《青岛海西湾造修船基地西围堰软基处理工程 A区软基加固设计》Word文档格式.docx
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（4）加固后地基承载力不小于80kPa。
（5）最后连续10天的实测沉降速率不大于2mm/d。
（6）最大含水量≤36%。
4自然条件
4.1水文条件
本设计所述标高、水位，其基准均为青岛大港高程（m）。
设计高水位：
4.34；
设计低水位：
0.37。
4.2地质条件
根据青岛海洋地质工程勘察院提供的《青岛北船重工海西湾造修船基地西围堰内淤泥加固区工程地质勘察报告》，工区第四系地层自上而下共分为四层：
第①层－填土层；
第②层－淤泥质粉质粘土及粉质粘土层；
第③层－砾砂层、第④层－砂（砾）质粘性土层。
工区基岩为第⑦1层——强风化花岗岩。
各岩土层物理特征及分布：
第①层：
填土层：
工区填土分为素填土和吹填土。
素填土按粒度和区域分为细砂和碎石；
其中素填土细砂（黑砂）分布在通道部位，碎石素填土分布在围堤及其附近。
下面着重描述吹填土。
吹填土自上而下分为粉土（①1）、淤泥（①2）、淤泥质粉土（①3）、淤泥质粉质粘土（①4）。
粉土（①1）：
灰黄色—灰色，松散状态，湿，包含粉细砂、粉土团、粘土团，含水量自上而下逐渐增大，主要分布在吹泥区东侧表层。
厚度较薄，层顶标高（大港高程，下同）为7.41～7.19米，层底标高为7.1l～5.47米，厚度0.20～1.70米，平均厚0.75米。
淤泥（①2）：
灰色，饱和流塑状态，主要成份以淤泥质粉质粘土为主，包含粉土团、粘土团，该层工区广泛分布，层顶标高为7.32～5.47米，层底标高为5.8l～0.72米，厚度0.60～5.70米，平均厚2.48米。
淤泥质粉土（①3）：
灰色，饱和流塑状态，主要成份以淤泥质粉土、粉土为主，包含粉砂、粉土团、粘土团，该层工区广泛分布，层顶标高为7.32～5.47米，层底标高为5.8～0.72米，厚度0.60～8.5米，平均厚度3.54米。
淤泥质粉质粘土（①4）：
灰色，饱和流塑～软塑，主要成份以淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土为主，包含粉土团、粘土团，该层工区广泛分布，层顶标高为0.62～2.69米，层底标高为0.32～-2.43米，厚度0.90～4.00米，平均厚2.28米。
第②层：
淤泥质粉质粘土—粉质粘土层：
灰色～深灰色，流塑状态，主要成份以淤泥为主，含贝壳碎屑及腐植质，有机质含量为2.08%~2.33%，含水量较高，粘土矿物中亲水矿物蒙脱石含量为14.5%～16.6%，并且蒙脱石结晶不良，含少量绿泥石、黄铁矿等矿物。
该层工区分布较为广泛，为原始沉积的胶州湾软土，层顶标高为-0.52~-2.75米，层底标高为-1.52～-5.89米，厚度0.50~3.70米，平均厚l.75米。
该层土与基岩交界处0.30~0.50米含较多粉粒及砂砾，含水量相对较低，以淤泥质粉土为主，与下覆地层呈过渡状态。
第③层：
粗砾砂层：
灰色，灰黄色，软可塑，含贝壳碎屑及砂砾；
该层主要分布局限，呈断续分布，层顶标高为-4.79～-5.70米，层底标高为-5.19～-5.80米，厚度0.40～0.70米，揭露地层平均厚度为0.55米。
第④层：
（砾）砂质粘性土层：
灰褐色－黄褐色，硬可塑～硬塑状态，分选差，磨圆差，局部夹粉质粘土或砂土薄层，该层工区分布局限，层顶标高为-2.12～-5.98米，层底标高-2.49～-6.69米，层厚0.30～1.50米，平均厚度为0.83米。
基岩―第⑦1层强风化花岗岩：
肉红色，致密，岩石风化强烈，粗粒结构，块状构造，主要矿物成份为长石、石英、云母；
强风化花岗岩分布广泛，埋深6.60～14.1米，层顶标高为0.32～-0.799米。
4.3地层物理力学指标
根据工区内钻孔的土工试验资料统计的A1、A2区的第①层和第②层土的物理力学指标列于表1和表2，有鉴于地质报告的钻孔断面图没有将淤泥质粉土（①3）与淤泥质粉质粘土（①4）明确区分开，因此，本设计将二土层按一层统一考虑。
A1区土层主要物理力学指标表1
土层
层底标高
含水量
容重
压缩系数
快剪强度
固快强度
固结系数
ω（％）
kN/m3
Ck
Φk
Ccq
Φcq
Cv×
10-3cm2/s
粉土
6.14
26.3
18.9
0.269
5
22
9
23
4.18
淤泥
5.14
75.4
16.1
1.532
3
4
7
6
0.11
淤泥质土
-2.71
39.8
18.1
0.62
8
15
3.1
第②层土
-4.0
36.4
18.7
0.719
10
1.45
A2区土层主要物理力学指标表2
6.48
5.6
-1
-1.7
5软基加固设计
5.1加固方案
根据已有的大量软基加固工程实例，采用真空预压法处理新吹填淤泥是行之有效、施工周期短且费用低廉的加固方法。
因此，本方案采用真空预压法对A区进行软基加固处理。
真空预压法是在被加固的软土地基上铺设水平排水砂垫层，竖向设置砂井或排水板，表面铺设密封膜使之与大气隔离，利用抽真空装置和埋设于砂垫层中的滤管和土体中的排水板形成立体排水系统，将膜下砂垫层和土体内的空气和水抽出，使其形成负压，以降低土中的孔隙水压力，增加土体的有效应力，从而使土体加速排水而压密。
真空预压可达到的有效预压荷载为80kPa。
5.2加固分区
根据施工要求，A1区分为A1-1、A1-2、A1-3三个真空预压加固区和西围堰边界处的开挖处理区；
A2区分为A2-1、A2-2两个真空预压加固区，各分区见图2，分区面积见表3。
加固分区表表3
加固区
A1区
A2区
合计
加固分区
A1-1
A1-2
A1-3
开挖区
A2-1区
A2-2区
加固面积（m2）
22964.6
19754
17951
2033.5
20202.3
13274.4
96180
5.3预压荷载
根据真空预压施工工艺的水平和业主对加固效果的要求，预压荷载取80kPa。
5.4排水通道设计
5.4.1加固深度的确定
根据地质勘察报告，本工程加固范围内主要处理地层为第①层和第②层，其下为砂层或强风化岩，无需处理。
因此，将第②层底作为塑料排水板的打设控制标高，且预留不透水层0.5~1.0m。
由此确定A1区塑料排水板的平均打设底标高为-4m，平均打设深度为11.47m；
A2区塑料排水板的平均打设底标高为-1.7m，平均打设深度为9.43m。
5.4.2垂直排水通道
采用B型塑料排水板作为垂直排水通道，排水板按正方形布置，根据固结时间和固结度（>
85%）的要求，经计算确定排水板间距为1.0m。
5.4.3水平排水通道
在原泥面上人工铺设0.4m厚的砂垫层，形成水平向排水通道，砂垫层厚度允许偏差+4cm，宜用含泥量小于3%的中粗砂，其渗透系数应大于1×
10-2cm/s。
5.5沉降和固结度计算
5.5.1设计参数
真空预压荷载80kPa，考虑砂垫层厚度，则加固前地面标高A1区按7.47m计；
A2区按7.73m计，地层主要物理力学指标取表1、2中数据。
5.5.2计算结果
地基沉降量采用天津港湾工程研究所开发的“地基计算系统”进行计算，因没有室内e～p压缩曲线和水平固结系数，根据地质资料，按经验和对土层性质的认识选取压缩指数和水平固结系数进行沉降计算。
同时，根据港工98地基规范中建议的强度增长公式估算加固后的强度指标和地基承载力。
经计算，A1区地基的最终沉降量为1m。
真空预压满载（80kPa）90天后的加固土层沉降为0.9m。
土层固结度为90%，残余沉降为0.1m；
A2区地基的最终沉降量为0.876m。
真空预压满载（80kPa）90天后的加固土层沉降为0.789m。
土层固结度为90.1%，残余沉降量为0.087m。
A1、A2区计算结果见表4和表5。
A1区计算结果表4
A2区计算结果表5
注：
1.表4和5中的压缩指数Cc根据本工程地质报告中相关数据并
结合青岛附近的黄岛地质资料按经验选取；
2.本工程地质报告中淤泥层的竖向固结系数Cv偏低，因此根据经验
和对土层性质的认识选取淤泥层的水平固结系数Ch；
3.土层分布根据A区内所有孔的勘察结果确定。
6软基加固施工
6.1施工程序及施工方法
6.1.1铺砂垫层
在真空预压加固范围内人工配合机械铺填0.4m厚的砂垫层，砂垫层顶标高A1区为7.47m，A2区为+7.73m。
砂料进场前，须根据规范要求抽取砂样送至具备质量检测资格的检测单位检验。
只有经检验合格的砂料才允许使用。
6.1.2加固前检验
铺设中粗砂垫层后，进行加固前的检验工作，包括加固前的取土和室内土工试验，以及现场十字板剪切强度试验。
详细技术要求详见“监测与检验部分”
6.1.3打设塑料排水板
按照设计要求打设塑料排水板（见图3），塑料排水板性能指标见表6。
塑料排水板在砂垫层表面外露25cm。
打设塑料排水板前后均应测量砂垫层表面标高，以便推算打板期间沉降量。
在打设西围堰附近的排水板时，应先探摸西围堰内坡坡面深度，探摸间距按100m控制。
此处排水板应打短板，板底标高应高于西围堰内坡坡面1.0m。
塑料排水板性能指标表6
6.1.4监测仪器埋设
见图6～7，在打设塑料排水板后，进行监测仪器的埋设工作，监测仪器包括地基土真空压力测量、表层沉降标、深层分层沉降仪、孔隙水压力仪、水位管、深层水平位移等监测仪器。
监测仪器的埋设及观测技术要求详见“监测及检验部分”。
6.1.5铺设滤管、安装射流泵
见图4，安装后的射流泵应能形成不小于0.096MPa的真空压力。
铺设滤管时可以根据现场实际情况对二通、三通和四通的数量及形状做适当的调整，但应确保滤管排水通畅。
6.1.6挖压膜沟、铺密封膜
见图5，压膜沟最浅要挖至原泥面以下0.5m，最浅进入不透水层顶面以下500mm，挖沟时如有塑料排水板，不能剪断，应沿沟边向上插入砂垫层中，插入量应大于0.2m。
两区共用压膜沟应用人工开挖，避免排水板被挖断，影响两区交界处的加固效果。
密封膜采用三层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，密封膜的技术要求见表7，密封膜要求在工厂热合一次成型，若现场粘接，搭接宽度不得小于2m。
铺密封膜后回填密封沟，填筑覆水围埝，覆水围埝应用素粘土并分层压密。
密封膜的技术要求表7
6.1.7设置地表沉降盘
地表沉降盘的布置见图6。
6.1.8连接抽真空设备，试抽气，检查，正式抽气。
铺膜完成后，进行真空试抽气作业，发现有漏气的情况，及时用胶水粘补，而后加固区内覆水，以保证膜的密封。
有效真空预压时间为90天。
真空预压要求，射流泵要求能形成不小于0.096MPa的真空压力，在真空度满足设计要求的情况下，真空泵的开启数量不得少于分区单元总数的75%。
6.1.9停泵卸载
真空预压满载90天后，根据地基加固过程中监测数据的整理和计算，满足设计要求后，停泵卸载。
真空预压结束。
6.1.10加固后检验和场地开挖
卸载后，进行加固效果的检验工作，包括取土和室内土工试验，以及现场十字板剪切试验。
并同加固前对比分析，给出加固效果的正确评估，加固后效果检验的孔位应在加固前检验孔位1m附近。
对加固后地表高于+5.6m的区域整平至+5.6m。
对开挖区的软土进行开挖。
6.2施工质量要求
（1）满载预压过程中膜下真空度应不小于80kPa。
（2）卸载标准
①固结度≥85％（按沉降量计算）。
②连续10天的平均沉降量不大于2mm/d。
（3）排水板的要求
①定位偏差小于7cm。
②打设垂直度偏差小于1.5%。
③打设塑料排水板底标高允许偏差±
5.0cm。
④规范允许少部分塑料排水板（总量的5%以下）回带，但回带长度应小于30.0cm。
⑤抽真空过程中真空泵的运转数量不得低于真空泵总数量的75%。
（4）施工测量标准
真空预压开始后，沉降杆每3天测读一次，泵上及膜下真空度每4小时测读一次。
7施工监测与效果检验
7.1施工质量的监测与检验
为了检验加固区真空预压后的加固效果，更好地掌握地基加固过程中各土层固结、沉降及侧向变形等变化，确保加固质量，除了在加固期间需连续观测地表沉降量及加固区膜下真空度以外，尚需在加固区内埋设一定数量的孔隙水压力仪、磁性分层沉降仪、测斜仪及地下水位仪。
按要求观测地基在加固期间的孔隙水压力、侧向位移、地下水位、分层沉降随时间的变化，并根据实测地表沉降、分层沉降及孔隙水压力的消散情况，进一步确认地基的各项参数，推算地基固结度，为终止预压提供依据。
仪器布置的数量和位置见图6。
7.2各监测仪器的观测频率
（1）孔隙水压力仪在加荷期间每天观测一次，满载后两天观测一次，在真空预压后期可调整为3～4天观测一次。
（2）测斜仪、水位仪和分层沉降在真空预压初期3天观测一次，在真空预压后期可调整为5～6天观测一次。
8.A1区后期开挖边坡稳定性计算
8.1边坡稳定性要求
C区为造船坞开挖区，与其相邻的A1、B1区将作为造船坞的围堰堰体，因此要求A1、B1区经加固处理后，在坞坑开挖后堰体稳定且内侧坡面不缓于1：
2。
8.2加固后的强度增长
港工98地基规范中建议的强度增长公式为：
（1）
但考虑到加固后卸载的影响，根据以往的经验，实际增长的强度可按式
（1）计算所得强度进行折减。
折减计算所得的强度增长加在快剪试验所得的Ck上，即得稳定计算所需的强度指标粘聚力Cj，计算稳定的内摩擦角采用Φk。
8.3边坡稳定计算
根据表1和公式
（1）计算强度增长后的强度指标，各土层计算采用的参数见表8。
采用天津港湾工程研究所开发的“地基计算系统”计算坡面坡度为1：
2时的开挖边坡稳定性。
计算结果如图8所示，可以看出，真空预压加固后，在坡度为1：
2时，开挖边坡的稳定系数为1.14，满足工程要求。
稳定计算参数表8
层底标高（加固后）
土层厚度
（加固后）
强度指标
（m）
Cj
Φj
5.27
0.33
26
4.45
0.818
-2.76
7.21
18.6
1.24
18
图8稳定计算结果图
9抗渗和抗隆起
招标问题答疑汇总中要求加固后土层渗透系数为3×
10－5cm/s。
根据工程地质勘察报告，各土层的渗透系数均小于3×
10－5cm/s，而加固后土层更密实，渗透系数会进一步减小，因此，加固后的土体满足坞坑开挖后的抗渗要求。
坞坑开挖底部进入强风化岩石，无隆起可能，故无需进行抗隆起计算。
10对坞坑开挖施工及环境影响
（1）经计算，采用真空预压法处理后，A1区地基土的物理力学性质指标能够达到招标文件的要求，坞坑开挖后堰体稳定且内侧坡面不缓于1：
2，能够保证坞坑的顺利开挖。
（2）真空预压法施工无噪音、无振动、无污染，是一种经济环保的施工工艺。
同强夯置换法相比，真空预压法无需填入块石等影响后续施工的回填料，为后期施工奠定了良好的基础。
11施工难点及解决措施
（1）工区内表层土物理力学指标不尽相同，设置排水砂垫层后有可能仍不满足大型施工设备的正常作业以及施工安全，根据现场实际情况可在排水砂垫层下增设工作垫层，工作垫层厚度为30～50cm，材料为透水的中粗砂。
（2）本设计依据现有地质资料编制，工区软土渗透系数均小于1×
10-6cm/s，满足密封要求，但目前地质资料为初勘，钻孔数量较少，勘察范围和勘察深度无法满足施工图设计要求，不排除场区内存在渗透系数较大土层不满足密封要求的可能，特别是近吹填口部位。
建议工作垫层和排水砂垫层完成后尽快进行详细勘察，实际施工时可根据需要设置泥浆密封墙。
（3）为应对停电等造成射流泵停止工作等意外事故，在真空管路中设置止回阀和截门，当预计停泵时间超过24h时，关闭截门。
12说明
（1）经计算，A1和A2区加固后地面标高均高于要求的5.6m竣工标高，因此需在真空预压加固后需进行超高清理，使地面标高达到竣工要求的5.6m。
（2）对因真空预压施工要求导致的招标要求加固边线与真空预压加固边线之间的未处理区域（西围堰附近），采取挖出的方法处理。
（3）沉降计算中采用的压缩指数根据经验和地质资料选取，如有新的e～p曲线资料，应重新对地基的沉降情况进行计算。
13计算书
13.1A1区计算书
地基计算系统（98版）计算书
数据文件名：
A1.IN
*****工程断面数据段（GCS）*****
M=5N=0NS=2
AX=-100.00100.00
AY=7.477.47
*****1*****
BX=-100.00100.00
BY=7.077.07
GS=18.000GL=8.000C=0.000F=0.000MG=1
*****2*****
BY=6.146.14
GS=18.900GL=8.900C=5.000F=22.000MG=0
*****3*****
BY=5.145.14
GS=16.100GL=6.100C=3.000F=4.000MG=0
*****4*****
BY=-2.71-2.71
GS=18.100GL=8.100C=5.000F=4.000MG=0
*****5*****
BY=-4.00-4.00
GS=18.700GL=8.700C=5.000F=4.000MG=0
XW=-100.000100.000
YW=4.3404.340
YW=0.3700.370
*****外荷载数据段（WHS）*****
NPQ1=2NPQ2=2NDB=0
MPQ=-8NP=2NQ=0NH=0
XP=-100.000100.000
PP=80.00080.000
*****沉降计算数据段（CJS）*****
NX1=3NCJ=3MB=4NCJT=2Ms=1.00
XX=-100.0000.000100.000
KH=2NEP=0Cci=0.1000Csi=0.0000Pc=0.000
KH=3NEP=0Cci=0.2500Csi=0.0000Pc=0.000
KH=4NEP=0Cci=0.2000Csi=0.0000Pc=0.000
KH=5NEP=0Cci=0.1500Csi=0.0000Pc=0.000
TCJ=0.0090.00
地基沉降量计算结果
====================
loadcase:
3（bye__logcurve
settlementofgivenlayer:
X=-1000.000100
0.07480.09660.0748
0.47440.20920.1474
0.40600.64000.4060
0.03280.05350.0328
totalsettlement:
SS=0.66100.99920.6610
*****固结计算数据段（GJS）*****
NX2=3NZ=9NT=2KGJ=0NGJ=1
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