敞开式潮间带区域真空预压施工研究

张以禄，贾 永，邱智锦

（神华（福州）罗源湾港电有限公司，福建福州 350012）

0 引言

真空预压施工在我国工程施工中已有30 多年，潮间带作业多为纯水上施工或者纯水下真空预压施工案例，而潮间带作业较多采用围堰保证真空预压区内不受潮水冲刷影响，以保证真空预压效果。虽然真空预压本质基本类似，一旦与实际条件结合又各有其特点。

1 工程概况

1.1 地质条件

神华福建罗源湾储煤一体化项目场地属剥蚀低丘与海湾滩涂地貌单元连接地带，绝大部分场地均处于海湾滩涂潮间地带，理基高程约2.5～4.6 m（以当地理论最低潮面为基准面，位于1956 年黄海高程基准下3.85 m，下同）。场地上部为第四系素填土、海积、冲积地层，岩性主要为淤泥、混碎石粉质黏土，局部地段夹有碎石或黏土；下部为白垩系石帽山群火山岩，岩性主要为凝灰熔岩（碎斑熔岩），局部地段夹有辉绿岩，多以中—微风化的形式出露，局部地段局部有碎块状强风化岩出露。

在30 年前，当地为养殖需要在工程区域范围内建设了一条海堤，该海堤东西走向，底层为回填砂，上部为两侧块石、中间淤泥的防水海堤，横穿整个真空预压区域。

1.2 水文要素

本海区的潮汐为正规半日潮型，设计高潮位（高潮累积频率10%）6.89 m，设计低潮位（高潮累积频率90%）0.51 m。

1.3 设计概况

本工程陆域区域主要位于滩涂，淤泥厚度10～18.6 m，需进行地基加固以满足承载力和变形的要求。为满足主厂房、烟囱区域能够按期开展桩基施工的需要，加快淤泥土固结的速度，原总平方案确定的电厂一期工程主厂房和炉后地段南北两边外扩约15 m、西侧外扩约40 m 区域划分为整个工程的软基处理A 区，采用“真空联合堆载预压+碾压”的软基加固工艺。

（1）吹填及塑料排水板施打。真空预压区总面积大约为5.64 万m2，分成A1、A2、A3 三个区域，均位于开敞式潮间带，面积各为1.88 万m2。真空预压区域内淤泥面标高为1.75～5.62 m，平均约3.4 m，淤泥为欠固结土，属软土，具有强度低、压缩性大的特点，淤泥层分布厚度为10～18.6 m，平均14.3 m。对于淤泥面标高＜+4.0 m 的地段，先吹填普通砂至+4.0 m 标高，然后吹填中粗砂至+5.0 m 标高作为真空预压和堆载预压后的排水通道；对于淤泥面标高＞+4.0 m 的地段，直接吹填排水中粗砂垫层至+5.0 m 标高；若淤泥表面标高＞+4.5 m，则要求吹填中粗砂的厚度≥0.5 m，其标高要＞+5.0 m。

（2）真空预压。真空预压密封墙采用淤泥搅拌桩，铺设de63滤管，膜下设1 层编织布、1 层土工布（200 g/m2）、2 层土工格栅（纵向、横向拉伸屈服力＞20 kN/m）、1 层无纺土工布（300 g/m2），然后再铺3 层密封膜，密封膜直接踩至淤泥搅拌桩密封墙内。区域设78 台真空射流泵进行抽真空，分东西侧平均布置。密封膜上铺设1 层编织布（200 g/m2）和1 层土工布（300 g/m2），在真空预压满载10 d 后进行块石堆载预压回填。

（3）地基处理要求：①加固后淤泥的地基土承载力特征值fak≥80 kPa；②淤泥的平均固结度U≥90%；③陆域形成标高为+9.35 m。

2 存在的问题和困难

施工严格按照设计要求进行回填砂、排水板施工、淤泥搅拌桩施工、滤管土工织物铺设、土工膜铺设等工序进行组织，过程严把施工原材料质量关，且对真空预压最重要的淤泥搅拌桩进行了3 个孔位抽检，孔口高程分别为1#孔5.143 m，2#孔5.148 m，3#孔5.083 m，总共对抽检的16 个试样进行了颗粒大小分析和渗透系数试验。

2.1 土体问题

1#孔在原虾堤开挖后回填的区域，虾堤块石底面在+0.7～+2.1 m，根据超深超宽的开挖要求，开挖断面底高程均在-1.0 m左右，所以自钻孔顶部至6 m 深处仍为中砂。其余孔均处于虾堤外，回填砂厚度在3.0～4.0 m。按钻孔孔位分析竖向颗粒含量和水平渗透系数：①1#孔自钻孔上部至下部，粉粒—黏粒级颗粒的分布呈非渐变状态，到4 m 左右位置，黏粒含量基本呈渐变增加状态，超过4 m 后，粉粒—黏粒级颗粒突然下降，深层又反增加，且渗透系数超过了设计的10-5；②2#、3#孔自钻孔上部砂面至淤泥面，粉粒—黏粒级颗粒的分布呈线性增加状态；③渗透系数与黏粒含量成反比，即黏粒含量越多，渗透系数越小；④钻孔表层砂颗粒含量均较高，渗透系数大；⑤在低潮位变动区明显粉细颗粒含量少，渗透系数大。

2.2 施工难点

根据上述关键点，结合施工实际情况，总结敞开式潮间带真空预压施工的主要问题有：①由于表层砂颗粒含量高，工人踩膜靠人力难以下踩至沟面以下1～1.2 m；②对于砂层较厚区域，处于低潮水位变动区域的密封墙砂颗粒含量大，渗透系数不能达到设计要求，难以形成密封条件；③依据上述分析，推测潮位对密封墙中黏粒含量是存在影响的，如何在真空预压抽真空过程中避免潮位对密封的影响将是施工过程需要解决的问题；④敞开式潮间带涨退潮所带来的水流方向不是一定的，导致施工过程施工场地一直处于非平整状态，在大股水流形成处一般高差在40～50 cm，一定程度上导致塑料排水板机器难以行走影响作业效率，同时对于真空预压工艺施工的滤管埋设、土工织物结构层的铺设和真空膜的铺设带来较大的难度，涨落的潮水对于场地的平整度造成极大破坏，影响抽真空效果；⑤由于潮间带特有的水文地质条件，受潮水涨落、水流往复影响，常规的施工机械难以适应该场地，如搅拌桩机和插板机要保证高潮位时机械设备不被破坏、低潮位时能正常施工，因此潮间带作业给机械设备的使用带来一定的困难；⑥潮间带的有效作业仅在人员能进驻场地时才能施工，一般一个潮间的作业时间仅4～5 h，有效作业时间短；⑦潮间带作业，潮水涨落对泵池、潜水泵的运行影响非常大，如原泵池采用的砂袋围成的水泵循环水池，每次退潮水流冲击力常把砂袋前后横移，导致泵池漏水，其次潮水涨落将砂等杂质带入泵池，直接影响泵的运行；⑧施工过程发现，由于三层铺膜是由当地没有经验人员进行铺设，膜与膜之间存在空气，开始抽真空后密封膜面出现大量气泡，受潮差影响大量气泡破裂。

3 问题原因分析

敞开式潮间带对真空预压作业有着非常大的影响，结合实际施工情况，对上述问题分析如下：①1#孔自钻孔上部至4 m左右部分、2#、3#孔自钻孔上部砂至淤泥面，粉粒—黏粒级颗粒的分布均呈线性增加状态，且钻孔表面明显砂颗粒含量多，主要原因是淤泥搅拌桩施工期间，由于潮间带潮水涨落对周边砂的冲刷，且回填砂垫层结构松散，上部容易受潮水往复流动的影响，随水流将砂颗粒进淤泥墙内，局部地段淤泥搅拌桩两侧回填砂的崩塌，在淤泥搅拌桩的沟道中沉淀；②针对1#孔出现的超过4 m 后，粉粒—黏粒级颗粒突然下降、渗透系数增大情况，分析认为该层密封墙位置处于低潮位变动区，受潮水冲刷严重，导致粉粒—黏粒级颗粒受水流影响大，被潮水涨落冲刷带离密封墙区域；③敞开式潮间带对密封墙影响较大外，施工期间未充分考虑敞开式潮间带施工影响，对潮水涨落影响的施工工序未考虑周全，出现治标不治本的现象；④本工程水位潮差较大，施工期间潮高达到+7.5 m，与真空预压面+5.0 m 将近2.5 m 的潮差，高潮位时真空预压面的水压力达到25 kPa，水压力致使膜与膜之间的气泡体积缩小、泡内压力增大，超过真空膜耐压强度后破裂。

4 处理措施和建议

4.1 处理措施

经多次研究和试验，提出了以下处理措施，并得到实践检验，予以在敞开式潮间带真空预压施工中进行推广：①受潮水涨落影响，表层砂颗粒含量高，靠人力踩膜难以下踩至沟面以下1 m 范围，局部区域踩膜困难时，可以先用挖掘机局部挖松并适当搅拌上部淤泥，搅拌过程进行加浆处理，然后踩膜；②对于砂层较厚区域，处于低潮水位变动区域的密封墙砂颗粒含量大，渗透系数不能达到设计要求，难以形成密封条件，为了保证真空预压的加固效果，必须对淤泥搅拌桩局部范围密封不严的位置采用修补措施，如在开挖后回填淤泥，机械设备难以到达区域可以采用注淤泥浆的方式注入砂层，增加黏粒含量；③为避免抽真空期间敞开式潮间带对密封墙影响，在抽真空阶段不得对密封沟进行覆盖回填，且根据真空压力情况，及时对真空度难以上升区域进行开挖补浆或注浆；④对场地进行分区节流施工，分散水流流向，避免形成大股的水沟式的水流，否则会影响场地平整；⑤对机械设备按照最高潮位改装，或对卷扬机等重要设备进行吊装（施工期放置施工平台，潮涨期卷扬升吊固定放置）；⑥施工组织完善，对一次性施工的，如铺膜踩膜等工作，一次性做好各项组织准备工作，在有效的工作时间内一次性完成各项工作；⑦水箱最好采用铸铁水箱等水封条件较好的水箱，且应加盖或箱顶高于高潮位；⑧尽量采用有经验的工人进行作业，且施工组织严密，尽量避免空气进入膜与膜之间，若有空气进入，应在低潮位时扎破以便修补。

4.2 建议意见

此项工程实践中暴露出一些缺陷，检验了未曾实践过的理论经验，为在敞开式潮间带区域推广真空预压，提出如下建议：①由于潮水涨落影响淤泥搅拌桩黏粒含量，建议在淤泥搅拌桩外侧增加单桩水泥搅拌桩，以减少潮水冲刷的影响；②对于情况复杂区域，先在局部有代表性区域进行试验性施工，总结经验后再大面积开展真空预压施工；③砂垫层厚度尽量控制在4 m 以内，且尽量不要让砂垫层处于低潮位变动区。

5 结论

以真空预压为切入点，结合工程实际情况，研究敞开式潮间带真空预压施工措施，为真空预压在沿海潮差影响地区的施工提供实战经验，为后续在沿海地区充分利用经济、效益的施工工艺提供充足的现实依据。敞开式潮间带真空预压既对水下真空预压施工提出节省造价的可行性，又对无法避免受潮水影响的施工区域进行真空预压提出了实践意义，为真空预压在沿海受潮水影响地带施工再次进行冲击性的推广，增强真空预压在沿海地带的适用性。