人工吹填软土地基多层水平辐射管线真空预压施工工法.doc
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1、人工吹填软土地基多层水平辐射管线真空预压施工工法xx集团xx有限公司xx xx xx xx xx1. 前言本工程位于xx市xx区xx路以西,xx大桥收费站西南侧原xx副1号排泥场,总面积25.4万m2 ;填方总量272.97万m3;真空预压后地面承载力为(60Kpa80 Kpa),目前吹填坑内底标高大至-8.00-9.00m(按大沽高程,以下同),平均底标高约为-8.50m,周围地面高程约为2.43.5m 。根据对该工程所在区域的实际情况进行分析,采用的施工方案为利用绞吸式挖泥船在附近xx渔航道内及航道滩涂挖泥300万m3吹填至回填区,边吹填边将施工区域内的淤泥进行真空预压处理。本工程施工在国
2、内外率先提出和使用多层水平管线真空预压方案对吹填淤泥质土进行加固的施工技术。多层水平管线真空预压吹填淤泥土深基坑技术施工难度大,施工工艺和施工控制复杂、技术含量高、工期紧。疏干管线的合理设置及连接技术、深基坑吹填技术、真空泵系统的合理设置、真空度的控制以及真空预压卸载标准等等均对工程进度和工程质量有重要影响。同时有关多层水平管线真空预压吹填土地基固结理论在国内外还是空白。通过工程实践形成本工法。2.工法特点2.1本工法加固过程中土体除产生竖向压缩外,还伴随侧向收缩,不会造成侧向挤出,特别适于超软土地基加固。2.2真空预压荷载不会引起地基失稳,因而施工时无须控制加荷速率,荷载可一次快速施加,加固
3、速度快,工期短。2.3本工法施工机具和设备简单,便于操作;施工方便,作业效率高,加固费用低,适于大规模地基加固,易于推广应用。2.4本工法不需要大量堆载材料,可避免材料运入、运出而造成的运输紧张、周转困难与施工干扰。2.5施工中无噪音,无振动,不污染环境。2.6吹填土多层水平辐射真空排水固结系统具有吹填土固结时间短,工后地面沉降量小,吹填土固结后均匀性好的特点。2.7施工既解决了填土问题又疏通了河道,将河道淤泥进行废物利用,可谓是一举数得。3.适用范围本工法适用于沿海地区吹填造地工程,对内地河流边的池塘改造用地工程,亦可应用。4.工艺原理4.1真空作用下土体的固结过程,是在总应力基本不变的情况
4、下,孔隙水压力降低、有效应力增长的过程。 4.2抽真空时,先后在传压管线排水通道内逐步形成负压,使土体与排水通道、管线之间形成压差;在此压差作用下,土体中的孔隙水不断由排水通道排出,孔隙水压力随之降低、有效应力增长,从而使土体固结压密。这样,地基沉降在预压加固阶段基本完成,并获得足够的强度。因此,在经过真空预压加固后的地基上施加建筑物荷载时,既不会发生地基失稳问题,又不会产生有害的残余沉降与差异沉降。4.3本施工方法可使膜下真空度在1020d内达到和维持在600mmHg以上,可产生相当于80KPa的等效荷载。5.施工工艺流程及操作要点5.1方案选定前期施工准备阶段我们结合现场实际情况,针对xx
5、xx地区地质情况的复杂性,认为采用排水板真空预压工艺对粉细颗粒饱和淤泥粘土的处理会产生一些弊端,如淤泥固结时间长、孔隙水压力消散慢、工后沉降量大等。本着对工程质量、工期负责的态度,我公司经多方调查论证,决定应该从施工工艺、方案上有所创新,大胆实践。从中标至6月底我公司经长时间模拟试验、数据收集、论证,最终研发出多层水平辐射管真空预压排水固结系统。5.2施工步骤及施工工艺的主要流程:5.3取土范围的选择:根据我单位与xxxx协商确定,选择xx下游渔船闸进出渔船的航道1700m长,140m宽的范围内及xx大桥以东、渔航道以南滩涂(xx拟做渔船码头)的土方作为本期施工的取土区范围,该区域内土方经我单
6、位实测断面,渔航道以南滩涂面积约16万m2,平均挖深13米,加上渔航道1700m,宽70m,深11m,共计挖泥:16000013170070113389000m3,能够保证本次吹填施工所需的挖泥工程量。5.4挖泥船的选择5.4.1挖泥船的选择方法挖泥船的选择是吹填工程中重要的环节之一,挖泥船主要遵循以下几个条件进行选择:5.4.1.1.取土地点的地形、水深、水文、地质、气象等自然条件。5.4.1.2可供选择的挖泥船类型及主要性能。如:最大吃水,最大、最小挖深,最佳挖深;最大、最小挖宽;排距、排高及生产能力;船舶的抗风能力及适应航区等。5.4.1.3取土场内土质情况,如软土、坚土等。5.4.1.
7、4船舶调遣方法。5.4.1.5挖泥船的生产能力与施工期限的适应。现挖泥船主要分为绞吸式挖泥船和斗轮式挖泥船,斗轮式挖泥船更适用于挖坚硬土层;绞吸式挖泥船挖软土工效更高一些。根据本工程的气象、水文、土质、吹填工艺要求及绞吸式挖泥船本身具有的工程造价低、生产效率高、适用范围广等优点,决定选择绞吸式挖泥船进行施作。5.4.2绞吸式挖泥船的工作原理绞吸式挖泥船工作原理为挖泥机械借助于水的运动,来进行挖掘及输送转移水下土方。它将水下土层经过机械切割使之松动,使泥砂与水相混合,形成一定浓度的泥水混合体(泥浆),然后通过泥泵产生的真空吸出,再经过输泥管道输送到排泥场。绞吸式挖泥船简图1所示:图1:绞吸式挖泥
8、船简图5.4.3挖泥船数量选定5.4.3.1吹填工程量计算虽然吹填土能够沉淀在围堰内,但由于退水口位置、高度的影响,排泥口距离的远近,流失是不可避免的。流失量可按下式计算:V流QTP式中 V流吹填流失量(m3) Q退水口平均流量(m3/h)T退水历时(h)P退水口泥水平均浓度()根据工程实际情况计算:Q值为:5000 m3/h,T值取为:1080h, P值为:10。根据公式计算流失量:V流QTP5000108010%=540000 m3吹填土的总工程量即设计工程量加流失量之和,用公式表示为: V总V设+V流272.97万m3+54万m3326.97万m35.4.3.2挖泥船数量选定由于本工艺需
9、要在排泥场内布置竖向集水井及多层水平辐射管线,考虑到吹泥口的冲击力会对管线造成一些影响,选用的绞吸船功率为200m3/h500 m3/h。根据工期安排吹填时间为150天,选择xx下游渔船闸进出渔船的航道1700m长,140m宽的范围内及xx大桥以东、渔航道以南滩涂(xx拟做渔船码头)的土方作为本期施工的取土区范围,将区域内土方约326.97万方吹填至造陆区域范围内。根据我单位与xx桐林海洋实业发展有限公司签定的挖泥船租赁疏浚协议,xx桐林海洋实业发展有限公司提供200m3/h型绞吸船一艘、300m3/h型绞吸船两艘、500m3/h型绞吸船两艘。五艘船合计1800m3/h,一天工作时间按15小时
10、计算,则生产率为27000 m3/d,机械功效按0.85考虑,每天270000.8522950m3/d,150天共计吹填229501503442500m3,满足工期安排。5.5输泥管线布置输泥管与挖泥船相匹配,一船一套,共布置5套。5.5.1水上管线布设水上浮筒管线承受水流、风浪及施工时的冲击力等影响,所以管段间的卡接必须牢固可靠,管线布置不可形成死弯应根据水流、风向布设成平滑的弧形,并抛锚加以固定。浮筒管线在重载情况下仍然露出水面以上,以便维修和减少水流阻力。5.5.2陆地输泥管线布设陆地输泥管线5条。陆地输泥管线一部分直接铺设于滩地上,铺设于滩地上的输泥管线在涨潮时将被海水淹没,必将受到潮
11、汐冲击,因此要增加胶管使用量,使其能承受较大变形。陆地输泥管线架设时也要适当的加胶管,以增强管线变形承受能力,在转变处使用弯管,根据转弯角制作弯管。排泥管接头必须紧密牢固,以防止漏泥。每节管段之间加胶皮垫。5.5.3水陆接头水陆接头均设在各自的取土区域边界线上,水陆接头处沉放2组浮筒,并抛三组锚加以固定。5.5.4进泥口的布置进泥口设在北半区,根据施工进度可随时调整,进泥口均匀布置,以利于吹填均匀平起,进泥口排泥管伸入围堰不超过10m,以免回流冲刷岸坡。五条排泥管线自渔船道河滩架设排泥管架800米后从不同方向接至坑口北侧,由北向南不断延伸吹填。具体见图2。5.6工程区域周围围堰设计本着可持续发
12、展的原则,节约土地资源的精神,在保证吹填总量能满足工程需要的前提下,本工程应尽可能的多吹填土,少外购素土。现场制约吹填高度的是四周围堰能否加高到预想的高程,围堰的南侧、西侧和北侧没有问题,东侧成为制约围堰高度的瓶颈。东侧围堰原标高在2.03.0(大沽标高),为保证吹填量,尽可能减少外购素土,围堰要加高到6.0米以上。围堰标高加高后将产生如下隐患:一、东侧围堰能否承受高差8米泥水的侧压力;二、围堰顶比四周原地面高2.5米左右,如有决口将会对四周居民和企业造成严重危害,造成极其严重的安全事故。5.7退水口选择本期施工中吹填自北向南分层推进,退水口选择在坑内南侧高压线塔座北侧,经与部队协调,用东侧部
13、队深坑自排绕行到北头再抽水外排。此安排的目的是利用坑底内现有坡度,即南高北低有利于淤泥的沉淀,同时延长漫水长度,使淤泥的回流量大大减少。具体措施和路径为:自北头始挖排水明沟一道,穿货场围墙后沿围墙东行至海防路,向北折入船厂,再向右拐,从大桥下穿海防路后右拐,破墙出海口船厂入xx河滩,退水路径全长约400m,其中在船厂内70m,并穿三次围墙。泄水口底标高定为+3.0米,同时在基坑南侧东埝上用立木土工布作拦泥围堰,具体做法为用10米长立木在东埝豁口处埋设成排,用铁丝将立木连接,外挂荆笆、土工布的形式,以降低退水回泥量。5.8挖泥施工图2:挖泥船管线布置图5.8.1挖泥区域选择xx下游渔船闸进出渔船
14、的航道1700m长,140m宽的范围内及xx大桥以东、渔航道以南滩涂(xx拟做渔船码头)及华水公司防洪指导线内的土方作为本期施工的取土区范围,将区域内土方约326.97万方(流失量按照10%考虑)吹填至造陆区范围内。该区域由200m3/h型绞吸船、300m3/h型绞吸船、500m3/h型绞吸船从不同断面施工,条宽按50米进行分条,在其施工区域滩涂部分挖深13m,边坡按1:4进行放坡;渔航道挖深11m。渔航道范围内土方分两层开挖:第一层挖至5米深;第二层挖至11米深。滩涂部分土方分两层开挖:第一层挖至6米深;第二层挖至13米深吹填区域吹填:该区域吹填过程中按自北向南进行施工。随着吹填区内泥面的升
15、高,逐步移动管线,使吹填管线始终保持在1000米左右。5.8.2泥浆浓度控制泥土含量是提高生产效率的关键参数,必须控制合适、掌握均衡。既不能因为切削泥土量较少使得浓度不高(表现在真空表读数低),也不能因为浓度太高而造成排泥管路的堵塞(表现在压力表读数高),要控制在真空表与压力表的最佳匹配上。根据现场土质、挖泥船的型号及挖泥深度等条件,泥浆浓度控制在15-30范围内。土质颗粒分析见下表:颗粒百分比组成检测值检测项目0.1-0.075mm0.075-0.05mm0.05-0.01mm0.01-0.005mm0.005mm检测值0.0%0.0%32.8%31.7%35.5%5.9挖泥船吹填施工5.9
16、.1施工工艺与方法绞吸式挖泥船吹填施工程序如下:测量放线管线布设挖泥船调遣定位挖泥船施工5.9.1.1测量放线吹填工程的测量放线主要是指挖泥船施工时的定位,根据取土区坐标,将取土区分块,再分条,得到各条边界坐标,将这些坐标输入挖泥船上的电脑制作背景图,即可通过GPS系统进行导航,使挖泥船运动的轨迹清楚的显示在驾驶室的电脑上,达到测量放线的目的。5.9.1.2油料供应挖泥船的油料供应可采用一艘油驳供应挖泥船用油,油泊可以停靠码头加油,挖泥船加油时可将油驳拖至挖泥船旁边加油。5.9.1.3辅助船舶:辅助船舶用5条起锚艇辅助5条挖泥船施工。起锚艇主要是帮助挖泥船移位,整理水上管线、给挖泥船抛锚,亦可
17、运送人员、用做水上交通。5.9.2吹填质量保证措施5.9.2.1吹填前对取土区进行地质探察,制作地质剖面图,各类土质储量图。5.9.2.2对有一定储量的塑性、半塑性土层,力争集中开采,用于后期表层的吹填,以利于后期预压工作层的形成和提高吹填土的质量。5.9.2.3每条输泥管设23个出泥口,轮换使用,以利于泥面均衡上升。5.9.2.4吹填中前期加大吹填强度,为后期找平吹填留有较宽裕的时间。5.10管线布设与连接管线的布设、连接是本工艺的核心内容,也是最为关键的环节。此环节的控制直接影响到工艺的成败。5.10.1管线质量要求水平辐射管线(50mm、100mm)集水管(200mm)、导水管(250m
18、m)、排水井管(300mm)均采用HDPE波纹管,要求环刚度大于2-4KN/m2,冲击性能小于10,内壁光滑,无破裂。波纹管打孔加工,孔径8-10mm,间距5cm,三角形排列。外包土工织物滤水层,滤水层由过滤层和缓冲层组成,过滤层采用80g/m2的浸渍粘合法非织造布,缓冲层采用250 g/m2的短纤针刺非织造土工布。土工织物质量应符合FZ/T64004-93和GB/T17638-1998标准。5.10.2基坑处理基底平整是防止后期预压过程中土体变形不均匀使沙层、排水管,尤其是密封膜破坏的重要措施。5.10.3导水管的布设测量人员根据设计图纸将坑内按50m50m划分为74个区,每个区靠中心位置约
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