潮间带真空联合堆载预压施工特点

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hedanjiaotong
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  摘要:本文结合神华福建罗源湾储煤一体化电厂陆域形成工程,从加固机理、施工技术及特点等方面进行了阐述,实践证明:真空联合堆载预压在潮间带地区,特别是福建地区,最高潮差达6-7米,经过150天的真空联合堆载预压,经过检测,加固效果明显,处理后地基承载力满足后续施工要求。
  关键词:真空联合堆载预压;潮间带;特点
  Abstract: this paper shenhua fujian luoyuan bay store ground-launched forming integration of coal power plant project, from aspects of the reinforcement mechanism, construction technology and characteristics are expounded, practice has proved: vacuum combined pile load pre press in intertidal areas, especially in fujian region, the highest tidal range up to 6 to 7 m, after 150 days of vacuum combined pile load pre press test, the reinforcement effect is obvious, after processing the foundation bearing capacity satisfies the requirement of subsequent construction.
  Key words: vacuum combined pile load pre press; Intertidal zone; Characteristics of the
  中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  
  1.工程概况
  拟建神华福建罗源湾储煤一体化电厂工程位于福建省连江县下宫乡,工程规划4×1000MW等级超超临界燃煤发电机组和80万吨/年的煤炭储备基地,一期工程建设2×1000MW机组。发电厂厂区回填造地总面积约30.8万m2,其中A区:包含电厂一期工程主厂房和炉后地段南北两边外扩约15m、西侧外扩约40m区域,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,采用“真空联合堆载预压+振动碾压”的软基加固工艺,其它区域为堆载预压,A区面积约5.6万m2(分两个区,分别为1.9万m2和3.7万m2)。拟选厂址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2.5~3m。地层自上而下分为3层,第一层素填土厚度为0.6~2.7m不等,第二层淤泥分布厚度为2.2~18.6m平均为12.8m,第三层混碎石粉质粘土厚度为1.1~5.3m。本海区设计高潮位:6.89 m,设计低潮位:0.51 m,最高潮时达到8m多,潮汐为正规半日潮型。
  2.加固机理
   真空预压法是把大气作为荷载,通过抽气使加固体中气体被抽出,使膜内外形成压差即“真空度”,真空度通过垂直排水通道逐渐向下延伸,同时真空度垂直排水通道向四周土体传递与扩展,引起土体孔隙水压力降低,形成负的超静孔隙水压力,使土体得以排水固结,土体的强度也得到增长,达到加固的目的。
   堆载预压一般以土、块石、砂等作为荷载,在荷载作用下,产生正的超静孔隙水压力,经过一段时间后,静孔隙水压力逐渐消散,土中有效应力不断增长,地基得以固结,强度得到增长。
  通过理论分析和工程实践,两种方法可以联合使用,两种方法产生的负的超静孔隙水压力和正的超静孔隙水压力是可以迭加的,最终能使土体产生垂直压缩变形,强度得到增长。联合使用可以加快土体固结进度和强度,缩短工期,节约投资。
  3、施工工艺流程
  测量放线→吹填砂垫层→淤泥搅拌桩施工→插打塑料排水板→布滤水管→安装监测仪器→铺土工织物→铺密封膜→安装真空泵→试抽气→真空预压→施工1.0m厚砂垫层→分层分级回填开山石并碾压密实→施工监测→卸载
  4.主要施工工艺及特点
  4.1密封系统
  由于在真空预压密封压膜沟开挖时,部分地段由于砂垫层较厚,平均厚度约2.5m~4.0m,局部达6.0m厚,同时受潮水影响,压膜沟难以开挖成型,故原设计为水泥搅拌桩形成两排连续墙体,起到支护作用,然后在中间开挖压膜沟。前期通过试桩,水泥搅拌桩质量很难得到保证,施工完强度没有达到终凝前,要经过一次潮起潮落的冲刷,导致大部分水泥浆被带走,从而强度难以达到要求。同时泥搅拌桩要等达到一定强度后才能开挖,影响工期。通过参建各方多次讨论,同时邀请同行专家研究后,决定改为打淤泥搅拌桩施工形成密封墙。
  淤泥搅拌桩施工形成密封墙在国内真空预压施工应用已经很成熟,但在潮间带应用较少,通过编制的试验方案试桩,初步确定打两排搅拌桩互相搭接,桩径700mm,桩间距500mm,桩搭接200mm,根据填砂厚度调整桩长,要求桩端进入淤泥层不小于1.5m,淤泥搅拌桩形成的密封墙宽度不小于1.2m,成形后粘粒含量大于15%;渗透系数不大于1×10-5cm/s。
  泥浆主要取自临近区域抛石挤淤挖除的淤泥,通过高壓水枪冲刷淤泥,将淤泥拌合成比较均匀的淤泥浆,泥浆比重不小于1.35,比重达不到要求时通过掺加膨润土进行调整。施工工艺采取四喷四搅方式,分为喷浆下搅,提升,重复搅拌。搅拌头下搅速度初定为1.2m/min,上搅速度初定为1.2m/min。刚施工完成后用竹竿插入密封墙进行试探,能轻松插到桩低,说明形成较好泥浆较均匀,经过一个潮水后,再次试探,只到插入1m深左右,再往下阻力较大无法插入,经分析,应存在两方面的原因:一是由于潮水导致部分泥浆被冲走,二是砂沉淀,泥砂分离。经过钻芯检测,粘粒含量在2.9-23%之间,不同深度粘粒含量差别较大,渗透系数在1×10-5 -10-7 cm/s之间,证明基本与分析情况相符。
  参建各方经过多次会议研究后,决定采取两种补救措施:一是在踩膜前进行复打一遍,二是用高压泥浆泵进行补浆,水枪采用钢管做成尖头,头部留有2-3cm直径的小孔,用人工手持水枪在注浆的同时在不同的深度上下插拔,以保证泥浆的均匀。后经过检测和实践验证,这两种方法效果较好,粘粒含量20-30%,渗透系数均小于1×10-5cm/s,满足要求。
  4.2插打塑料排水板
  塑料排水板按正方形布置,间距0.9m,在砂垫层顶面以上的外露长度不小于70cm,以满足能绑扎在滤管上。
  塑料排水板在形成的+5.0m标高的砂垫层上施工,该地区最高潮时能达到+8m,所以只能乘潮施工,由于是软基履带式插板机无法进入作业,采用门架式插板机进行施工,但门架式插板机面临的问题是行走较慢,不能每次高潮时退出场地上岸,在潮水涨上来时会淹没2-3m,高潮时会淹没插板机,故对插板机进行了改装,主要是操作台和电器设备要提高到最高潮位以上,确保施工设备的安全。
  4.3布滤管、铺设土工织物、密封膜、安装真空泵
   滤管、土工织物铺设前要备足砂包,铺设时合理安排作业时间,在每个潮水涨起前要留有时间做压砂包工作,必须要压稳,以免潮水将其浮起和冲走。
  为了确保密封,需要人工将密封膜踩入密封沟中。施工时,先踩第一层膜,踩入深度不小于1.0m,踩完第一层膜后开始踩第二、三层膜。由于潮水的冲刷,密封墙部分淤泥被水带走,在踩膜的同时紧跟在前用高压泵往密封墙里注泥浆,增加密封墙的粘粒含量,以保证密封效果。
  密封膜可乘高潮时浮运至指定位置,具体做法为:将成捆的密封膜在岸边用人抬放入水中,密封膜会浮起,然后每隔十至二十米左右一个人可很轻松的牵引至指定位置,等潮水退去后正好坐落在区域的中线位置,最后再按正常程序展开铺膜即可,这样做即节约了人工,也节约了宝贵的时间,整个铺膜踩膜真空泵安装工作必须在一个潮水约8小时内全部完成,要在潮水涨上来前试抽气,让真空把密封膜吸着紧贴在砂面上,不然潮水涨起后会把膜冲走,造成不可想象的严重后果。
  4.4安装真空泵
  本次选用的抽真空装置按设计要求进行安装,真空泵的功率应不小于7.5kw,每台泵控制700~800m2,根据本工程所在区域水文地质特点,选取潜水泵加射流喷嘴作为抽真空设备,将潜水泵放入装有水的水箱中,水箱采用定制塑料水箱,保证不漏水,以免水箱缺水导致潜水泵的损坏和抽不到水而回气,水箱采取砂袋压稳,以免高潮时浮起,这样泵的冷却效果比较好,也能提高泵的工作效率。
  4.5试抽气与真空预压
  试抽真空阶段,要求分3批次循环开启真空泵,每批次开启1/3的真空泵,每批次持续时间为3天,然后开启全部真空泵。膜下真空压力应达到0.06~0.08MPa,若低于此值属于不正常,应立即查找原因,派专人穿布底鞋或软底鞋在膜上进行地毯式寻查,漏气孔眼会发出鸣叫声,循声彻底检查,一旦发现漏气后及时进行粘补,在高潮时通过观察密封沟有无明显的冒泡点,冒泡说明该处密封效果不好,应采取用高压泵注泥浆或局部开挖换填淤泥,再重新踩膜。
  经过9天试抽气,真空压力基本保持稳定,达到设计的85kpa,开始进入正式抽气计时,按设计要求抽真空有效时间约为120~150天。
  4.6堆载回填
  堆载回填采取回填1m砂垫层后回填开山石,真空预压区上部的施工垫层要等真空预压处理恒载10天后开始回填,同时必须保证压力正常稳定,回填后一旦出现密封问题就难以处理了。回填前应先铺设一层土工布(300g/m2),然后铺设一层编织布(200g/m2),以防止回填砂石破坏真空预压密封膜。
  施工垫层回填材料应采用中粗砂进行回填,回填厚度不小于1.0m。回填方式主要采用水力吹填,为了防止吹填的冲击力过大破坏密封膜,在管口采取加装一个分流转接头,分成若干个小管。为防止潮水涨落把砂带走,在吹填砂垫层施工前做充填砂袋围堰,砂袋采用编织布缝制而成,砂袋分两层每层高0.6m左右宽3m左右,要保证围堰超过1m最好高出0.2m左右。
  砂垫层施工完后,立即开始块石回填,每级石料应分层回填,每层回填厚度应小于0.5m并碾压密实,应严格控制加荷速率。
  4.7施工监测
  为了确保承载力不低于85kPa,土力学指标达到要求,检验加固区真空预压后的加固效果,更好地掌握地基加固过程中各土层固结、沉降及侧向变形等变化,确保加固质量,委托监测单位进行监测,并跟踪施工期的沉降与变形情况,以便及时采取相应的措施。现场监测的数据作为工后沉降的推算、处理效果的评价、工程量核实等的重要依据。场地内监测主要项目为:沉降标、分层沉降标、孔隙水压力计、水位观测、边桩位移观测等。
  5.加固效果
  卸载标准:
  ①按实测沉降曲线推算的平均固结度不小于90%;
  ②连续5天地表实测沉降速率不大于2.5mm/d。
  经过150天的真空抽气,根据监测数据已达到卸载标准,抽真空过程中压力保持在85kPa,总沉降量平均在1.5m,推算的平均固结度大于90%。
  卸载停泵后检测单位对预压区进行了检测,经土工试验、十字板剪切、超重型动力触探试验,检测各项控制指标均满足设计要求,加固后淤泥的地基土承载力特征值fak≥80kPa;加固后回填土的地基土承載力特征值fak≥120kPa。
  6.结论
  本文以实例阐述了潮间带地区真空联合堆载预压施工方法,主要介绍了与常规真空预压施工的特殊之处,希望能给类似施工提供一定的借鉴,通过检测证明,潮间带真空预压虽然施工难度大,但加固效果明显,处理后地基承载力满足后续施工要求。
  通过本工程实践,潮间带地区真空预压主要受潮水影响,注意机械设备要经过改装(如排水板机、搅拌桩机等),保证设备不被水淹没,同时注意每次涨潮时的人员撤离,确保人员和设备的安全。注意赶潮作业的时间和组织的安排,特别是铺土工织物,铺密封膜,必须要保证一个潮水时间内做完,并压稳。
  淤泥搅拌桩形成密封墙在潮间带地区应尽量加大泥浆比重,泥浆比重越高越能保证泥浆不被潮水带走,保证粘粒含量应大于15%,渗透系数应小于1×10-5cm/s,实践证明该方法能保证密封效果。
  与传统的真空预压和堆载预压相比,两者联合使用有效缩短了加固时间,特别适合于单一的真空提供的荷载满足不了要求的情况,如加固荷载超过80或90kPa时,可以辅以堆载预压加以补充,使地基达到要求。
  
  参考文献:娄炎.真空排水预压法加固软土技术-北京:人民交通出版社,2001.8
  JTS 147-2-2009 真空预压加固软土地基技术规程
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