 10天實測沉降速率不大于15tumid。由于工程自2007年4月底月開工，到年底只有7個月的時間 而碼頭上部結構的作業(yè)時間至少需要2個月時間，因此真空預壓的施工時間最多只有5個月而且因潮水的影響鋪砂 墊層及打塑料排水板施工都存在降效情況施 工工期要2個月左右則 實際抽真空的時間只剩下3個月時間。要想 在3月時間內(nèi)達到工可推薦方案中5個月真空預壓的

10、加固效果，只有縮短塑料排水板的間距以加快土體固結速度。經(jīng)計算本工程采用0_7m的問距 。加固區(qū)地處潮問帶，即使高潮時2009 15期(e月t) 交通世界 83公路圖3 土體加固前后的剪切強度對比打板船也無法進入因此只能考慮陸上打板 為此對陸上打板機械進行改進使其適應潮問帶施工條件，在高潮時也穩(wěn)定分析計算指導挖泥的速度和挖泥區(qū)距真空預壓加固區(qū)邊界的距離 對于岸坡區(qū)施工期間的穩(wěn)定起到了關鍵作用。岸 坡 區(qū) 潮間帶真空預壓期間，回填、岸坡挖泥和樁基作業(yè)等施工工序也要交叉進行，將影響岸坡區(qū)的穩(wěn)定性，為此在真空預壓加固區(qū)臨海側沿碼頭岸線布置8組 深層水平位移監(jiān)測儀器，對岸坡土體變形進行動態(tài)監(jiān)測。安全分析

11、在岸坡區(qū)潮間帶真空預壓抽真空期間，岸坡區(qū)一9m挖泥、真空區(qū)內(nèi)膜上+48m回填、碼頭預制樁打設、岸坡區(qū)海側4排 灌注樁 在此期間碼頭施工的所有機械設備全部在真空區(qū)內(nèi)回填后形成的臨時路上施工作業(yè)。根 據(jù)深層水平位移監(jiān)測儀器測得的數(shù)據(jù)分析，岸坡位移主要向真空區(qū)方向位移 量為125mm44 8mm。期間偶有向海側位移發(fā)生 最大位移速率 O一2mmd遠低于4mmd的安全控制標準岸坡 區(qū)在整個施工期間保持穩(wěn)定。工期工程可行性研究報告中的推薦方案，碼頭建設至少需要10個月的工期。而在成功實現(xiàn)潮間帶真空預壓施工的情況下 除節(jié)省臨時圍埝修筑的時間岸坡挖泥和樁基作業(yè)也提前施工，工程實際施工工期僅7個月，節(jié)約了寶貴

12、的3個月時間實現(xiàn) 了碼頭在年底交工投產(chǎn)。能進行打板 提高了施工效率。真空預壓期間，真空泵將經(jīng)常在潮水中浸泡有可能影響真空泵的施工和抽真空效果，我們參考水下真空預壓的技術成果 通過不斷嘗試，最終解決了水下真空泵抽氣的問題，保證了岸坡區(qū)真空預壓的順利實施。碼頭設計中后方碼頭結構采用灌注樁 為保證碼頭整體工期 對岸坡挖泥施工完畢且真空預壓區(qū)抽氣45天 以上的岸坡區(qū)域上部回填山皮土作為臨時路 為灌注樁提供了施工場地，有效地保證了碼頭灌注樁的施工。安全控制在工程實施過程中 采取了大量的安全措施以保證抽真空效果和岸坡區(qū)的穩(wěn)定，在回填施工前為了保護真空膜將傳統(tǒng)的編織布加砂墊層方案改為無紡布加充填砂袋 抽真空

13、過程中真空泵開泵率始終保持在90以上回填施工在跨密封溝位置采用充填砂袋覆蓋保護。種種安全施工措施確保了復雜工況條件下真空度的穩(wěn)定 在整個真空預壓施工期間膜下真空度始終保持在 85kPa以上。在 岸坡挖泥等工序施工之前 都先進行縝密的安全工程效益分析加固效果依據(jù)監(jiān) 測結果 地基經(jīng)過 真空預壓加固后地表平均總沉降量為1321cm 分層沉降監(jiān)測點地表總沉降量為1369cm，由總沉降量推算得到的綜合固結度均大于 9O。另外 加固前后分別對兩個不同區(qū)域加固范圍內(nèi)土體進行十字板剪切試驗 不同標高位置處得到的對應剪切強度曲線見圖 3。依據(jù)圖3中結果 加固前后塑料排水板打設范圍內(nèi)淤泥的十字板抗剪強度平均由15

14、5kPa增大至 335kPa，淤泥質粘土的十字板抗剪強度平均由23 3kPa增大至455kPa 均有較大的提高，土體的抗剪強度增長非常顯著。加固前后塑料排水板打設范圍內(nèi)淤泥的平均含水量由54 9減小至454平均密度由169kNm。增大至 176kNm 、平均孔隙比由 1528減小至 1278。淤泥質粘土的平均含水量由41 9減 小至385 平均密度由180kNm。增大至 183kNm。、平均 L隙比由1161減小至 1083。各項指標都有明顯改善 直剪強度都有顯著提高。工程造價根據(jù)工程可行性研究報告中的投資估算 推薦方案中臨時圍埝的修筑 岸坡區(qū)回填以及真空預壓大約需要 3500萬 元。而采用先在潮間帶進行真空預壓再回填的方案 工程投資僅3000萬元左右節(jié)約工程造價近 500萬 元。結論經(jīng)過各方努力在天津港北港池新建