潮间带真空预压条件下淤泥搅拌桩密封墙适应性分析

周治江

周琦，张保童，唐辉湘，郑坚昭

1 引言

真空预压法加固软土地基技术的提出已超过半个世纪了，国内在20世纪80年代解决了关键的抽气设备研究后，真空预压技术已广泛应用于围海造陆、港口、水利工程等领域，取得了良好的经济效益和社会效益。但将该项技术拓展于潮间带软基的技术研究及应用屈指可数，特别是有深厚砂垫层的更是少见。潮间带软基土体具有孔隙比大、含水量高、透水性差、压缩性大、强度及承载力低、受潮水影响较大等特点。随着沿海滩涂的开发和港口建设向深水发展，开展潮间带真空预压加固软土地基技术有着良好的前景，但也同样面临深层侧向密封技术的难题。较大的水力梯度交替变化，加强了加固区内外的水力联系，造成更多的细颗粒的损失，使搅拌桩的密封性面临大潮差的影响而出现密封性下降等问题。

2 地质概况

本工程位于福建省罗源湾港区，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，自上而下岩性主要为淤泥、混碎石粉质黏土，局部地段夹有碎石或黏土；下部为凝灰熔岩（见表1）。

本次软基处理的淤泥层分布厚度总体分布厚度北薄西厚，自山脚向海侧加深，淤泥面标高1.75～5.62m，平均3.4m。据本海域潮位实测资料统计，潮汐为正规半日潮型，现场实测最高潮达7.95m，最大潮差达7.0m。按照设计要求吹填中粗砂至5.0m标高，由于在吹砂前未做相应措施，在吹填中粗砂完成后通过静力触探检查砂垫层平均厚度约为3.0m，较深的地方达6.0m，加固区内外高程差约为3.0m。李树奇等在天津港北港池新建滚装码头堆场软基处理中的潮差只有3.8m，由于砂垫层较薄，侧向密封采用的是趁低潮进行人工开挖，开挖深度不大于1.5m。在连云港海滨新城基础设施一期围埝工程和连云港庙岭三期突堤排洪沟地基处理工程应用均采用的是人工开挖密封沟形式进行侧向密封。传统真空预压法常用的侧向密封技术主要有密封沟、淤泥搅拌桩密封墙和垂直侧向铺膜3种。

3 地基处理方案

本工程为主厂房区域，采用真空联合堆载预压设计方案，加固后淤泥的地基土承载力特征值f_ak≥80kPa；加固后回填土的地基土承载力特征值f_ak≥120kPa。排水板为C型原生塑料排水板，按正方形布置，间距0.9m，打设深度9～19m，平均约15m。

原设计采用的是打设双排水泥搅拌桩，水泥掺入比a_w=15%，水灰比0.5，桩径0.7m、桩间搭接0.2m、排距不小于1.1m，打设深度进入淤泥层不小于2.0m，然后在双排水泥桩间开挖密封沟做侧向密封措施。本工程淤泥层较厚，若采用原设计方案，在真空预压施工后场区内土层和水泥桩发生较大的不均匀沉降易将密封膜撕破，影响真空预压施工。若采用人工或者机械开挖，密封沟易发生坍塌，受潮水涨落影响，密封沟不易成型且不能切断透水、透气层。综合以上因素并借鉴以往常规条件下的成功施工经验，采用淤泥搅拌桩密封墙作为该工程的侧向密封措施。结合胡利文研究结果，对履带式双管搅拌桩机及步履式单管搅拌桩机采取“四喷四搅”方式施工，泥浆相对密度≥1.35，下搅速度为1.2m/min，上搅速度为0.8m/min。当仪表电流读数小于30A时，掺入比为25%；当仪表电流读数大于30A时，掺入比为40%。

4 试桩

根据地质条件分析，淤泥搅拌桩只需穿透回填的中粗砂垫层并进入淤泥层不小于0.5m即可。由于淤泥搅拌桩密封墙作为在潮间带施工真空预压的侧向密封技术未见使用，先进行试桩施工。

本次试验共进行了三次。第一次桩体深入淤泥层深度分别为0.5m、1.0m，被返上来的泥浆数量较少，同时由于钻杆的扰动造成孔壁的砂塌孔而在桩内形成夹砂层，效果不理想。第二次桩体深入淤泥层深度分别1.5m、2.0m，通过现场触感检查，砂感很弱。第三次打设深度定为6.0m，即桩体深入淤泥层不小于2.0m，本次试验成桩效果较理想，返浆量比较多。经检验泥浆制备的相对密度达到1.4，喷浆口的泥浆相对密度为1.36～1.38，形成桩体的相对密度到达1.4。通过竹竿在桩体间触探，未遇见较硬的层位以及较大的团状物，整个砂垫层均能完整的穿透并将下层的淤泥切削搅拌。

由上述试桩分析，泥浆相对密度需不小于1.35，由于试桩时电流均未超过30A，泥浆的掺入比控制在25%左右，通过泥浆泵压力和管口出浆量计算，为保证满足泥浆掺入量指标，单桩施工时间控制在24min左右；钻杆的提升速度宜为1.2m/min，下搅速度宜为1.2m/min。泥浆搅拌墙采用双排桩，单桩直径φ700mm，纵横两桩彼此搭接200mm，间距500mm，深度以穿透回填砂、进入淤泥层不小于2.0m为准。

按照试桩工艺技术参数进行淤泥搅拌桩施工，由于最开始施工的淤泥搅拌桩距离使用时间有12d，整个场区砂垫层的含水量持续保持较大，受潮水涨落往复运动影响，密封墙面上覆盖一层约20cm的砂，通过钻孔取样，密封墙内的泥砂局部出现分离现象，在部分墙段深约0.8～1.2m范围内易形成一层夹砂层，为了便于踩膜时能将密封膜踩入密封墙内，在踩膜前一个工作日采取高压注浆的方式对密封墙进行处理，人工将夹砂层切断。经过处理后的密封墙可以人工踩膜深度约1.0m，满足设计要求。

5 效果检测分析

5.1 监测检测点平面布置

为了分析加固效果，各分区均对膜下真空度、地表沉降和孔隙水压力进行了全程监测，且在抽真空前和场地卸载后对加固区土体进行十字板强度检测。A分区的监测检测平面布置图见图1。

5.2 监测检测效果分析

5.2.1 膜下真空度

在抽真空期间，真空度在恒载计时维持3d左右的时候，发现靠海侧真空表部分出现不稳定现象。退潮期间真空度降低约10kPa，但在涨潮期间全部真空表读数维持在85kPa左右。在退潮后对现场的淤泥搅拌桩密封墙局部检查发现漏气现象，对于出现漏气的部位进行高压注浆处理后也只是暂时保证密封效果，抽真空进行约15d后，大部分密封墙出现漏气现象。对密封墙的开挖后发现，淤泥搅拌桩密封墙内黏粒在抽真空一定时间后墙体内将会发生气液两相流，以及动水位的变化，使密封墙体及加固区内砂垫层始终处于饱和和墙体内外水位存在高差状态下，渗流力大于砂层的有效重度，局部墙体发生渗透破坏，微细颗粒被部分带走。

为保证真空预压施工效果，对密封墙靠海侧进行大开挖换填原状淤泥的方式进行处理，接长密封膜并重新踩膜，保证密封膜进入密封墙不少于2.0m。通过后期的维护，该方式基本能保证真空预压密封效果。

5.2.2 地表沉降

土体的固结产生地表沉降，对土体固结状况的了解可以通过地表沉降进行跟踪观测，也可以反映出设计的地基处理方式在本地提高土体强度方面是否有效。各分区均同时开始抽真空，A1区各测点地表沉降随时间变化关系曲线如图2（a）所示。

从图2（a）可知：抽真空前13d，各测点处的平均沉降速率明显大于抽真空后期；在前40d沉降量基本为等速增加阶段，之后沉降速率呈降低状态。由图2（b）可看出在15～21d沉降曲线上出现一个较大的平缓段，主要原因为靠海侧密封墙出现漏气，降低了整个加固区的密封性。在经过密封墙的处理后，沉降速率很快就上来了，且能较好的保持。

虽然场区在抽真空期间出现密封墙漏气现象，但是由于整个软土基地上吹填了近3m厚的中细砂垫层，且在每天的高潮期间水位保持2m以上的时间超过10h，相当于堆载联合真空预压，而非单纯的真空预压，能有效的弥补真空度损失带来的加固效应。所以，即使在进行密封墙处理期间，沉降数值仍有一定程度的增加。

5.2.3 土体中孔隙水压力变化情况

为了了解地基处理期间的孔压变化情况，在A1区中心位置布置孔压监测点，监测结果如图3所示。由图可知，在13d以内，负的超静孔隙水压力升高速率较快，而在13～21d期间变化比较平缓，主要是密封墙出现漏气原因；第25d和50d时，曲线出现波动，是因为这两个时间段进行上部吹填0.5m砂的堆载预压施工。真空度向下传递的过程中有一定的损失，孔隙水压力随深度呈一定减小的趋势。

5.2.4 加固前后土体十字板抗剪强度与深度变化对比情况

在A1区加固处理前和加固处理90d内对土体强度进行现场检测，十字板抗剪强度与深度变化对比关系曲线见图4。由图中可以看出，加固处理90d后，同一层位的土体十字板强度增加了近3倍，土体的平均允许承载力约为94kPa，加固效果满足设计要求。

6 结论

通过对真空度变化情况和现场条件的分析，得出以下几点结论：

（1）密封墙在较大的动水压力作用下，微细颗粒易被往复的水流冲刷带走，淤泥搅拌墙密封性能的持久性得不到保证。

（2）淤泥搅拌桩密封墙作为侧向密封不适应潮差较大的潮间带真空预压施工，本文采用大开挖换填原状淤泥的方式对失效的密封墙进行处理能满足地基处理效果，但是该法在很多场地不能实现。

（3）针对潮间带地区，且是深厚砂垫层真空预压施工需要开发更适宜的侧向密封技术，比如通过掺入适量的水泥类的固化材料，保证密封墙柔性变形的前提下，增强墙体内粗细颗粒的黏结性、限制细颗粒的流失，以保证真空预压的加固效果。或者在外侧施工一圈水泥搅拌桩做围护，内侧施工淤泥搅拌桩用于踩密封膜。这些处理方式尚需实际工程进行验证。

参考文献

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