无砂垫层二次处理关键工艺研究

赵鹏飞，吴 沙

（华北水利水电工程集团有限公司，天津 300170）

1 概况

台州东部新区涂面整理工程主要建设内容为吹填和软基处理，其中软基处理区域为该工程中西区，面积约147 万m2。中西区内地块区进行浅层一次处理，道路区在浅层处理后上砂垫层再进行深层处理。河道区和星湖区在进行浅层一次处理后，再进行无砂垫层深层处理，总面积约8 万m2，如图1所示。

图1 河道区和星湖区示意

图中填充阴影处为河道区及星湖区无砂垫层二次处理软基处理区域，空白处为河道及星湖，在后期施工中将对未处理区域进行水力冲挖。

相较于上砂垫层后的深层软基处理，无砂垫层深层软基处理省去了砂垫层，使得成本大大降低，且无需等待砂资源供应，使工程不会因砂资源紧缺而影响施工推进。但由于缺少了砂垫层，一次处理后区块承载力较差，所以增加了后续工艺性施工难度。

工艺性施工是软基处理的关键，直接影响到后期真空维护的难度及处理后的结果，施工步骤如图2所示。

图2 无砂垫层深层软基处理工艺性施工步骤

2 插板机比选

2.1 机型介绍

由于缺少砂垫层，一次处理后区块的地基承载力较弱，区块内变得高低起伏，非常不平整，且区块表面较为湿滑，因此对机械插板施工提出了较高的安全要求。本项目采用轨道式插板机和履带式插板机2种插板机械，如图3所示。

图3 轨道式插板机（左）和履带式插板机（右）

轨道式插板机机身轻便，组装简单，插板效率较高，振动锤能有效穿透硬层，底座面积较大，稳定性高。根据机械主架类型不同，又分为井字架式和门架式插板机。井字架式插板机采用矩形主架，机身较门架式轻便。门架式插板机机身相对较重，机械结构较井字架式复杂，该施工区域采用井字架式插板机。

履带式插板机动力系统为柴油机，插板采用液压驱动，行动较为灵活，但插板倾斜度不易控制，在软弱地基上稳定性不高，需铺设钢板，以减小对区块的压强。在铺设钢板之后，履带式插板机在软土地基上的稳定性要优于轨道式插板机。

2.2 插板施工注意事项

现场施工由2 种机械配合进行，较软区域及靠近密封沟的区域采用履带式插板机施工，其余施工条件较好的区域采用轨道式插板机施工。在施工过程中，需注意以下几点。

（1）由于没有砂垫层，区块表面较为湿滑且不平整，轨道式插板机往前推进更换轨道时，在行走过程中，作业人员一定要注意安全。

（2）插板机在施工前需先进行放样，但因区块表面有泥层，插板板芯在下雨后会被冲走或者滑移，导致放样工作重复进行，施工效率较低。经研究，在轨道式插板机的横梁两端系一根绳子，再在绳子上按设计插板距离做好标记，如图4 所示。只需在轨道式插板机施工区域最边上一侧进行垂直推进方向的放样，横向插板便可按绳子上所做标记施工，效率明显提高。

图4 轨道式插板机放样方法

（3）插板机在经过密封沟时，需在密封沟内垫足量的泡沫板及竹芭，防止因其自重过大而压弯甚至压断钢轨，发生事故。

（4）由于河道和星湖区域未进行处理，插板施工需从远离未处理区域的一侧开始，防止区块向未处理侧挤压。

3 黏土密封墙施工

黏土密封墙施工一般在区块插板完成后进行，以免造成已施工好的密封墙扰动和挤淤，影响密封效果。由于缺少砂垫层，该施工区域承载力较弱，密封墙搅拌桩机需在底部垫钢板才能施工。由于桩机本身无法挪移钢板，需配合挖机施工，施工效率较低。插板后表层地基吸水回软，即使垫上钢板，挖机在表层行走对表层地基破坏仍较严重，甚至破坏已插好的排水板，对后期绑管乃至真空维护的影响都非常大，如图5所示。

图5 挖机行走后的区块

为保证施工质量和提高施工效率，经研究后，决定使用长臂挖机代替密封墙搅拌桩机施工。长臂挖机有较长的施工距离，挖深能满足施工要求，充分搅拌后的密封墙同样具有良好的止水、隔气效果。挖机在密封墙边施工，不会对已插好排水板的区域造成影响，如图6所示。

图6 长臂挖机密封墙施工

4 其他施工注意事项

4.1 密封沟整理，滤管绑扎

由于没有砂子，浅层处理时的密封沟在养水补泥处理后，仍可作为深层处理时的密封沟。但由于一次处理后区块内缩，浅层处理时沿边的排水板和滤管暴露在密封沟内，在铺设无纺布时，需在四侧拓宽铺设范围。具体拓宽长度以能够包裹住密封沟内排水板和滤管为准，防止后续铺设的密封膜被密封沟内裸露的排水板和滤管破坏。

将排水板绑扎至滤管时，由于排水板与支管方向垂直，并在插板时预留了足够的板头长度，可先将排水板扭转至与滤管平行，再绑扎到滤管上（在保证施工质量的前提下，若施工难度较大，可考虑更换主管和支管方向，即主管按长边布置，支管按短边布置，这样则不需要扭转排水板）。然后，用包头布密实包扎排水板与滤管连接处，再用扎带将包头布绑扎，绑扎后排水板不能在滤管上滑动。绳结要求在排水板侧面，并为死结。在绑扎的过程中，需注意以下事项：由于缺少砂垫层，一次处理结束揭膜后，滤管暴露在表面，深层插板施工过程中，势必会打断滤管，滤管打断后，部分断口若不处理将有可能会在后续抽真空时将膜戳穿。因此，在二次处理绑管时，若发现有断口朝上的破碎滤管，必须将断口朝下，并埋入土内。

4.2 无纺布铺设

无纺布宜顺风铺设，缝合方向与滤管方向宜交叉成“井”字形。将缝制好的无纺布人工抬入区块后平整展开，铺布时严禁踩踏滤管。无纺布之间连接采用工业缝纫机缝合或绑扎绳绑扎，工业缝纫机缝合搭接宽度5 cm 左右；绑扎绳绑扎搭接宽度不大于20 cm，绑扎间距20 cm 左右。区块边缘处无纺布与滤管用绑扎绳绑扎牢固，如图7所示。

图7 无纺布铺设

4.3 真空膜铺设，抽真空系统安装

工艺性施工进入后期，须进行铺膜、抽真空的准备工作。铺膜和抽真空是紧密联系的两道工序，铺膜之后必须马上开泵抽真空，避免真空膜被风吹起。

铺膜之前，需先将真空膜抬入区块内，根据膜的尺寸和重量组织足够工人，严禁拖地、损坏；同时，先由施工队进行自检巡查，清理区块表面硬物以及三通、四通处的铁丝头。若迎着微风铺膜，可将膜口适当放低，以防被风吹起撕裂。若无风或者顺风铺膜，则宜将膜拉到齐肩高以鼓入适量空气方便真空膜拉开。

铺设真空膜之后，要求当天铺膜当天出水，必须马上布泵并通电抽真空。

将合格的真空泵、水箱、配电箱等抬入区块，将真空泵与预先安装的出膜装置连接，真空膜与出膜装置必须包扎密实。水箱、电箱等不能直接接触膜面，必须用无纺布等做好隔离保护工作。电路经过电工检验后通电，开泵抽真空，要求所用电缆线全部用毛竹三脚架架空（若泥浆较稀无法架空，可等土体初步固结后再架空）。

5 提升插板后场地平整度

由于施工区域为新吹填土，经过一次处理后，土地承载力仍然不高。如果深层插板机不借助辅助性工作垫层，受限于自重荷载，那么必然产生下陷现象，这对施工安全与场地平整度都是不利的。在不铺设砂垫层的情况下，有效解决措施是增大插板机与工作面的接触面积。

轨道式插板机行进借助于人工移动钢轨，考虑到施工效率问题，宜采用比较轻型的辅助工作垫层，如硬质泡沫板与枕木相结合的工作垫层。

履带式插板机与工作面的受力面积相对于轨道式插板机要大，但在其行进过程中，履带对工作面表面的破坏比较严重，宜采用刚度较大的辅助工作垫层，如钢板作为工作垫层。

在施工过程中，应当着重记录好使用不同尺寸、不同材料的辅助施工垫层时插板机的施工效率与工作场地的平整度状况，以得出最佳的辅助性工作垫层。同时，合理安排好插板的施工路线，避免对施工场地的二次扰动，是保证施工场地平整度的另一举措。