天津港新建滾裝碼頭潮間帶岸坡區(qū)真空預(yù)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(yù)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(biāo)貫擊數(shù)NI擊。路、水利以及港口堆場 道路等陸上軟淤泥質(zhì)粘土粘土灰色，可塑狀 高塑性，舍有機(jī)質(zhì)和碎貝殼 夾粉土團(tuán)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(yù)壓進(jìn)行處理的案例較為少見 取得成功的經(jīng)驗(yàn)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(yù)壓處理軟土地基的工程實(shí)例 介紹了岸坡區(qū)真空預(yù)壓的施工，為類似工程提供借鑒。灰色，軟塑狀高塑性含 砂斑、少許碎貝殼及有機(jī)質(zhì)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(biāo)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(biāo)貫擊數(shù)N=66擊。粉質(zhì)粘土灰褐灰黃色可塑狀局部硬塑狀，中塑性 含粉土斑和團(tuán) 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(biāo)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(shè)計(jì)水位 設(shè)計(jì)高水位430m 設(shè)計(jì)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(hù) 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(zhì)條件依據(jù)鉆探結(jié)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(zhì)粘土、粘性土混碎貝殼 粘土、粉質(zhì)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(jī)質(zhì) ，夾砂斑和少許碎貝殼 局部夾粉土薄層和團(tuán)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(zhì)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(shè)的難點(diǎn)及解決思路按工程

4、可行性研究報(bào)告中推薦的粘性土混碎貝殼黏土粉質(zhì)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(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁：后方承臺排架部分為預(yù)應(yīng)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(chǔ)。工可推薦方案需要修筑臨時(shí)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(yù)壓 ， 預(yù)壓后進(jìn)行岸坡挖泥作業(yè)。接岸結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)，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(shè)的常規(guī)做法。之所以要對地基進(jìn)行處理，主要原因是岸坡區(qū)的地質(zhì)條件較差天然條件下進(jìn)行岸坡挖泥作業(yè)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。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(jìn)行。按此推薦方案 臨時(shí)圍埝的修筑、岸坡區(qū)回填以及真空預(yù)壓的施工至少需要6個月時(shí)間 (O5+05+5月 ) 其中隱含的潛在危險(xiǎn)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(shí)間會更長。加上地基處理后需要進(jìn)行的岸坡挖泥 (需 時(shí)2個月 )和樁基作業(yè)施工 (需時(shí)2個月 )以及碼頭上部結(jié)構(gòu)的作業(yè)時(shí)間 (需 時(shí)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(shí)施，要實(shí)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(shí)施的難點(diǎn)在于施工工期嚴(yán)重不足 核心問題是現(xiàn)有岸坡的土體強(qiáng)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(jìn)行交叉作業(yè)， 才能保證工程按期完工即把真空預(yù)壓的施工時(shí)間和岸坡挖泥以及樁基施工有機(jī)結(jié)合真正實(shí)現(xiàn) 工序交叉作業(yè)面 流水才能保證在78個月的時(shí)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(jìn)行地基處理根據(jù)本工程使用要求及特點(diǎn) 針對淤泥及淤泥質(zhì)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(diǎn)，結(jié)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(yàn)，從工程施工

7、工期、技術(shù) 造價(jià)等多方面比較對本工程采用在軟土中打設(shè)豎向排水板后，進(jìn)行真空預(yù)壓旋工使軟土達(dá)到排水固結(jié)效果的地基處理方案。本 工程地面平均標(biāo)高為28m 處于潮問帶。解決本工程難點(diǎn)的關(guān)鍵在于回填之前能否先對岸坡土體進(jìn)行加固工可推薦方案先回填再真空預(yù)壓主要是考慮到岸坡區(qū)泥面標(biāo)高約在2329m ， 屬于潮問帶，而目前天津港尚無在潮問帶進(jìn)行真空預(yù)壓加固的工程實(shí)踐。先 在岸坡區(qū)潮問帶進(jìn)行真空預(yù)壓施工不但加固了岸坡區(qū)地基，而且產(chǎn)生的 “負(fù)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(shí)圍埝修筑的時(shí)間又可實(shí)現(xiàn)真空預(yù)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(yù)壓的實(shí)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(diǎn)及難點(diǎn) 主要有以下幾個方面。首先由于處于潮問帶，鋪設(shè)沙墊層后，沙墊層容易流失，無法保證真空預(yù)壓的橫向排水通道的施工質(zhì)量。其次由于打 設(shè)塑料排水板施工經(jīng)常在水上施工 如何保證打設(shè)排水板的質(zhì)量及打板機(jī)施工的安全。第三，保證真空預(yù)壓在抽氣時(shí)真空泵工作。實(shí)施過程岸坡區(qū)潮問帶真空預(yù)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(shí)5個月計(jì) 152天其 中真空預(yù)壓自6月22日開始正式抽氣，抽真空3個月計(jì)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(cè)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(yùn)砂船從海上向加固區(qū)內(nèi)吹砂形成砂墊層。設(shè)計(jì)要求真空預(yù)壓按實(shí)測沉降曲線推算的固結(jié)度不小于90：連續(xù) 10天實(shí)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(shí)間 而碼頭上部結(jié)構(gòu)的作業(yè)時(shí)間至少需要2個月時(shí)間，因此真空預(yù)壓的施工時(shí)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(shí)際抽真空的時(shí)間只剩下3個月時(shí)間。要想 在3月時(shí)間內(nèi)達(dá)到工可推薦方案中5個月真空預(yù)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(jié)速度。經(jīng)計(jì)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(shí)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(qiáng)度對比打板船也無法進(jìn)入因此只能考慮陸上打板 為此對陸上打板機(jī)械進(jìn)行改進(jìn)使其適應(yīng)潮問帶施工條件，在高潮時(shí)也穩(wěn)定分析計(jì)算指導(dǎo)挖泥的速度和挖泥區(qū)距真空預(yù)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(guān)鍵作用。岸 坡 區(qū) 潮間帶真空預(yù)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(jìn)行，將影響岸坡區(qū)的穩(wěn)定性，為此在真空預(yù)壓加固區(qū)臨海側(cè)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(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。安全分析

11、在岸坡區(qū)潮間帶真空預(yù)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(yù)制樁打設(shè)、岸坡區(qū)海側(cè)4排 灌注樁 在此期間碼頭施工的所有機(jī)械設(shè)備全部在真空區(qū)內(nèi)回填后形成的臨時(shí)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(cè)位移發(fā)生 最大位移速率 O一2mmd遠(yuǎn)低于4mmd的安全控制標(biāo)準(zhǔn)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(bào)告中的推薦方案，碼頭建設(shè)至少需要10個月的工期。而在成功實(shí)現(xiàn)潮間帶真空預(yù)壓施工的情況下 除節(jié)省臨時(shí)圍埝修筑的時(shí)間岸坡挖泥和樁基作業(yè)也提前施工，工程實(shí)際施工工期僅7個月，節(jié)約了寶貴

12、的3個月時(shí)間實(shí)現(xiàn) 了碼頭在年底交工投產(chǎn)。能進(jìn)行打板 提高了施工效率。真空預(yù)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(yù)壓的技術(shù)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(yù)壓的順利實(shí)施。碼頭設(shè)計(jì)中后方碼頭結(jié)構(gòu)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(yù)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(shí)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(shí)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(hù)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(hù)。種種安全施工措施確保了復(fù)雜工況條件下真空度的穩(wěn)定 在整個真空預(yù)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(jìn)行縝密的安全工程效益分析加固效果依據(jù)監(jiān) 測結(jié)果 地基經(jīng)過 真空預(yù)壓加固后地表平均總沉降量為1321cm 分層沉降監(jiān)測點(diǎn)地表總沉降量為1369cm，由總沉降量推算得到的綜合固結(jié)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(jìn)行十字板剪切試驗(yàn) 不同標(biāo)高位置處得到的對應(yīng)剪切強(qiáng)度曲線見圖 3。依據(jù)圖3中結(jié)果 加固前后塑料排水板打設(shè)范圍內(nèi)淤泥的十字板抗剪強(qiáng)度平均由15

14、5kPa增大至 335kPa，淤泥質(zhì)粘土的十字板抗剪強(qiáng)度平均由23 3kPa增大至455kPa 均有較大的提高，土體的抗剪強(qiáng)度增長非常顯著。加固前后塑料排水板打設(shè)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(zhì)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(xiàng)指標(biāo)都有明顯改善 直剪強(qiáng)度都有顯著提高。工程造價(jià)根據(jù)工程可行性研究報(bào)告中的投資估算 推薦方案中臨時(shí)圍埝的修筑 岸坡區(qū)回填以及真空預(yù)壓大約需要 3500萬 元。而采用先在潮間帶進(jìn)行真空預(yù)壓再回填的方案 工程投資僅3000萬元左右節(jié)約工程造價(jià)近 500萬 元。結(jié)論經(jīng)過各方努力在天津港北港池新建