楊茯苓 ，鮑樹峰 ，余東華 ，鄭廣

（1.中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東 廣州 510290；2.中交四航工程研究院有限公司，廣東 廣州 510230；3.中交交通基礎(chǔ)工程環(huán)保與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510230；4.中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350008）

0 引言

新近吹填淤泥上進(jìn)行真空預(yù)壓相關(guān)工序施工時(shí)，工作墊層起到了承上啟下的重要作用。新近吹填淤泥含水率高，工程特性極差，地基承載力幾乎為0[1]。該類地基上進(jìn)行水力吹填砂墊層施工過(guò)程中往往因吹填管口處砂水混合流體的沖擊力不均勻而出現(xiàn)擠淤、拱淤現(xiàn)象，最終導(dǎo)致整個(gè)吹填區(qū)域范圍內(nèi)形成許多大面積淤泥包。對(duì)于面積較?。ǎ?00 m2）的淤泥包而言，其處理方法一般是先鋪設(shè)土工布，再鋪設(shè)土工格柵或竹柵，然后采用鉤機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)、推土機(jī)推砂等方式補(bǔ)填砂料，這種常規(guī)處理方法基本能達(dá)到預(yù)期效果。然而，對(duì)于大面積淤泥包而言，常規(guī)處理方法往往會(huì)加劇淤泥包的嚴(yán)重程度，且最終不能較好地解決問(wèn)題。

本文提出了一種適用于大面積淤泥包的充填砂被工作墊層，簡(jiǎn)要闡述其工作機(jī)理，依托廣州港南沙港區(qū)三期工程疏浚吹填及軟基處理工程II區(qū)工程進(jìn)行應(yīng)用分析。

1 砂被工作墊層及其工作機(jī)理

水工行業(yè)廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)大型砂被是指用上下兩層高強(qiáng)度、透水性良好的土工布按設(shè)計(jì)長(zhǎng)寬縫制成大型砂袋，在上下兩層土工布之間按設(shè)計(jì)長(zhǎng)寬設(shè)置若干個(gè)具有一定高度的隔倉(cāng)，且在各隔倉(cāng)的上層土工布表面上按設(shè)計(jì)間距設(shè)置若干個(gè)具有一定長(zhǎng)度的充填袖口；用高壓水槍將充填砂料沖攪成滿足設(shè)計(jì)濃度的砂漿，并通過(guò)泥漿泵按對(duì)稱充填的方式輸送進(jìn)砂袋內(nèi)，以確保最佳的充盈率；然后靜置一段時(shí)間使砂漿中的水分通過(guò)砂袋的孔隙自然排出而形成整體密實(shí)的結(jié)構(gòu)體[2-3]。

大面積淤泥包承載力極低、甚至為0，無(wú)法滿足地基處理施工機(jī)械安全施工的要求。相對(duì)于上述傳統(tǒng)大型砂被而言，大面積淤泥包上的砂被工作墊層無(wú)須設(shè)置隔艙，主要工作機(jī)理為：

1）應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)。荷載面積下的砂被使上覆荷載在傳遞過(guò)程中被擴(kuò)散到較大的軟土面積上。

2）表層封閉效應(yīng)。當(dāng)上覆荷載作用于砂被表面時(shí)，砂被發(fā)生下沉變形，而其下臥流塑狀的土體則向周圍發(fā)生擠出變形并同時(shí)向上發(fā)生隆起變形。由于砂被的表面約束作用，使得下臥土體體積只能受到壓縮，從而限制了下臥土體發(fā)生較大的擠出變形及隆起變形。此時(shí)，下臥土體具有雙重身分，既表現(xiàn)為體積相對(duì)可壓縮的變形體，又表現(xiàn)為體積相對(duì)不可壓縮的液體，從而改變了下臥土體中的應(yīng)力分布，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生較大的水平壓力及豎向壓力，使下臥土體需要較大的荷載才能發(fā)生滑動(dòng)破壞（剪切破壞）。簡(jiǎn)而言之，荷載面積以外的砂被起到了表層封閉作用。

因此，這種砂被工作墊層具有厚度均勻、整體強(qiáng)度高（承載力高）、整體性強(qiáng)、保土性能好、能適應(yīng)地基變形等特點(diǎn)，鋪設(shè)在大面積淤泥包上能最大程度地避免下臥土體發(fā)生整體滑動(dòng)破壞。

2 依托工程概況

廣州港南沙港區(qū)三期工程疏浚吹填及軟基處理Ⅱ區(qū)工程港區(qū)陸域是在原有珠江口水域之中淤積的灘涂地基上吹填淤泥形成的，上部為呈流動(dòng)狀的新近吹填淤泥，下部為深厚原狀軟土，主要為流泥、淤泥及淤泥質(zhì)黏土等[4]。根據(jù)該工程的圍堰工程設(shè)計(jì)，I區(qū)吹填排水口布設(shè)于I區(qū)與II區(qū)的交界圍堰中間處，另外，I區(qū)施工時(shí)在交界圍堰處新增了排水口（圖1），這共同導(dǎo)致了I區(qū)吹填淤泥、流泥以及尾水大量涌入II區(qū)吹填區(qū)域內(nèi)，特別是II區(qū)西北角區(qū)域上部的吹填淤泥層厚度高達(dá)7～9 m，如圖1陰影部分所示的D19—D21區(qū)，面積約10萬(wàn)m2。

圖1 吹填淤泥影響區(qū)域Fig.1 Influence region of hydraulic reclamation silt

II區(qū)西北角區(qū)域周圍沒(méi)有可供車載運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)道路，該范圍內(nèi)的砂墊層必須采取水力吹填的施工方式形成。另外，該區(qū)域的吹填距離較遠(yuǎn)（約為1.5 km），為了避免吹填施工過(guò)程中吹填管路發(fā)生嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，必須采用較大的泵送壓力進(jìn)行吹填施工。

由于II區(qū)西北角區(qū)域上部的吹填淤泥層的承載力非常低，因此，過(guò)大的泵送壓力致使在吹填砂墊層的過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻性現(xiàn)象，從而使場(chǎng)地內(nèi)出現(xiàn)大面積拱淤、編織土工布土工格柵大面積破裂等異?，F(xiàn)象，最終形成多個(gè)大面積淤泥包。

淤泥包分布情況如圖2所示，最大的淤泥包面積1 166 m2，其它各淤泥包區(qū)域的面積為460～740 m2。

圖2 砂墊層異常區(qū)域位置分布圖Fig.2 Distribution map of abnormal region of sand cushion

3 砂被工作墊層充填施工工藝流程

根據(jù)砂被工作墊層的工作機(jī)理，其充填施工方案的斷面圖如圖3所示。

圖3 砂被工作墊層充填施工方案斷面圖Fig.3 Section map of filling construction scheme for sand quilt working cushion

砂被工作墊層施工流程概括如下：

1）在淤泥包表面鋪設(shè)1層200 g/m2編織土工布。鋪設(shè)范圍為在淤泥包范圍的基礎(chǔ)上往周圍外擴(kuò)3～5 m，各幅編織土工布的接縫處采用包縫形式縫接。

2）在編織土工布上面鋪設(shè)1層竹柵墊層。竹柵墊層的鋪設(shè)范圍與編織土工布的鋪設(shè)范圍相同；竹柵綁扎間距為0.6 m×0.6 m，搭接長(zhǎng)度不小于1.0 m；通過(guò)細(xì)鐵絲將底層編織布與竹柵墊層綁接，每3.0 m綁一道。

3）在竹柵墊層上鋪設(shè)1層充填袋體。鋪設(shè)范圍為在竹柵墊層范圍的基礎(chǔ)上往周圍外擴(kuò)1～2 m，以避免充填施工過(guò)程中竹柵端部出現(xiàn)嚴(yán)重翹起現(xiàn)象。充填施工過(guò)程中，須通過(guò)人工不斷踩踏的方式以增大充填砂料的流動(dòng)范圍，并且需要及時(shí)移動(dòng)吹填管口從四周往中間充填以確保充填厚度的均勻性。充填袋體的充填厚度控制在0.6～1.0 m的范圍內(nèi)。

4）預(yù)先挖好排水溝以促進(jìn)充填施工過(guò)程中的排水，從而避免場(chǎng)地出現(xiàn)嚴(yán)重積水現(xiàn)象。

4 施工技術(shù)控制要點(diǎn)

施工技術(shù)控制要點(diǎn)包括材料質(zhì)量、充填工藝和過(guò)程管理三方面。相對(duì)而言，充填工藝方面為關(guān)鍵控制要點(diǎn)。由于吹填距離較遠(yuǎn)（約1.5 km）、吹填管線較長(zhǎng)，為避免吹填管線在施工過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，采取2條泵船同時(shí)進(jìn)行泵送的方式吹填砂料，以確保足夠的泵送壓力。另外，吹填管線管徑的大小也直接影響吹填施工的成效，因此，通過(guò)在吹填管路中間增設(shè)三叉接頭的方法，將管徑為40 cm的吹填管路分流成2條管徑為20 cm的軟管進(jìn)行充填砂袋施工，以避免充填施工過(guò)程中因泵送壓力過(guò)大而導(dǎo)致的吹填管口附近出現(xiàn)編織布格柵撕裂、砂料嚴(yán)重堆積等現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響充填的均勻性。

針對(duì)上述三方面要點(diǎn)制定了相應(yīng)的對(duì)策措施，如表1所示。

表1 對(duì)策措施及其技術(shù)控制要點(diǎn)Table 1 Countermeasures and key points of technical control

5 砂被工作墊層鋪設(shè)后效果

在砂被工作墊層鋪設(shè)之前，大面積淤泥包上無(wú)法安全行走施工機(jī)械，砂被工作墊層鋪設(shè)后情況如圖4所示，砂被工作墊層厚度均勻、整體性強(qiáng)、保土性能好、能適應(yīng)下臥土層變形，承載力可以滿足插板機(jī)安全施工的要求。

圖4 插板機(jī)在砂被工作墊層上正常施工Fig.4 The plate-plugged machine worked normally on the sand quilt working cushion

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)大面積淤泥包上無(wú)法滿足施工機(jī)械安全施工要求的難題，本文深入分析了砂被工作墊層的工作機(jī)理，依托現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程對(duì)砂被工作墊層進(jìn)行了成功拓展應(yīng)用。結(jié)論如下：

1）大面積淤泥包上砂被工作墊層的工作機(jī)理主要體現(xiàn)在兩方面：①應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)。荷載面積下的砂被使上覆荷載在傳遞過(guò)程中被擴(kuò)散到較大的軟土面積上；②表層封閉效應(yīng)。荷載面積以外的砂被起到了表層封閉作用。

2）砂被工作墊層的施工技術(shù)控制要點(diǎn)包括材料質(zhì)量、充填工藝和過(guò)程管理三方面。相對(duì)而言，充填工藝方面為關(guān)鍵控制要點(diǎn)。合理地設(shè)計(jì)充填工藝，能有效避免吹填管口附近出現(xiàn)編織布格柵撕裂、砂料嚴(yán)重堆積等導(dǎo)致嚴(yán)重影響充填均勻性的現(xiàn)象。

3）本文提出的砂被工作墊層具有厚度均勻、整體強(qiáng)度高（承載力高）、整體性強(qiáng)、保土性能好、能適應(yīng)下臥土變形等特點(diǎn)，鋪設(shè)在大面積淤泥包上能最大程度地避免下臥土體發(fā)生整體滑動(dòng)破壞，可在類似工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。