堆載預壓明溝排水固結法在LUSAIL場地項目的運用

劉 洪

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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堆載預壓明溝排水固結法在LUSAIL場地項目的運用

劉 洪

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

堆載預壓與明溝排水是軟基加固常用的工程技術措施，兩者結合使用，通常都能取得較好的加固效果。在軟基處理工程實踐中，項目一旦開始實施，若地質條件出現較大變化，此時人員、設備已進場，再調整配置、重新組織，在經濟、工期上都可能造成重大損失，特別是大型國際工程，損失可能會更大；此時，如能有針對性地制定出科學合理的技術方案，不僅能很好地解決工程問題，還能取得較好的經濟及社會效益。總結了以上兩項技術 在LUSAIL場地項目1A區(qū)軟土地基的加固、加高填筑上運用取得的經驗和教訓，以期對類似工程參考、借鑒。

堆載預壓；排水固結；LUSAIL場地

1 工程概述

卡塔爾Lusail項目位于多哈市北郊，南與在建的卡塔爾明珠港及多哈高爾夫球場相鄰，西與阿卡候高速公路相接，東部為大海，北邊為荒地。Lusail項目最終目的是在臨海的荒地上建設一個約20萬人的濱海新城；場地準備項目通過開挖、填筑、疏浚和吹填、修筑海島、航道、護岸、擋土墻和景觀沙灘等，為Lusail項目下一步繼續(xù)開發(fā)建設做好場地準備。

工程區(qū)域長約7 km，寬5 km，工程規(guī)劃共分1A 、18 、1C 、1D 、1E 、2A 、28 、2C 、3A 、38 、3C、3D 等12 個荒地改造、填筑區(qū)以及DA1和DA2 兩個開挖疏浚區(qū)，其中1E 、2C 、38 、3C 和3D 為人工島嶼；場地準備項目地面設計高程為2.5 m，原始地面大部分區(qū)域低于設計高程，需要進行回填加高。由于該項目位置處于海岸線，受海水潮起潮落影響，部分區(qū)域海砂海泥沉積，厚度為0～8 m，這部分軟土地基需要進行堆載或換填處理。根據地質勘查報告以及CPT 靜力觸探試驗結果，整個路賽(Lusail)場地大部分區(qū)域基礎的巖石為風化灰?guī)r，而淤泥主要集中在最南部的2A 區(qū)，其次是1A區(qū)，項目分區(qū)情況見圖1。

1A區(qū)長約1 326 m，寬620 m，在其東南角有一水坑，面積約84 m2，位于項目西南的洼地區(qū)，地勢較低，地面平坦，平均地面高程約為1 m(0～1.5 m),加高回填工程量約73萬m3，要求于2006年11月28日完工。

圖1 項目分區(qū)圖

2 區(qū)域地質情況

1A區(qū)地質情況復雜：上部覆蓋層厚度約 5～9 m，主要為海相淤泥、海成砂，全風化頁巖、石灰?guī)r，局部為人工回填土，其下基巖為石灰?guī)r(simsima limestone),地下水位通常位于地表以下0.3～0.5 m，頂板高程約0～0.6 m。

3 堆載預壓的設計及優(yōu)化

設計指標：任何堆載區(qū)域自完工之日起100 a的沉降量不超過40 mm，固結度U>80%；業(yè)主根據前述地質資料，初步確定1A區(qū)的場地固結設計為：采用大面積無排水堆載預壓(海砂預壓)，設計容重為1.8 t/m3，最小堆載厚度為1 m，堆載量約48萬m3，最短壓載時間為60 d，堆載預壓范圍見圖2；要求承包商在項目實施過程中進行補充勘探并做修正設計，以確定最終的堆載參數。

圖2 原設計堆載示意圖

由于承包商進場較晚(2006年5月人員設備開始進場)，需要等到7月份才能正式施工，如按照原設計方案進行施工，待堆載預壓料拆除后再進行場地的填筑，則填筑施工的時間僅為2個月左右，不可能實現11月28日完工的目標，因此，必須對原設計預壓時間進行縮短優(yōu)化；同時，由于堆載為總價項目，堆載填筑后還需要拆出并將堆載物運至場地外幾公里的棄渣場，成本較高，故承包商希望能盡量減少工程量。設計單位根據前期的勘探資料和進場后有限的補充勘探資料，利用SURFER繪制淤泥等厚圖，依據修正的太沙基法進行優(yōu)化設計，決定采用分區(qū)堆載，并將堆載厚度由1 m減小為0.5 m，優(yōu)化后的堆載量約18萬m3，卸載時間初步確定為4～5 d，具體依據沉降觀測點的監(jiān)測資料，采用ASAOKA法推算出卸載拆除的時間。分區(qū)堆載優(yōu)化設計情況見圖3。優(yōu)化設計一方面大大縮短了堆載時間，并且在采用分區(qū)堆載后堆載預壓與填筑施工可以平行作業(yè)，一邊堆載，一邊同時進行加高填筑。對于先期堆載的區(qū)域，其部分拆除的堆載砂料在與碎石料摻合后可用于場地的填筑，從而達到保證工期、減少工程量的目標。

圖3 優(yōu)化堆載設計示意圖

4 項目的實施及問題的出現

對于1A區(qū)的加高填筑，原設計方案中填筑層厚為30 cm，壓實度采用平板荷載試驗方法檢測(AASHTO T 221-90)，彈性模量(EPLT)>30 MPa，填筑采用開挖區(qū)爆破石料和海砂混合料，級配要求如下：

d15 > 0.06 mm

d85 < 60 mm

d100 < 300 mm

U=d60/d10 > 3

有機質含量小于1%。為滿足級配要求，爆破后的石料由自卸汽車運至加工場，由移動式破碎站破碎后用于填筑。

項目施工規(guī)劃時，由于剛完成另一個項目，大量的土方設備閑置，主要有45 t礦用型鋼性自卸汽車、TY220、TY320推土機、11 t雙鋼輪振動碾等，剛好可以用于該項目。因此，在進行施工策劃時，主要基于現有設備，根據進度安排確定施工強度，對于不足部分再新購補充，為此，新購了15臺35 t自卸汽車和其他配套設備。項目填筑于2006年6月開始，首先進行生產性碾壓試驗以確定碾壓參數，同時通過多次試驗驗證并經業(yè)主監(jiān)理同意，將填筑層厚由30 cm優(yōu)化到50 cm。加高填筑首先從東北角預制場無堆載位置開始，自卸車從料場(或開挖區(qū)的合格料)拉料，推土機初平后再由平地機找平。為預防車輛沉陷，拉料的自卸汽車從運輸主干道下到工作面時從已攤鋪好的料上行駛至卸料點，采用進占法卸料，攤鋪到一定面積后開始碾壓。雖然自卸汽車是在攤鋪的料上行駛，但在填筑開始不久，場地內還是出現了陷車情況。最初陷車時，可用場地內平料的推土機將車拉出，對于陷車的部位，用挖掘機將下部的淤泥挖出并經監(jiān)理同意后，采用開挖區(qū)的爆破石渣料進行置換，然后繼續(xù)向前推進填筑；隨著填筑面的推進，陷車的部位越來越多，有時一天要陷好幾次，到后來甚至有些已填筑好的部位由于重載車輛的反復行走碾壓也出現了彈簧土、開裂、地下水浸出及陷車等情況，工作陷入了不停的拉車、置換處理中，進度非常緩慢，很多填筑料重新挖出后由于已混入了淤泥而不能再使用，造成了很大浪費，情況嚴重時汽車與拖車的推土機一起陷入淤泥中，最后出現不得不調用挖掘機進行大量開挖后才爬出來的情況；到最后，整個場地幾乎沒有不陷車的地方，填筑區(qū)基本上無路可走、無處可填，施工很難再繼續(xù)進行，基本處于停工狀態(tài)。

5 問題產生的原因分析與明溝排水固結技術的運用

經分析發(fā)現，出現上述問題的主要原因為：一是地勘資料不夠。1A區(qū)域面積約84萬m2，而區(qū)域內僅有六個勘察點(三個探坑、三個鉆孔)，加上1D、2B臨近的3個點，也僅有9個，且9個點的位置分布也極不合理：三個探坑集中在區(qū)域的西南角，兩個鉆孔布置在區(qū)域的邊界上，一個位于西北角，一個在西邊界線中部，區(qū)域中間僅有一個鉆孔；而補充勘探在進場后的6月中旬才開始進行，因此也做的很少，勘探資料遠遠不能滿足地質分析研究、設計優(yōu)化的需要，這是造成誤判斷原因之一；二是經驗缺乏。施工時未認真分析地質勘探資料，對區(qū)域軟弱地基可能產生的不利影響未引起重視，造成誤判；卡塔爾屬干旱沙漠氣候，終年少雨，年均降雨量僅約75 mm，本來認為地下水應很少，但1A區(qū)域地形為周圍高，中間低，是項目區(qū)域內的一個雨水匯集區(qū)，雨水在此匯集后無法再外流排出，而炎熱的氣候使地表水很快蒸發(fā)，地表形成密實的硬殼層(風干的淤泥和鹽)后地下水很難再靠蒸發(fā)排出，導致硬殼層以下土體含水量仍然很高；施工之初，在安裝臨時沉降觀測點時，因硬殼層具有一定的強度、下部土體結構尚未破壞，場地內可以行駛皮卡、平板車等輕型車輛，僅偶爾出現過陷車情況，因此沉降觀測點的安裝進行得較順利，故認為填筑也可以順利進行而忽略了地質報告中覆蓋層含水量大、水位僅在地表以下30～50 cm的問題，以及填筑采用大噸位的礦用型車的特殊情況(該車僅自重即34 t，較一般車輛重近一倍，加上載荷總重約80 t)，對基礎的承載力要求亦更高；另一方面，預壓堆載設計優(yōu)化后，堆載荷載小、預壓時間短，雖然采用了透水材料，但忽略了表層土壤結構密實、滲漏系數很小(小于10-8m/s)，致使預壓的排水效果較差，固結程度不夠，不能承載重型車輛；填筑時，在載重汽車來回行駛、震動碾來回振動碾壓的作用下，其下部土體液化而失去承載力，地表硬殼層下沉被地下水浸泡變成淤泥，因此，地下水和車太重是造成問題的主要原因；司機為搶時間，不按規(guī)定路線行駛，滿場地亂跑也加快了對軟基的破壞。

根據以上分析得知，解決問題的關鍵還在于對地基的加固和減少擾動。為此，有針對性的制定了明溝排水、條帶法施工方案。首先從進入1A的道路開始，沿縱向邊界修筑一條道路，橫向三條，將場地分為三個區(qū)段，道路采用開挖區(qū)爆破石渣填筑，路面高程2.5 m；在一區(qū)段和二區(qū)段中部橫向開挖主排水溝，縱向間隔50 m開挖支排水溝，排水溝深3～4 m，主溝寬1.5 m，支溝寬1 m左右，在排水溝端頭設置集水坑，水泵抽水，灑水車運出場地，部分用于道路維護，其余全部排放到海里；橫向道路、主、支溝將整個填筑區(qū)域分成了長約250 m、寬50 m左右的填筑條帶，每條帶一層的工程量約為一個班組一天的工作量，道路及排水溝的布置情況見圖4。第一層填筑根據地形，按從高到低的原則排水約一周后，溝內的水位下降并穩(wěn)定在地面以下2.5～3 m時拆除預壓堆載料后開始填筑；支排水溝兩邊條帶第一層填筑完成后，進行支溝的回填。同時，還規(guī)定所有車輛在場內必須從修建的道路進入填筑面，填筑采用進占法卸料，不準在未鋪料的原始地面行駛，以減少對地基的擾動。在填筑至最后一層時進行道路的拆除，對于拆除的石渣，采用移動式破碎站破碎加工成合格料后用于道路部位的分層填筑和最后一層的填筑。采用以上措施后，基本沒有出現過陷車的情況，填筑順利進行，到11月25日，提前三天完成了該節(jié)點目標，其基礎固結、填筑質量根據對臨時沉降觀測點(間隔50 m布置)和永久沉降觀測點的觀測檢查數據進行分析得知，結果滿足合同技術規(guī)范要求，達到了設計目標，順利通過了業(yè)主、監(jiān)理組織的驗收。

圖4 排水溝及道路布置示意圖

6 結 語

明溝排水和條帶法在該項目的運用，加快了軟土地基的固結速度，解決了礦用型鋼性自卸汽車不能使用的問題，現場施工井然有序、忙而不亂，使堆載預壓優(yōu)化方案得以成功實施，為填筑爭取了約一個半月的時間，不僅提前完成了合同節(jié)點目標，還減少了幾十萬m3的堆載工程量，為項目創(chuàng)造了巨大的經濟效益；同時，項目部具有的技術能力也獲得了業(yè)主、咨詢工程師的肯定，為項目贏得了良好的社會效益。明溝排水相對于排水板等其他技術措施具有簡單易行、工程量小、成本低、效果好的特點，對類似工程具有一定的借鑒意義。

(責任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TV52;TV51

B

1001-2184(2016)05-0004-03

劉 洪(1968-)，男，四川簡陽人，國際公司總工程師，高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.