复杂地质条件下真空预压粘土密封墙施工措施

翁明智

摘要：在真空预压加固软基处理施工过程中，针对土质中存在淤泥、回填砂、石块和建筑垃圾的复杂地质条件，采取有效措施保证粘土密封墙形成密封帷幕。本文以某项目实践经验进行分析、总结，希望为今后类似工程提供有用借鉴。

关键词：粘土密封墙；复杂土质；施工措施

1 工程概况

某电厂码头位于广东省江门市潭江岸边，码头工程由两个5000吨级泊位（结构按50000吨级预留）组成，岸线长256m，结构形式采用卸荷式板桩+高桩梁板结构。拟建码头区域存在约15m厚的淤泥，为增加桩基抗摩阻力，提高岸坡稳定性，采用真空联合堆载预压法进行软基处理。

1.1 地质情况

根据地质资料，场地内分布的地层主要为第四系海陆交互相和残积相全新统，按地基岩土的岩性特征、成因时代、埋藏分布规律及物理力学性质等，将场地范围内的岩土层划分为6个工程地质层。表面三个岩土层自上而下描述如下：

1）回填土层

近期回填而成，松散，湿，灰色，主要分布于陆域。该层成份复杂且不均匀，主要由粘性土、建筑垃圾、抛石、回填砂及生活垃圾组成，该层平均厚度为2.59m，底板高程为0.19～-5.38m。

2）淤泥层

灰色、深灰色，流塑为主，局部含粉砂层，腐殖质及各种垃圾含量较高，具有较浓臭味，伴有生物贝壳，尤其在该层底部见大量白色生物贝壳。在场地大部分区域，夹有粉细砂层透镜体，分布不稳定且厚度不均，局部约2m厚。该层平均厚度为15.07m，底板高程为-13.47～-25.13m。

3）粘土层

褐黄色，灰白色，可塑状，干强度中等，主要由粘粒组成。该层平均厚度为2.50m，底板高程为-15.47～-27.03m。

本粘土密封墙施工区域位于潭江边，离出海口很近，受潮位影响较大，高、低潮位相差2米以上，天文大潮和降暴雨时可达3米，高潮位时水面高层与软基地面基本相同。

1.2 设计情况

该工程地基处理采用真空联合堆载预压法，地基处理面积3万平方米，主要对淤泥、淤泥质土以上土层进行加固处理。塑料排水板采用SPB-C型，间隔1m，正方形布置，插板深度要求进入不透水层1m。采用粘土密封墙形成密封帷幕，膜下真空度达到80Mpa后，上部加载2m堆载土，预压时间为4个月，处理效果要求固结度达到85%。

本工程密封墙6452m，平面周长838.3m。粘土密封墙采用双排700mm直径的泥浆搅拌桩，搅拌桩之间搭接200mm，成墙厚度为1.2m，桩底进入不透水层不小于1m。粘土密封墙采用单轴深层搅拌桩机进行施工，搅拌桩采用四搅四喷的施工工艺，喷浆采用粘粒（<0.005mm）含量为15～20%的泥浆。密封墙施工完成后粘粒含量不小于15%，渗透系数小于1*10-5cm/s。

2 粘土密封墙施工

2.1 地质复勘确定密封墙深度

施工前先对密封墙施工区域进行地质勘探，以确定粘土密封墙施工深度，勘探进入不透水层（淤泥层）2m。本工程共勘探14个点，平均每60米一个勘探点，并对较复杂区域加密勘探，即3区、4区和5区增加8个勘探点。根据地质情况将施工区域划分为13个小区，并确定各区搅拌深度，密封墙分区和搅拌深度如下图：

图1 粘土密封墙施工区域划分示意图

2.2 泥浆配制

泥浆搅拌桩泥浆由附近开挖的天然粘土配制而成，为保证配制的泥浆满足设计要求，粘土开挖后取样送到试验室对原状粘土的颗粒级配、比重和渗透系数进行试验，原状土粘粒含量不小于50%，渗透系数小于10-5cm/s方可使用。取样试验频率根据取土性能变化情况确定。根据原状土试验结果，在现场进行试配，确定喷浆的参数，如搅进速度、压强、和泥浆比重、浓度等。本工程采用成墙后粘粒含量为18%进行控制。原状土试验结果如表1；泥浆比重控制在1.2~1.35g/cm3，粘土配制成浆后，在施工前检查泥浆的比重，每工作日至少检测一次。

2.3 施工过程控制

边施工边检验，在粘土密封墙施工过程中，利用静力触探试验设备轻便、试验速度快的优点，对已完成施工的密封墙区段采用静力触探试验进行质量初步检验，若试验数据显示密封墙均匀性较差，如粘土密封墙5区，曲线图存在较大突变，则对该区域密封墙取样进行粘粒含量和渗透系数试验，若试验结果显示渗透系数不满足设计要求（试验结果见表2），则进行二次搅拌。

2.4 施工中遇到的问题及应对措施

勘探资料表明粘土密封墙4区、5区、6区、7 区、8区、9区、10区表层回填土层存在大量回填砂、石块和建筑垃圾。从建设单位了解到此密封墙区域范围曾是一条抛石护岸，且在密封墙4区、5区范围进行过抛砂护脚。综上所述，该6个区段回填土归纳为如下三种土质状态：

① 回填土1（含有大量块石）：褐黄色，杂色，湿，结构松散，主要由粉质粘土、中、粗砂及较多碎石块组成，土质不均匀，为近期回填土；土层埋深较大，表层开挖发现大量块石，施工中发现深处有孤石存在，主要分布于密封墙6区、7区、8区、10区。

② 回填土2（存在夹砂层）：褐黄色，杂色，湿，结构松散，主要由粉质粘土、中、粗砂及较多碎石块组成，土质不均匀，为近期回填土，其中4.1m～4.9m为花岗岩。回填土下面存在粉砂层，粉砂：灰色，湿，松散，粘粒含量多，深度大，厚度为4.4m，后续岸坡开挖发现粉砂层为业主早期抛砂护脚时的回填砂，主要分布于密封墙5区。

③ 回填土3（深层夹砂，伴有大石块）：褐黄色，杂色，湿，结构松散，主要由粉质粘土、中、粗砂及较多碎石块组成，块石径大，2m～4.5m，土质不均匀，为近期回填土。回填土下面存在粉砂层，粉砂：灰褐黄色，湿，松散，粘粒含量多，夹贝壳。主要分布于密封墙4区。

在施工过程中针对上述各种土质状态采取了如下施工措施：

① 表层回填土中存在大量块石，回填建筑垃圾（砖头、混凝土块等）、回填砂等。针对表层块石，搅拌桩施工前先用钩机对表层块石进行开挖，清除石块后回填粘土，再进行泥浆搅拌桩的施工。针对钩机无法清除到的深处孤石，通过调整搅拌桩施工方向，绕石块搅拌一周，在石块周围形成一圈封闭的密封墙，利用石块本身不透水，形成局部加大的密封墙断面，保证密封墙的密封性。

② 土层中存在深层近期回填砂夹砂层。如粘土密封墙5区存在4m厚的砂层。因夹砂层厚度大，受潮汐潮位变化影响，在施工区域形成水头差，砂层中有水流动，带走密封墙中的泥浆粘粒，造成墙体密封性差，渗透系数不能满足要求。对于此类深层加砂层，配浆时选用粘粒含量高的原状粘土配制泥浆，施工时适当提高泥浆比重，本工程泥浆比重提高到1.35～1.4g/cm3，缓慢钻进，快速喷浆，增加钻头在砂层中的喷浆时间及增加砂层中的粘粒含量，并尽量在潮位稳定的时段施工，以保证密封墙的粘粒含量。

③ 土层中存在大量体积较大的块石和建筑垃圾，且埋设深度较深，同时存在深层夹砂层；如粘土密封墙4区。本项目采用冲孔成墙泥浆搅拌法进行施工，利用直径比密封墙厚度稍小的冲锤（本项目采用1.1m直径冲锤）的冲孔桩机在密封墙施工区域进行密封墙成墙冲孔，冲孔深度为进入不透水层二米，利用冲锤将石块、建筑垃圾破碎或挤压到密封墙外侧及挤入不透水层，冲孔时利用循环泥浆清除孔中的砂和碎石，增加土层中的粘土含量，冲孔完成后向孔内回填粘土，然后再进行泥浆搅拌桩施工。

3 施工效果

粘土密封墙施工完成后进行质量检测，检测内容包括静力触探试验和抽芯试验，通过静力触探试验检验密封墙的均匀性、通过抽芯试验检验密封墙的渗透性和粘粒含量。静力触探共选取17点，平均每50米一个试验点，并在具有代表性的区域选取6个点进行抽芯，对芯样进行渗透系数和粘粒含量试验。试验报告显示密封墙均匀性、粘粒含量、渗透系数（表3-土工试验成果表）均满足设计和有关规范要求。

密封墙施工完成后抽真空和堆载预压4个月，抽真空过程中真空度变化较小，平均真空度为80kPa，局部为70kPa，卸载后平均固结度为86.9%，最大值固结度为94.9%，推算平均工后沉降为19.1cm，整个软基处理效果明显，满足设计要求。

4 结语

通过真空预压的施工过程和达到的效果，对粘土密封墙施工及其应对复杂土质的措施提出如下参考。

4.1粘土密封墙施工可通过泥浆质量控制、泥浆比重控制、静力触探检验进行过程控制。

4.2 对于与地表水系连通的砂层，适当提高泥浆比重，缓慢钻进，在潮位稳定时段施工。

4.3 对于深层含块石较多的强透水层，可利用冲锤成孔，成孔完成后回填粘土再进行泥浆搅拌桩施工。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。