填海造地淤泥软基处理方法探索与实践应用

洪海冲

摘 要：在填海造地建设过程中，因施工的材料、工艺、工期的限制，完成吹填施工后容易产生软土地基、不均匀沉降等问题。文章结合实际工程案例，在施工工期要求较为紧张的前提下，综合分析软土地基的起因、组成，结合使用土工复合材料、竹芭、真空联合堆载预压等方法，实践应用于解决填海造地形成的淤泥软土地基，缩短了项目建设开发时间。

关键词：填海造地 土工复合材料 堆载预压

1.工程概况

港珠澳大桥珠澳口岸人工岛项目位于广东省珠海市拱北海域，因项目所在区域原泥覆盖层中的淤泥層（原泥面）为海相沉积地层，遍布全探区，平均厚度10m左右，且含水率>70%，强度低，高压缩性。按设计要求，原泥面至±0.0m回填砂在原泥面上无垫层直接回填。项目陆域形成主要采用绞吸船二次转吹的方式进行吹填施工，由于中粗砂比重大、原状淤泥承载力小，加之绞吸船管道吹填施工扰动底部淤泥，随着吹填施工管线向前推进，淤泥被中粗砂拱至集中区域，形成拱淤淤泥区，淤泥连续分布且面积较大，渗透系数量级约为10-8cm/s，淤泥层平均厚度约15m左右，不具备井点降水联合堆载预压施工条件。

2.施工工艺处理

综合钻孔情况、检测数据及专家意见，计划采用真空联合堆载预压进行地基处理。地基处理区域面积约11.20万m2。计划分成3个小区同时进行真空预压施工，每个区面积约3～5万m2。真空预压施工包括铺设土工织物、铺设中粗砂垫层、插打塑料排水板、打设淤泥搅拌墙、真空预压。真空预压施工总工期为145～160d。

2.1铺设土工织物

目前不进行清淤置换施工，在淤泥区域面层铺设土工织物垫层后直接回填中粗砂垫层。在淤泥表面铺设2层编织土工布加1层竹芭，能有效地加筋和扩散上部荷载的作用，约束土体的侧向变形和提高吹填淤泥的地基承载力。

2.2铺设中粗砂垫层（2m）、插打塑料排水板

中粗砂垫层分两级采用堆载施工，每级厚度按1.0m厚度控制，工程量约22.40万m3。

采用塑料排水板型号为SPB-B型，间距1.0m，正方形布置。塑料排水板底部控制在穿透中粗砂混粘性土层进入其下淤泥质土并离该层土底面50cm。

2.3打设淤泥搅拌墙

因前期吹填料为砂性土，含砂量较大，透水性好，需采用淤泥搅拌桩对此区域进行密封，淤泥搅拌桩采取单排，直径Ф700mm，两桩彼此搭接20cm，桩间距50cm，要求淤泥搅拌桩必须穿透透气（水）层并进入其下不透水层50cm为准。

各分区同时施工，分区间泥浆搅拌墙考虑利用现有淤泥，将密封膜直接埋设在淤泥中；而各分区外围计划设置单排泥浆搅拌墙，施工标高为+2.0m～-6.0m，工程量约为15200延米。泥浆搅拌墙所用泥浆直接从淤泥区域抽取。图1为泥浆搅拌墙搭接示意图。

2.4真空预压

真空预压法属于排水预压法。先在欲加固软土地基上按一间距打设塑料排水板（垂直排水通道），然后在地面上铺设一定厚度砂垫层，再将不透气的薄膜铺设在砂垫层上，借助埋设在砂垫层中的管道，通过抽真空装置将膜下土体中空气和水抽出，使土体得以排水固结。

（1）铺设真空滤管

滤管采用通径为50mm、壁厚δ≥1.2mm的UPVC硬塑料管，在管壁上每隔5～8cm钻一直径Ф5～7mm的小孔，制成花管，再包裹一层90g/ m2的无纺土工布作为隔土层，滤管便制作完成。滤管布置间距≤6.5m，呈框格形布置，滤管的埋设深度约30cm。

（2）铺设真空膜

密封膜采用二层聚乙烯（或聚氯乙烯）薄膜，密封膜踩入淤泥搅拌墙中，踩入深度>1m。

（3）安装真空泵

抽真空设备采用7.5kW的射流泵，在进气口封闭状态下，泵的出口压力为96kPa的真空泵。每台真空设备的控制面积为800～1000m2。

3.施工效果分析

为了便于分析，首先假定以下边界条件：吹填软弱层指标将采用平均值进行计算；软基处理深度按15m计算；计算水位按照±0.0m考虑。

3.1工后沉降计算

为便于计算，堆载高度按照7m高度计算，排水板四方形布置，间距1.0m；淤泥层厚度按15m考虑（包括因吹填形成的3m厚软弱层），采用堆载预压后进行工后残余沉降计算公式如式①。

式③～⑥中：Uz-竖向平均固结度；Ur-径向平均固结度；Cv-垂直固结系数（cm2/s）；Ch-水平向固结系数（cm2/s）；F（n）-与n有关的函数；t-固结时间（s）；H-不排水面至排水面的竖向距离（cm）。

按照设计要求最小固结度85%考虑残余沉降：

ΔS = S f - Sf + sUz r= 2 . 5 -2.87×85%=0.0605m=60.5mm<250mm

则满足残余沉降要求（未考虑降水井、强夯、碾压等有益影响）。

3.2地基承载力计算

3.2.1粘性土承载力核算

现阶段确定地基承载力方法很多，本次分析将参考《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）以及《水运工程岩土勘察规范》（JTS133-2013）对粘土的地基承载力进行初步分析。根据十字板抗剪强度Cu值，按公式⑦计算容许承载力。

式⑦中：f-容许承载力（kPa）；Cu-十字板抗剪强度（kPa）；γ-基础底面以上土的加权平均重度（地下水位以下取浮重度）（kN/m3）；D-基础埋置深度（m）。endprint

τft=τfo+Δσz×Ut ×tan ψcu ⑧

式⑧中：τft-t时刻土的抗剪强度（kPa）；τfo-地基的天然抗剪强度，取25/3=8.3kPa（原始状态下的淤泥层的地基容许承载力为25kpa，见勘察报告，结合十字板指标为8.23kpa，在不考虑埋深情况下，其天然抗剪强度可取8.3kPa）；Δσz-预压堆载引起的附加竖向应力（kPa），取120kPa；Ut-土的固结度，取85%；ψcu-三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角，取14.5°（见勘察报告）；τft=8.3+120×0.85×tan14.5°=8.3+26.4=34.7 kPa

计算的地基处理后抗剪强度τft=34.7kPa，相当于该粘性土的十字板强度。计算承载力的埋深可按6m计算，则：

地基容许承载力f = 3×3 4.7+4.8×18+（6-4.8）×9.5=202（kpa）

不考虑埋深情况下的地基容许承载力f=3×34.7=104.1（kpa）

处理后不考虑埋深情况下粘性土的地基承载力特征值为104.1kPa，满足大于80kpa承载力特征值的要求（未考虑降水井、强夯、碾压等影响）。

3.2.2砂土承载力核算

浅层平板載荷的宽度及试验深度分别按照B=0.8m和H=0.5m（H>2/3B），表层主要为中粗砂，内摩擦角按照32°考虑，则砂性土承载力计算可通过太沙基极限承载力进行计算。

砂性土表层极限承载力为430.92kpa，考虑安全系数为3，则地基承载力f=430.92/3=143.64（kPa）>120kpa，满足设计砂性土承载力要求。

4.结束语

综上所述，填海造地软土地基固结处理的方法很多，但要结合现场实际土质情况、施工条件、工期要求等综合因素，选择最适合的处理方法。本项目中经过固结处理的填海造地软土地基满足后期建筑物地基承载力要求，加快填海造地项目二级开发建设进度，缩短项目建设开发的时间，对社会经济发展起到了加速的作用。

参考文献：

[1]JGJ79-2012·建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]JTS133-2013·水运工程岩土勘察规范[S].北京：人民交通出版社，2014.

[3]王伟民.塑料插板堆载预压施工技术在深厚淤泥软弱地基的应用[J].广东土木与建筑，2014（04）：24-26.

[4]刘勇健，李彰明，林军华.静动力排水固结法处理淤泥质软基的加固效果分析[J].广东工业大学学报，2010，27（01）：75-81.

[5]徐瑞宝，张嘉华.深厚淤泥软基的爆破挤淤施工[J].水运工程，2006（06）：74-76.endprint