浅滩海域超深淤泥层软基处理施工工艺探讨

章途鑫 温州市交通工程管理中心

陈亦佳 温州市交通工程管理中心

洪赛伟 中国铁建港航局集团有限公司

1.引言

我国浙东南沿海岛屿区，场地地貌可细分为冲海积平原地貌、潮间带地貌二种类型，其中，潮间带地貌主要为潮滩（俗称“海涂”），滩面坡度不一，其中，个别地区有超深淤泥层覆盖，滩面较陡，工程性质极差，容易出现滑移、坍塌。若在潮间带地貌区域围海造地或修建海堤，需要对该海域淤泥层软基进行加固处理，其中，由于施工简便，质量可靠，造价低，采用塑料排水板作为排水固结通道，上部分级加载石料作为压载体已成为普遍方法。为了克服超深塑料排水板打设困难，减少软基滑移质量事故，现对“浅滩海域超深淤泥层软基处理施工工艺”进行探讨。

工艺参照工程实例如下：

某项目围堤采用C型塑料排水板作为排水固结通道，打设深度为原泥面下去27 m～40 m，排水板间距为1.0m，正方形布置，要穿透淤泥层，淤泥层厚度为22m～28m，打入黏土层5m～12m。排水板上部分级加载开山石作为堆载体且形成围堤堤身。具体情况见图1。

2.工艺原理

工艺原理主要包括砂垫层、砂被及软体排冲灌、塑料排水板插打与堆载料分级加载等。

砂垫层冲灌后，开始打设塑料排水板，排水板根据地形情况采用水上插板船或陆上插板机进行插打。插板船、轨道式插板机由基座、塔架、插管及振动锤等组成，一般由DZ40型振动锤作为插打动力，排水板穿入插管中，插管插入淤泥层后，排水板由淤泥的握裹力留在淤泥中，插管由卷扬机提起；履带液压式插板机由360挖机改装而成，由挖机、主机架、链条驱动装置和插管等组成，挖机前臂换成主机架，打设动力为挖机液压油泵带动链条转动使插管下沉或拔起。

图1 围堤断面图

图2 砂被垫层、砂被及软体排冲灌工艺流程图

图3 插板船/机插打排水板工艺流程图

排水板插打后，覆盖砂被，上部堆载石料要分级分层加载，加载分为水上抛石与陆上抛石。本工法参照工程中设计高程0.0m以下采用水上抛石，水上抛石施工采用定位驳定位、平板驳运输、装载机与反铲抛填；设计高程0.0m以上采用陆上抛石，陆上抛石在堤心石出水面后进行，自卸车运输，反铲理坡。

3.工艺流程和操作要点

3.1 施工工艺流程

图4 双塔架插板船

图5 履带液压式插板机

主要步骤为：测量放线→冲灌两层袋装砂垫层→打设塑料排水板→冲灌一层袋装砂被、覆盖编织土工布、软体排→抛石棱体、回填开山石至-5.0 m→间歇2个月→抛石棱体、回填开山石至-2.0m→间歇2个月→抛石棱体、回填开山石至+1.0m→+1.0m平台护面→间歇2个月→回填开山石至+4.0m→+2.0m平台护面→间歇2个月→上部结构，其中间歇时间2个月为暂定时间。

3.2 施工工艺操作要点

3.2.1 砂垫层、砂被及软体排冲灌

（1）具体工艺流程

砂垫层、砂被及软体排冲灌均采用对拉船工艺，其中，软体排通常采用铺排船工艺，本工法参照工程软体排较少，为降低成本及探索新方法，对软体排施工进行了大胆尝试，也取得了较好的效果。具体工艺流程见图2。

（2）操作要点

①袋装砂袋体加工成长方形，其尺寸宽度以围堤断面为准，同时考虑冲灌时收缩量和相邻袋体的搭接量，增加一定的富裕量。

②袋装砂袋体加工时留出充填管口(采用双层袖口)，管口均匀布置，袖口直径为30cm。充填完成后，将袖口扎紧。

③冲灌袋采用35支3股锦纶线包缝法缝制，工业缝纫机缝合4道（先缝1道，折叠后缝3道），拼缝宽度5～10cm，相邻拼接缝间距大于2m，充填口数量根据袋体尺寸、冲灌料粒径和冲灌压力确定。

④为防止袋体展布时被风吹起以及使袋体定位和沉放更加准确，辅以锚拉工艺将袋体四角同时绷紧。

⑤充填时先充袋体四角，在充填过程中要经常检查出泥管口的泥砂堆积情况，及时调整出泥管口位置，不断调整充泥袖口。

⑥充填袋的充盈度应控制在85%左右，每层的厚度要满足设计要求。

3.2.2 塑料排水板插打

（1）具体工艺流程如图3。

（2）设备选型要点

塑料排水板插打设备主要有插板船、履带液压式插板机及轨道式插板机等，实物见图4、图5。

浅滩海域超深淤泥层软基处理设计排水板入泥深度较深，本参照工程长度为27 m～40 m，潮间带浅滩地形坡度较大，地势起伏不平，高潮时水深较浅，低潮时露出水面，排水板打设采用水上插板船或者陆上插板机，满足此施工条件的水上插板船吨位较大，吃水较深，在此区域容易搁浅；陆上插板机塔架较高，容易倾覆。

图6 水上抛石工艺流程图

本参照工程根据不同地形情况分别采用了双塔架插板船、单塔架插板船、履带液压式插板机及轨道式插板机进行施工，首先确定出对水上、陆上插打设备进行选择的高程分界线，参照工程该分界线为高程+0.8m，+0.8m以下需采用水上插板船施工，+0.8m以上需采用陆上插板机施工；插板船的适用条件主要是船舶吃水、打设深度及海况要满足要求；履带液压式插板机更适用于地势起伏不平、地块不规则、海风较大的区域；轨道式插板机适用于地势平坦、地块规则、风力较小的区域。

双塔架插板船工效最高，轨道式插板机施工条件较好，效率较高；履带液压式插板机在水陆分界线岸侧浅滩区域赶低潮露滩插打，效率较低。另外，由于插板船设备复杂，人力投入较多，成本较高；插板机设备简单，人力投入较少，成本较低，其中轨道式插板机成本最低。总之，不同插板设备各有自身的优、缺点，关键是要因地制宜，采用适用的设备。

图7 分级加载示意图

图8 主堤D-D断面整体稳定计算断面图（施工期，十字板）

3.2.3 堆载料分级加载

（1）具体工艺流程如图6。

（2）分级加载设计

排水板插打后，覆盖一层砂被及土工布，然后，进行上部石料加载，加载要分级分层进行，按高程控制，加载高程要考虑施工期沉降量，预留沉降量根据现场原位观测成果确定，每一级加载应分层均匀加载，分层厚度为1m。

加载全过程中必须严格控制堤身变形，每一级加载必须在前一级加载堤身已经稳定（变形允许范围内）后方可进行。在抛填过程中严禁超速、超载。

主堤抛石加载主要分五级进行，第一级为护底块石、抛石棱体、回填开山石至-5.0m标高，加载厚度约2 m，分2层抛填；第二级为抛石棱体、回填开山石至-2.0m标高，加载厚度约3m，分3层抛填；第三级为抛石棱体、回填开山石至+1.0 m标高，加载厚度约3m，分3层抛填；第四级为回填开山石至+4.0m标高，加载厚度约3m，分3层抛填；第五级为+4.0m以上开山石回填，加载厚度约1m，分1层抛填，每一级加载完后应间隙2个月再加载下一级。具体加载示意图见图7。

（3）建模分析，预测滑动面

淤泥层软基较敏感，加载时监测数据会超标报警，监测数据超标报警可能是由于局部区域加载过多（无整体失稳风险），也可能是由于整体区域加载过多或排水固结效果较差（有整体失稳风险），仅仅依靠施工经验，很难判断，容易酿成滑移事故。本工法采取建模分析、预测滑动面的思路对围堤稳定性进行计算分析，以弥补单独依靠施工经验的不足。

围堤整体稳定计算采用费伦纽斯条分法，根据加载情况，利用岩土工程分析软件Slide进行计算，计算结果示例见图8。

同时，定期观测堤身侧向位移，对土体侧向位移监测数据进行分析。

将围堤整体稳定计算结果与监测数据进行对比，若围堤整体预测滑动面与土体侧向位移监测数据具有较大的拟合性，则围堤有整体失稳风险，需要特别注意；若围堤整体预测滑动面与土体侧向位移监测数据无拟合性，则围堤无整体失稳风险，监测数据超标报警代表是局部区域的问题，然后参考加载情况，分析原因，原因一般为局部加载过多、大潮影响或运输车通行等。

最后，根据软基变形的级别与原因，综合分析，及时作出施工调整或采取控制措施，保证围堤安全。

（4）精细化分级加载操作要点

本工法通过对土体沉降、侧向位移及孔隙水压力监测数据进行分析，针对超深淤泥层排水固结与滑移规律，制定了“精细化分级加载”的施工方法：分级加载总体思路为先抛外侧，再抛内侧；先抛护脚块石，再抛堤心石，分级分层加载，分段流水施工；外侧反压荷载务必先抛。

①由于分层厚度较薄，水上抛填应采用平板驳运输、抛填（开体驳无法保证1m厚度），另外使用单独的一条平板驳作为定位驳，船上带有定位系统，定位驳定好位后，抛石船靠泊抛石。

②加载应分段抛填，流水作业，每段长度根据供料情况确定，先外侧后内侧。

③选择典型部位进行试抛作业，确定不同水深、不同区域的水流对块石作用产生的偏移量数据，以便用于施工改正。在施工过程中经常分析石体落位偏差情况，并及时作出调正。

④抛石控制的原则是宁低勿高，减少超抛块石处理的工作量。

⑤抛石过程中可用传统测深方法勤测水深，适时对抛填效果进行检测修正。

⑥加载时，先在监测断面处抛填，取得监测数据，以指导后续施工。

⑦加载时，务必先保证外侧低洼处反压加载厚度，再进行内侧抛填。

⑧淤泥层软基较敏感，加载初期监测数据会频繁超标报警，尤其是刚出水面时，要减少分层厚度，可采用每层0.5m进行加载，自卸车运输时，减少车载量降低动荷载对软基的影响。

4.结语

（1）潮间带浅滩水深较浅，地形坡度较大，排水板深达40m，采用国内超高塔架插板船插打，高潮时冲滩，低潮时坐滩，并且配合超高塔架履带式液压插板机插打，成功克服了恶劣的地形条件。

（2）对比以往同类工程，加载时，不能判断软基侧向变形的级别与原因，完全靠经验，容易酿成滑移事故，本工法根据地质特征，进行建模分析，判断淤泥层基础薄弱区域，预测基础滑动面，结合监测数据，分析加载情况，能够准确判断出软基变形的级别与原因，从而能够及时作出施工调整和控制措施，保证围堤安全。

（3）本工艺通过对土体沉降、侧向位移及孔隙水压力监测数据进行分析，针对超深淤泥层排水固结与滑移规律，制定了“精细化分级加载”的施工方法：分级加载总体思路为先抛外侧，再抛内侧；先抛护脚块石，再抛堤心石，分级分层加载，分段流水施工；外侧反压荷载务必先抛。本工艺参照工程围堤堤身抛石层较厚，最大处厚达10 m，再加上4.5m沉降量，最终堤身抛石层厚14.5m，抛石加载分5级15层进行，通过精细化控制，大大减小了软基的侧向变形。