第13讲1e410000港口与航道工程技术DOC.docx

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1e410000港口与航道工程技术

1e411000港口与航道工程专业技术

第一章专业技术，14节内容分3部分：

基础-水文气象地质；建材-水泥钢材混凝土土工织物；测量-gps管涌流沙。

1e411100港口与航道工程软土地基加固方法

大纲要求：

5种，排水固结法；振动水冲法；强夯法；深层搅拌法；爆炸排淤填石法。

重点：

排水固结法；振动水冲法；深层搅拌法；

难点：

爆炸排淤填石法；各法比较

1e411101排水固结法

知识点一、基本原理

实质为先在拟建场地上施加或分级施加相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，以增长土体抗剪强度，提高软基承载力和稳定性。

同时消除沉降量，减小土体压缩性，在使用期内不致产生有害的沉降和沉降差。

分为堆载预压法和真空预压法两类。

真空预压法在加固区形成负压，与堆载法的挤出效应相反，有利于邻近加固区岸坡的稳定。

堆载预压法适用于淤泥质土、淤泥和冲填土等软土地基；

真空预压法适用于在加固区能形成稳定负压边界条件的软土地基，特别适用于超软基及临近危险边坡地带的软基处理。

堆载预压法，利用软黏土在外荷作用下排水压密，且卸载后仍基本维持密度不变的特性。

实际施加荷载包括预压荷载和由于地面标高不够或因预压沉降使预压后地表低于设计地面高程而同填或补填的土重。

加载范围应大于建筑物基础外缘所包围的范围。

真空预压法是在加固区打设竖向排水通道后，其上覆膜密闭，抽去水和空气，以大气压力作为预压荷载。

它通过降低地基的孔隙水压力，提高地基有效应力，从而加速地基固结。

真空预压处理地基时，膜下真空度应稳定在80kpa以上。

对某些承载力要求高和沉降控制严的建筑，可采用真空一堆载联合预压法，堆载的大小根据工程要求减去稳定真空度相当的等效荷载。

真空预压时，加固区周围地面会产生裂缝，故应与原有建筑物保持一定距离。

φ7cm袋装砂井和塑料排水板作为竖向通道时，设计间距一般在1.0～1.5m左右。

对以地基稳定性控制的工程，竖向排水通道深度至少应超过最危险滑动面2m，软土层中有砂夹层或砂透镜体应予利用，以缩减竖向排水通道长度和数量。

由于塑料排水板质量轻、价格低、运输方便、加固效果好、施工速率高等优点，为首选的竖向排水通道。

a型排水板适用于打设深度小于15m;

b型排水板适用于打设深度小于25m;

c型排水板适用于打设深度小于30m。

知识点二、施工工艺

堆载预压法：

铺设砂垫层一打设塑料排水板（或袋装砂井）→分级堆载预压→卸载。

真空预压法：

铺设砂垫层→打设塑料排水板（或袋装砂井）→铺设排水管系、安装射流泵及出膜装置→挖密封沟→铺膜、覆水→抽气→卸载。

选重要的事项说一下：

2．在加固面积很大时，堆载料比较充足的情况下，为加快加固进度和减少搭接区加固效果差的结合带，分区面积应尽可能大。

3.施工中必须全过程进行观测。

监测项目有总沉降、分层沉降、孔隙水压和侧向变形等。

袋砂井和塑料排水板打设后，至少应露出砂垫层顶面50cm。

排水砂井宜用中粗砂，含泥量应小于3%。

6．真空预压的抽气设备宜用射流泵，空抽时必须达到95kpa以上的真空吸力。

一般采用两层膜。

应连续抽气，沉降稳定后，方可停泵卸载。

知识点三、施工监测和效果检验

（一）堆载预压工程应每天进行沉降、位移、孔隙水等观测，控制标准如下：

边桩水平位移每昼夜应小于5mm，基底的中心沉降每昼夜应小于lomm。

孔隙水压力系数控制在0.6以控制施工速率。

工程结束后应进行静力触探、十字板剪切试验和室内土工试验，必要时现场载荷试验。

（二）真空预压工程应进行真空度、沉降、位移、孔隙水等观测，膜下真空度应稳定在80kpa以上。

沉降稳定标准为：

连续5～lod平均沉降量小于或等于2mm/d。

抽真空3个月固结度可达到85%～90%，堆载预压法约需4个月以上。

1e411102振动水冲法

知识点一、振动水冲法

振动水冲法利用振冲器的振动和水冲作用加固地基，分为振冲置换法和振冲密实法。

振动水冲法对黏性土地基，实质是振冲器在高压水流下边振边冲，在软弱黏性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石等坚硬材料制成一根根桩体，构成复合地基，承载力高、压缩性小，称为振冲置换法。

振动水冲法对砂基来说，实质为借助振动和水冲在砂基中成孔，然后依靠振冲器的强力振动使饱和砂层液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少，同时依靠水平振动力使砂层挤压加密，称为振冲密实法。

振动水冲法适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基，对于处理不排水抗剪强度小于20kpa的饱和黏性土和饱和黄土地基，应通过试验确定其适用性。

不加填料的振冲密实法适用于处理黏粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。

振冲置换法宜在基础外缘扩大1～2排桩。

布桩位置可用等边形。

可用功率为30～75kw。

振冲密实法基础外缘每边放宽不得少于5m。

知识点二、施工工艺

（一）振冲置换法施工工艺

水压可用400～600kpa，水量可用200～400l/min，造孔速度为0.5～2.om/min。

每次填料厚度不宜大于50cm。

填料振密电流必须超过规定的密实电流。

必须记录每一深度的最终电流和填料量及留振时间。

桩体优先采用含泥量不大的碎石，最大粒径不大于80mm。

常用碎石粒径为20～50mm。

海上振冲桩，顶部松散层不易挖除，应在其上抛l～2m碎石，水下夯实。

（二）振冲密实法施工工艺

粉细砂地基宜采用加填料的振密工艺，对于中粗砂地基可用不加填料的振密方法。

振冲密实法加填料时粒径宜小于50mm。

知识点三、施工监测和效果检验

（一）振冲置换法施工监测和效果检验

振冲结束后，应间隔一定时间才能质量检验。

对黏性土地基，间隔时间可取3～4周，对粉土地基，可取2～3周。

可用单桩载荷试验检验。

可按每200～400根桩随机抽取一根进行检验，但总数不得少于3根。

对粉土层的振冲桩，除用单桩载荷试验检验外，尚可用标准贯入或静力触探等试验对桩土进行处理前后的对比试验。

对大型、重要的或场地复杂的工程应进行复合地基检验。

检验方法宜用单桩或多桩复合地基载荷试验。

检验点应选择在有代表性的或土质较差的地段。

（二）振冲密实法施工监测和效果检验

质量检验在施工结束后即可进行。

对砂土地基尚可用标准贯人或静力触探试验进行检验。

对不加填料振冲密实法的砂土地基，宜用标准贯人或动力触探检验处理效果。

检验点数量可按每100～200个振冲点选1个孔，总数不少于3孔。

1e411103强夯法

知识点一、强夯法

强夯法又称动力固结法或动力压实法，实质是反复将重锤提到一定高度自由落下，给地基以冲击和振动能量，将其压密。

目前夯锤重一般为100～400kn，提升高度在10—40m。

对于饱和软黏土地基，通过强夯将级配良好的块石、碎石、矿渣及建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，夯入其中，形成块（碎）石墩，称强夯置换法。

强夯置换法适用于高饱和度粉土与软塑流塑状黏性土地基对变形控制要求不严的工程。

知识点二、施工工艺

1．强夯法的有效加固深度，应通过试夯确定，也可根据下式计算或按表ie411103预估。

式中h-有效加固深度（m）；m-锤重（kn）；h一落距（m）；α一经验系数，一般用0.4～0.7。

注：

强夯法的有效加固深度应从最初起夯面算起。

强夯置换法的加固深度由土质决定，深度不宜超过7m。

每边超出基础外缘的宽度为基底下设计处理深度的1/2～2/3，不宜小于3m。

2．强夯法的单位夯击能量，对砂性土取1000～5000kn·m／m2，黏性土可取1500～6000kn．m/m2。

点夯2～3遍，下一遍夯点应选在上一遍已夯点间隙，最后再以低能量满夯1遍。

间隔时间不应少于3～4周；对渗透性好的地基可连续夯击。

夯击点间距宜为5～9m。

4．强夯锤质量可取100～400kn，锤底静接地压力值可取25～40kpa。

强夯置换法锤底静接地压力值可取100～200kpa。

6．表土松软时可铺设一层厚度为1.0～2．om的砂石施工垫层；

知识点三、施工监测和效果检验

1．施工过程中应由专人负责下列监测工作：

2．强夯结束后，对于碎石土和砂土地基，间隔时间可取7～14d；对低饱和度的粉土和黏性土地基可取14～28d。

强夯置换地基间隔时间可取28d。

4．竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的检验点宜不少于3处。

强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1%，且不应少于3点。

1e411104深层搅拌法

知识点一、深层搅拌法

深层搅拌法是加固饱和黏性土地基的新方法，实质是利用水泥材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液）强制搅拌，由固化剂和软土间的物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。

水下深层水泥搅拌法（简称cdmt法）具有快速、高强、无公害等优点。

多用于重力式结构的基础、高桩码头结构的岸坡和支护结构等重要部位。

地基形式可分为块式、壁式、格子式和桩式。

对于泥炭土、有机质土、塑性指数大于25的黏土、地下水有腐蚀性的地区，必须现场试验确定适用性。

知识点二、施工工艺

固化剂宜选用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量应通过配合比试验确定，除块状加固时为加固湿土重的7%～12%外，其余宜为12%～20%。

早强剂可选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等，减水剂可选用木质磺酸钙、石膏，兼有缓凝和早强作用。

当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s。

壁桩加固时，相邻桩的施工间隔不宜超过24h。

水下深层搅拌法要选用大型多搅拌头、自动化程度高的专用cdm船。

知识点三、施工监测和效果检验

（二）陆上深层搅拌施工监测和效果检验

1．水泥搅拌桩桩体现场钻孔取芯率应大于85%。

钻孔取样的数量为桩总数的2‰，且不少于3根。

2．复合地基单桩承载力检验数量为桩总数的2‰，且不少于3根。

（三）水下深层搅拌体施工监测和效果检验

1．水泥搅拌桩桩体现场钻孔取芯率不低于80%。

垂直钻孔每10000m3水泥拌合体取1个，且每个单位工程不少于3个；

斜钻孔每30000m3水泥拌合体取1个，且每个单位工程不少于1个。

2．拌合体单桩位置偏差不应大于50mm，单桩垂直度偏差不应大于1%。

3．水下深层水泥搅拌桩体施工允许偏差略。

4．水下深层强度标准值对应的龄期取90d或120d。

5．加固地基后，保证其上抛石基床的厚度不小于50～100cm。

ie411105爆炸排淤填石法

知识点一、概述

爆炸法处理水下地基和基础是一项新的施工技术。

它利用炸药爆破释放的能量达到改良地基和基础的目的。

主要有爆炸排淤填石法（简称爆填法）和爆炸夯实法（简称爆夯法）两种工艺。

爆炸排淤填石法是采用爆炸方法排除淤泥质软土换填块石的置换法；爆炸夯实是用爆炸使块石或砾石地基基础振动密实的方法。

知识点二、施工原理

爆炸排淤填石法是在抛石体外缘一定距离和深度的淤泥质软基中埋放药包群，起爆瞬间在淤泥中形成空腔，抛石体随即坍塌充填空腔形成“石舌”，达到置换淤泥目的。

经多次推进爆炸，即可达最终置换要求。

一次推进的爆炸排淤填石工作原理如图ie411105-i。

知识点三、爆炸排淤填石法典型成堤过程

爆炸排淤填石法形成抛石堤一般要经过端部推进排淤、侧坡拓宽排淤落底、爆破形成平台及堤心断面等三个过程：

1．堤头端部排淤推进（端部爆填）：

在抛石堤前端一定宽度范围内一定深度内布置药包爆炸形成石舌，使抛石堤向前推进，并使堤身中部坐落在硬土层上，见图ie411105-2（a）。

2．侧坡拓宽排淤（边坡爆填）：

按体积平衡要求把抛石堤向两则抛填加宽，并沿抛石体边坡外缘一定距离和深度布置药包，爆炸形成侧向石舌，使堤身两侧抛石体落底，增强堤身稳定性，见图ie411105-2（b）。

3．边坡爆夯：

在抛石体内外侧边坡泥石面交界处放置药包，爆炸夯实边坡，形成平台与设计要求的坡度，见图1e411105-2（（c）。

知识点四、适用范围

爆炸排淤填石法施工速度快，块石落底效果好，堤身经过反复爆炸振动后密度高，稳定性好，后期沉降量小，不需要等待淤泥固结即可施工上部结构，施工费用省。

它适用于抛石置换水下淤泥质软基的防波堤、围堰、护岸、驳岸、滑道、围堤、码头后方陆域形成等工程，其他类似工程也可参考使用。

爆炸排淤填石法适用的地质条件为淤泥质软土地基，置换的软基厚度宜为4～12m。

对表层淤泥厚度小于4m的工程，应与自重挤淤、强夯挤淤等处理方法比较后选用，当淤泥厚度大于12m时，可与部分清淤、排水固结等比较后择优选用。

随着施工技术的发展，爆炸处理淤泥的厚度不断加大，目前，在连云港与温州洞头等地区都有爆炸处理24m左右厚淤泥的成功经验。

需注意的是爆炸施工对周围建筑、人员、设备会有一定影响，在建筑物与人口密集地区使用受到一定限制。

知识点五、爆炸排淤设计与施工

（一）爆炸排淤设计

爆炸排淤设计要根据堤身设计断面要求确定合适的堤身抛填施工参数，如堤石抛填宽度、标高，一次推进距离及堤头超抛高度等。

另一方面要设计合理的爆炸参数，包括线药量、单孔药量、一次爆炸药量、布药孔数、药包间距、布药位置、药包在泥面下埋设深度、爆炸施工水位等。

爆炸设计时应充分考虑当地的地形、水文、地质、气象及周围环境条件。

药包在泥面下埋设深度一般在（0.45～0.55）h左右（h为处理的淤泥厚度），一次推进距离与堤身断面方量、淤泥厚度及抛填施工能力有关，一般为5～7m，最大不超过9m。

在确定一次爆炸药量时应按要求进行安全距离核算，当不能满足时可采用多段微差爆破_[艺，减少一次爆炸药量，或采取气幕防护措施降低爆炸地震波与冲击对建筑物的影响。

设计方法按照交通部《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》进行。

（二）爆炸施工

水下爆炸布药可以采用布药船水上布药，也可采用陆上布药机布药。

经过众多工程实践，已经研制出振动压人式、液压水冲式、加压水冲式、钻进套管式等多种布药器，施工单位可根据不同条件选择使用。

对低潮位时滩面较长时间露出水面、装药深度小于2m的工程，也可采用人工简易装药。

（三）施工监测和效果检验

1．根据实际抛填方量与断面测量资料按体积平衡法推算出置换淤泥的范围与深度，同时辅以钻孔探摸法判明抛填体厚度、混合层厚度以及是否有软弱夹层，也可采用探地雷达进行检测。

2．施工期应安排适量的沉降位移观测，并及时掌握施工期的沉降位移规律。

主体工程或大型工程在分段工程完工后，应及时设置长期沉降位移观测点。

3．抛填石料的规格和质量应满足设计要求，并符合国家现行标准的有关规定。

抛填及爆炸施工的程序和爆炸参数应满足设计要求和经试验段施工所确定的施工参数。

爆炸挤淤填石允许偏差、检查数量和方法应符合表ie411105的规定。

表中500m1个断面

知识点六、爆炸安全

1．爆炸安全设计时，应分别按地震波、冲击波、飞散物三种爆炸效应核算爆炸源与被保护对象的安全距离，并取较大值。

爆炸地震安全距离应按下列公式计算：

式中r-爆炸地震安全距离（m）；

v-安全振动速度（cm/s）；

q-次起爆药量（kg）；

k、a——与爆炸地震安全距离有关的系数、指数，与爆区地质、地形条件和爆炸方式等有关。

具体参数以及水下冲击波对人员与船只的安全距离可参照《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》选取。

爆炸时个别飞散物对人员、设备、建筑物的安全距离可参照国家现行标准规范执行。

2．爆炸作业与火工品管理应严格执行国家标准《爆破安全规程》的规定。

连云港西大堤工程是应用爆填和爆夯形成平台的典型成功实例。

全长6782m。

抛石斜坡堤结构，顶宽lom，淤泥厚6—8m，采用爆炸排淤填石法施工，堤端部爆填线药量为62kg/m，药包间距1.5m，药包埋深4.2m左右，爆填一次推进6m左右。

内外侧边坡各采用一次爆填使两坡脚落底，外坡增加一次爆夯形成平台。

爆炸后，后期沉降量很小。

钢筋混凝土挡浪墙在爆炸影响区以外（200m左右）即可开始施工。

挡浪与四角空心方墙块施‘t-后沉降量都很小，大堤建成投产十几年来一直完好无损。

典型题目：

（平均每年3道）

1.陆上深层水泥搅拌桩采用现场钻孔取样检验，芯样试件的无侧限抗压强度（　）。

　　a.平均值不应低于设计抗压强度标准值

　　b.最小值不应低于设计抗压强度标准值

　　c.平均值不应低于设计抗压强度标准值的90%

　　d.最小值不应低于设计抗压强度标准值的90%

答案：

a65p.

2.振冲置换法加固黏性土地基施工中，各段桩体的（　）均应符合设计规定。

　　a.振冲器提升速度

　　b.水泥掺量

　　c.填料量

　　d.密实电流

　　e.留振时间

答案：

cde。

58页

3.堆载预压法和真空预压法加固软土地基的工艺流程中，相同的工序有（　）。

　　a.铺设砂垫层

　　b.打设塑料排水板

　　c.挖密封沟

　　d.铺膜、覆水

　　e.卸载

答案：

abe（55p）

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