吹填造陆及吹填土地基处理方法的几点设想

张爱霞，李德光，付长宏

（1. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2. 江苏德盈土工材料有限公司，江苏 盐城 224742）



吹填造陆及吹填土地基处理方法的几点设想

张爱霞1，李德光2，付长宏1

（1. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2. 江苏德盈土工材料有限公司，江苏 盐城 224742）

摘要：本文介绍了充填袋（内装就地取吹填的淤泥土w≥100 %）的两种用途，其一是在淤泥土上修筑子埝后进行二次吹填至要求的高程，降低主围埝的工程量，从而降低工程造价；其二是在吹填土上进行地基处理时采用充填袋作为施工设备的工作垫层，可替代常用荆芭等材料，且有好的经济效益。本文还针对真空预压时射流泵既抽真空又抽水的问题，提出增加抽水设备的建议，使得射流泵和抽水设备分工明确，提高工程的节能效益和经济效益。

关键词：充填袋；大孔径防淤堵土工布；围埝；地基处理；集水管；潜水电泵潜污泵

引 言

随着我国改革开放的深入发展，沿海各省均感到土地资源短缺，因此均向大海要土地，开展大规模的围海造陆工程。围海造陆工程一般先修筑主围埝形成掩护条件后再吹填疏浚土形成陆域后再进行地基处理，以达到造陆后场地的使用要求。许多围填造陆工程陆域形成采用吹填疏浚土形成，当吹填土为含水量≥100 %的软土时，地基处理的几个细节问题进行探讨：1）当吹填土含水量较高，承载力无法满足人工及施工设备作业时，在需要的部分采用充填袋作为作业垫层，可使吹填土表层承载力提高；2）当已有围埝无法满足吹填高程要求时，可在已有围埝内吹填至一定高程后，采用充填袋（内装就地取的吹填的疏浚土w≥100 %，下同）修筑子埝（离主埝一定距离）后进行二次吹填，可避免加高主围埝或后续因沉降引起的回填土量；3）真空预压处理吹填土时，增添集水管并用潜水电泵潜污泵来抽水，使射流泵只抽真空并断续保持膜下真空度，从而达到节能及经济效益。

1 软土地基处理时的作业垫层问题

1.1 作业垫层问题

软土的地基处理目前常用方法是排水固结法，该方法需要向饱和粘性土中打设竖向排水系统（一般为塑料排水板）。一般的轨道式插板机自重小于或等于120 kN且为两支腿，每腿下有两个轮子，两支腿间距离为12 m左右。两轮间距离为12 m左右，插最接近轨边的塑料排水板时，每轮最大荷重在50 kN左右。插板机在工作时要求地基承载力在30~50 kPa左右[1]，而吹填土含水量一般在100 %左右时，其承载力特征值＜10 kPa[2]，人工和施工设备无法作业。

1.2 现有的解决方法

现有专利进行浅表层处理地基的方法是：在淤泥土上铺设土工布、荆芭片、人工裸插3~5 m长塑料排水板，进行一次真空预压（一般为抽真空60 d左右），使淤泥土的承载力达到30~50 kPa左右，然后再根据设计要求插长塑料排水板后再进行真空预压处理（或真空联合堆载预压）。该方法进行了两次插板和两次真空预压，施工工艺较复杂，如图1所示。

图1 浅表层地基处理断面

1.3 充填袋作业垫层

1）从豆腐干的制作中得到启示

从豆腐干的制作中得到启示，将嫩豆腐被包裹并给予压力可成为豆腐干，那么将淤泥土装入充填袋并给予荷载压力，淤泥土也可成为塑性土。使淤泥土的承载力特征值大大提高，淤泥土含水率也会大大降低，淤泥土的物理力学性质可以改善。有试验证明此法因为大体积充填袋间淤泥土中的水无法排除使充填袋鼓了“肚子”而失败，如在充填袋间设置一层排水材料即可解决充填袋鼓“肚子”问题。

将充填袋作为作业垫层时，先在含水量为100 %左右的淤泥土上铺一层土工布和一层荆芭片，然后在插板机轨道下布置充填袋，充填袋内可用泥浆泵灌入就地取的吹填淤泥土（含水量为100 %左右），如图2所示。

图2 充填袋作为作业垫层示意图

2）充填袋材料

作为充填袋材料的土工布需要渗透系数较大，以便淤泥土中的水较快排走，可采用特制粗长纤维防淤堵无纺土工布（简称防淤堵土工布），其孔径≥80 μm，渗透系数为5×10-2cm/s。

如果充填袋内的淤泥土含水量为100 %，当多层时，由于淤泥土承载力不足，充填袋会陷入淤泥土中，直至平衡（淤泥土承载力会随深度增加而提高）。由于热扎土工布的良好渗透系数及充填袋与淤泥土间有排水通道，在上部荷载作用下充填袋内的淤泥土的含水量会逐渐降低，强度逐渐提高。

3）充填袋上加设垫层

尽管防淤堵土工布有良好渗透系数，但充填袋内淤泥土靠自重来达到固结是很慢的，插板机在轨枕和枕木上作业时需要地基承载力在30~50 kPa，而充填袋内淤泥土承载力达不到要求时，可在轨枕下设置重复使用的垫层来解决。垫层材料可采用装入透水性砂石的热扎土工布袋，在垫层及上部荷载作用下，下部充填袋会陷入吹填软土中，从而承载力达到平衡状态。

在垫层上铺设轨枕和轻轨后，插板机便可向淤泥土中插入地基处理所需要深度度的塑料排水板。如图3所示。

图3 在充填袋上加设垫层示意

2 填充袋用于修建围埝

2.1 利用充填袋技术修建子埝

采用吹填疏浚土方式填海造陆时，为降低地基处理造价，需要修建较高的围埝来容纳尽可能多的疏浚土，以减少地基处理后的回填方量。合理的外海侧围埝不可能做得很高（主埝即外海侧围埝受风浪的影响，整体受淤泥土的土压力影响），而是在其旁修建子埝（也叫二级围埝）。上世纪80年代为了修建子埝限于当时的条件只能在原泥面上采取人工裸插3~5 m长的排水板，上部子埝的高度仅2~3 m左右，是因为子埝下的地基只进行了浅处理如图4。

图4 浅表层处理后修建子埝示意

用灌入就地吹填淤泥土的充填袋在吹填淤泥土上修建子埝，子埝受到吹填土的压力非常大，为确保充填袋子埝的稳定性（强度和沉降），须如图5所示处理充填袋下的淤泥土。充填袋的强度及插板长度、间距、充填袋的宽度均可根据有关规范进行计算，施工时也可根据有关规范要求进行安全检测。最上层充填袋的承载力特征值同样会不满足插板机对地基承载力的要求，可以在插板机轮轨下铺设可重复使用的排水垫层来解决。这样就能修建较高的子埝，容纳更多的吹填淤泥土，减少地基处理后的沉降引起的回填土量，其经济效益和社会效益是肯定的，这样处理地基后产生的沉降量完全可有多吹填土来平衡，向零回填土前进了一步。

图5 采用充填袋修筑子埝示意

2.2 利用充填袋技术修建隔埝

需处理的地基面积很大时，需要修筑隔埝将大面积吹填淤泥土形成的陆域分隔开。隔埝的作用是可以作为运入地基处理材料和必要的技术设备等的简易通道。隔埝两侧一般均为吹填土，且高程基本相等。埝宽在3 m左右，隔埝两侧地基处理一般不会同时进行，存在时间差，隔埝的做法与子埝类似。

3 抽真空与抽水分离

3.1 传统射流泵抽真空时同时抽水

《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS 147 -2009）（以下简称规程）中关于抽真空设备布置未做具体要求，仅提出抽真空设备可适量布置在加固区中部，本文论述时射流泵按均匀布置在加固区中部（约1台/1 0002）。真空预压时射流泵在形成真空预压的同时也把水排（抽）出密封膜以外，起到一机两用的作用，但其抽水效率很低，且射流泵几乎在预压时间内全程开启，如真空预压时间为100 d，则真空预压其耗电量为：7.5×24×100/1 000= 18 (kw·h)/m2。

3.2 抽真空与抽水分离

射流泵仅用于抽真空，采用潜水电泵潜污泵来抽水，如图4所示，将真空预压时从软土中抽出的水汇集到集水管中（水平向铺设的滤管或排水板），通过继电器控制潜水电泵潜污泵，当集水管中水位高到与泥面水平时自动启动潜水电泵潜污泵抽水，当水位低到离管底1 m时自动停止潜水电泵潜污泵抽水。规程要求射流泵在试抽气4~10 d内，膜下真空压力应≥80 kPa，抽真空初期软土中抽出的水会向集水管流动（是气水共同进入集水管中），此时停止射流泵工作10~15 min，视膜下真空压力变化情况调整继电器控制时间，让膜下真空压力≥70 kPa以上，当膜下真空压力≤70 kPa时继电器启动射流泵。这样就可实现射流泵只负责抽真空，潜水电泵潜污泵负责抽水（集水管中的气可利用限压阀自动排气），如图6所示。

图6 潜水泵及集水管布置

若在停止射流泵工作10~15分钟内膜下真空压力只降低10 kPa，且再启动射流泵10~15 min膜下真空压力可上升到80 kPa，这样就可以节省射流泵约一半工作时间。假定真空预压时间需延长20 %，则传统真空预压抽真空100 d时，射流泵耗功率为：7.5×24（1-50 %）×100（1+20 %）/1 000=10.8 (kw·h)/ m2。

潜水电泵潜污泵选用QX510[3]，流量为5 m3/h，功率为0.3 kw，假定按沉降量按3 m计，每千平米需抽水3 000 m³，抽水工作需600 h，则潜水电泵潜污泵耗功率为：0.3×600/1 000=0.18 (kw·h)/m2。

则射流泵与潜水电泵潜污泵耗功率合计10.98 (kw·h)/ m2，可节约7.02 (kw·h)/ m2。当然该方法还需增设集水管、潜水电泵潜污泵等设施。

4 结 语

本文意在提出问题并对改进处理方法进行了分析论证，目前尚无实际应用。笔者欢迎同行就此问题共同探讨以求技术改进。

参考文献：

[1] 温州瓯江蓝田进港航道维护一期工程纳土工程施工图说明及施工要求[R]. 上海:中交上海航道勘察设计研究有限公司,2012,6.

[2] TB10038-2001 铁路工程特殊岩土勘察规程[S].

[3] 建筑给水排水设计手册[M]. 中国建筑工业出版社, 1992(12), 1:624.

[4] 付建宝，梁爱华，诸葛爱军，等. 适用于真空预压地基加固的抽真空设备室内试验研究[J].港口工程及工程排水与加固技术理论与实践, 中国水利水电出版社，2014.

Ideas of Reclamation and Reclaimed Soil Treatment

Zhang Aixia1, Li Deguang2, Fu Changhong1
(1.CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China;2.Jiangsu Deying Engineering Materials Co., Ltd., Yancheng Jiangsu 224742, Chian)

Abstract：Two applications of geotextile packs are introduced which is packed by reclaimed soil.Firstly,The packs is used to construct sub-enclosure, reducing the quantities of the enclosure, in order to saving the preject cost;Secondly, the packs can used to be work bed of equipment in reclaimed soil treatment,and it has good economic benefits. In addition,the adivse which adding submersible pump in vacuum method will be saving energy, because the vac pup can just be used for vacuum supply.

Key words：geotextile packs；large aperture geotextile；enclosur；ground treatment；collector pipe；submersible pump

作者简介：张爱霞（1984-），女，工程师，主要从事港口道路堆场及地基处理方面的设计工作。

收稿日期：2015-03-04

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160121

中图分类号：TU472

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0090-04