淤泥质土层上的引、排水明渠设计

殷佳霞，陈红其，徐 威

(1.中国电力工程顾问集团西南电力设计院，四川成都 610021;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程地质条件

印度尼西亚某电厂位于印度尼西亚Banten省Tangerang市，首都雅加达北西约80km的爪洼海(Java)西海岸，场地表层由①1层极其软弱的淤泥及淤泥质粘土组成，渗透系数为9.47×10－7cm/s，该层厚度为3～28m，在引、排水明渠区域淤泥层厚度均10m以上，其力学性质指标参见表1。场地地震设防烈度较高，属8度地震区，存在软土震陷问题，应采取有效措施，消除软土地基震陷影响。

表1 ①1层土体力学性质指标统计

2 引、排水明渠设计方案

引水明渠总长约720m，排水明渠总长约2 120m，渠深约5－6m，设计结合当地实际，采用真空预压+混凝土护坡梯形明渠、PC桩+钢筋混凝土矩形明渠、板桩支护矩形明渠等三方案进行综合比选。

2.1 引、排水明渠方案比较

2.1.1 真空预压+混凝土护坡梯形明渠

利用真空压力(设计真空度80kPa)和覆水2m(20kPa)进行预压。引、排水明渠总长约2.8km，所处位置由相互连通的网格状鱼塘组成，地质条件极差。采用真空预压目的是:使该区域的物理力学参数大大提高，能直接大开挖，大开挖边坡不小于1∶1.5～1∶2.0，无需支护即可开挖形成稳定的永久边坡，安全系数大于1.15。护坡做法为土工布+袋装碎石+混凝土面板，护底做法为土工布+碎石垫层+混凝土面板。在进行真空预压地基处理时，务必控制好处理的范围和质量。必须选段进行试开挖，观察其稳定性，确保稳定后再大规模施工。该方案总费用4 945万元。

2.1.2 PC桩+钢筋混凝土矩形明渠

钢筋混凝土矩形明渠置于PC桩基础上。先在淤泥上填素土挤淤，使之能满足施工机具在上作业;然后施工PC桩，桩长约20m，深至③层硬塑粘性土;再根据当地经验采用竹桩或椰子木打入支护，开挖施工钢筋混凝土明渠。该方案安全可靠，渠道置于桩基上，解决了淤泥土承载力不足的问题，但是，该方案工期长，造价高，不经济。该方案总费用8 660万元。

2.1.3 板桩支护矩形明渠

沟道开挖时，采用板桩作支护，板桩同时也作为沟道侧壁。先在淤泥上填素土挤淤，使之能满足施工机具在上作业;然后施工钢筋混凝土板桩，桩长约12m;板桩施工完成后，板桩上端设有冠梁和支承梁作为上部支承，再进行沟道开挖，沟道底部采用土工布+碎石+混凝土面板作法，混凝土面板兼作板桩下部支承。该方案永临结合，施工速度也相对较快，但板桩支护的造价高。该方案总费用10 924万元。

2.2 方案比较

由上可以看出，真空预压+混凝土护坡梯形明渠方案加荷快、工效高、工期短，施工管理方便，无需堆载材料，本工程又缺少土源，该方法具有优势，且造价较其他两个方案经济很多。所以经综合比较，推荐真空预压+混凝土护坡方案。

3 引、排水明渠地基处理方案

引、排水明渠地基处理采用真空+覆水联合预压地基处理方案。

3.1 施工技术参数

本工程引、排水明渠采用真空+覆水联合预压地基处理方法。按照中华人民共和国行业标准(JTJ250－98)《港口工程地基规范》的规定，真空预压的稳定卸载标准为:

(1)平均固结度达到80%以上。

(2)真空度维持在0.08MPa的条件下，沉降速率连续5～10天小于或等于2mm/d。施工技术参数见表2。

表2 施工技术参数

3.2 施工技术

(1)清除表层饱和流塑淤泥土，一般为鱼塘底表层淤泥。由于该层淤泥似水似土，清淤难度极大，实际施工时，改为填土挤淤。

(2)砂垫层铺设。填土挤淤结束后，铺设一层土工布及砂垫层后，插板机仍可直接在上面工作。部分区域砂垫层厚度小，插板机难以直接在上面工作。针对这种情况，可采取如下施工措施:①增加一层竹网，竹网规格:60cm×60cm;竹子直径:6～7cm。②竹网上面增加一层土工布，主要有两个作用:一是可以保证竹网受力均匀，起到保护竹网的作用;二是可以防止因为砂垫层过薄导致泥浆溢出，从而降低砂垫层的渗透性，见图1。

图1 垫层设计

(3)塑料排水板施工。

(4)预压安装。①板头处理:为避免排水板头刺破真空膜，影响密封性能，应在排水板施工后对板头进行埋设处理，保证板头下弯并埋入砂层中不少于10cm;②卧管铺设:采用网格状设置，行间距6m，纵间距约20m，离密封沟1.5m，采用PVC管外包土工布滤膜，卧管应埋入砂层中10～20cm;③清理场地:为避免场地地表不均匀或者砂层面有尖锐石块刺破真空膜，应在铺设土工布前对场区进行整平、清理;④土工布铺设:200g编织土工布，搭接不少于15cm，满铺，机器缝合;⑤真空膜铺设:两层，14丝，安设膜下真空表和出膜器时应保证密封;⑥围堰:为保证覆水预压效果，围堰高2.5m。覆水围堰在覆水前应铺设一层防渗膜，防止覆水期间围堰长期浸泡引起漏水，威胁围堰安全稳定，保持稳定的覆水高度。⑦密封沟:真空膜边应人工踩入淤泥30cm以上，并用粘土密封;

(5)预压运行。①运行前对真空泵需进行调试;②利用3～7天稳步提升真空度，平均稳压真空度应达到90kPa以上;③如发现漏气应及时采取措施补救;④同时满足下列条件，可以终止真空运行:连续十天每天沉降量小于2mm;根据实际沉降曲线推测固结度达到设计要求。

(6)覆水预压。在保证密封完好、真空度满足要求的前提下，可以开始覆水，覆水2.0m，加强信息化施工的控制，以及时调整施工参数。

3.3 引、排水明渠的地基处理效果分析

3.3.1 地基真空预压处理前后物理力学指标

地基处理前①1的物理力学指标见表1，地基承载力特征值fak=30kPa。

地基处理后①1的物理力学指标见表3，地基承 载力特征值为fak=110kPa。

表3 ①1层土体力学性质指标统计(地基处理后)

从真空预压处理前后的物理力学指标对比看:

(1)承载力特征值指标大大提高，从30kPa提高到110kPa，大大方便施工机具的作业，真空预压处理后铺一层素土，即可走挖掘机、推土机等重型施工机具;

(2)Cuu即三轴不固结不排水剪内聚力指标提高较多，从8.8kPa提高到13kPa，保证了小于5m的边坡开挖，大大提高了边坡稳定性;

(3)φuu即三轴不固结不排水剪内摩擦角，也有一定提高。

(4)引、排水明渠为软性结构，可以适应一定的沉降变形，真空预压处理后，消除了软土地基震陷影响。

3.3.2 边坡稳定分析比较

本文采用瑞典圆弧法和Bishop法对真空预压前后的边坡稳定安全系数进行对比分析:

(1)瑞典圆弧法:

(2)Bishop法:

其余符号同上式。

(3)边坡稳定安全系数对比表。从表4可以看出，真空预压处理效果较好的区域，边坡的安全系数有较大提高，直接大开挖可形成稳定永久边坡，大大降低了工程成本。

表4 边坡稳定安全系数对比

4 结 论

本工程由于厂区布置的特殊性，引、排水明渠很长，总长接近3km，同时，场地的工程地质条件恶劣，综合考虑印尼当地的施工条件和能力，在施工便捷和经济的基础上，对引、排水明渠的设计及施工方案进行了分析比较，得到如下结论:

(1)对于非常软的软黏土地基，采用堆载预压法施工更难，所用时间更长，真空预压加固法是行之有效的地基处理方法。经真空预压处理后的地基承载力可达80kPa以上，结合碎石换填，可作为一般建筑物地基土。地基土C、φ值明显提高，在真空预压的范围和效果达到预期效果的情况下，小于5m的基坑开挖可不进行支护，8m以内的软土可得到较大的改善。对于深度在这个范围内的沟渠、基坑开挖，在方便施工、缩短工期和减少工程造价方面有很显著的作用。

(2)在经过真空预压处理后，土体在80kPa真空压力的作用下，100d固结度基本达到设计要求，观测的地面沉降接近约为软土厚度(或处理厚度)的10%，对于减小工后沉降有很显著的作用，更好的满足了各类沟、管道和建(构)筑物对于沉降差的要求。

(3)真空预压法软土地基处理应注意:处理边界应超出明渠或基坑的开挖边界一定距离;一次处理范围应适当大些，可增加覆水覆土效果。