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岩土研究院

深层搅拌法在海上软土地基加固中的应用

338 2022-05-06 09:48:14

工程概况

烟台港地处胶东半岛东北部,过去烟台港的码头都是与硬基相匹配的重力式结构,但是烟台港西港池二期工程所在的芝罘湾中部硬基埋深较深,在设计的万吨级重力式码头基床与下卧持力层(包括可做为基础的风化残留土——陆相沉积的老粘土或中砂)间夹有较厚的软土,为淤泥质粘土、粉质粘土和较软的砂质粉土,厚7~11m,经采用深层水泥搅拌法加固后,取得了很好的效果。

工程地质条件

烟台港西港池二期工程突堤北侧码头位于离岸约 300m外的水深一3.0~-4.0m 的海域,对长 305m、宽 21m、深一7~1lm 的软土进行深层水泥拌合加固,加固量近6万m³。加固土为较软的粉质粘土、砂质粉士、间夹较薄的淤泥质粘土或粉砂的透镜体,加固土的主要物理指标见表12-25。

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烟台海底土的特性分析如下∶

1.烟台港属非火山灰质土地区。烟台港表层为海相沉积土,下卧层为陆相沉积土及基岩风化土。

2.烟台港海底土的矿物组成,经差热分析法和X射线衍射法分析,主要成分为石英,而在次要矿物或微量矿物中才含有长石、伊利石和绿泥石。而一般认为,含有高岭石、蒙脱石等粘土矿物成分者加固效果较好,含有一定量的伊利石和绿泥石者则较差。

3.烟台港加固土体一般在21.m 以上。粉质粘土和砂质粉土较多。

设计计算

一、室内配比试验

(一)水泥品种的选定

从日本和我国天津新港软基加固工程实践经验来看∶无论采用的是普通硅酸盐水泥还是矿渣硅酸盐水泥,都是旋转窑生产的水泥,都具有质量稳定、性能良好的优点。基于此,烟台搅拌桩工程理当首先选用旋转窑生产的水泥,但经过调查,山东地区的旋转窑水泥厂相对来说离现场运距远、运价高,特别是厂家不能按要求及时供货,势必影响工期。为此,只好选用烟台附近的立窑厂生产的水泥。

(二)室内试验

为了合理指导现场施工,先后两次进行了大量的室内配比试验。

间次室内配比试验分别于1992年5月和 1993年8月进行。第一次基本解决了水泥掺量、水灰比及水泥品种。第二次则基本弄清了不同外加剂对加固土的适应性,满足机具施工要求的最佳水灰比、强度增长及随龄期的发展情况等。为施工提供了依据。

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三、现场取芯

为了检验室内试验结果,合理选择现场施工配合比和实际加固效果,在现场先后根据不同施工阶段及时进行的四次取芯检验,完全达到了对加固效果进行直接检验的目的,较好地指导了现场施工,保证了工程质量和施工进度。

(一)配比选择

根据第一次室内配比或型试验的结果,于1992年12月进行了试验区施工,拌合 27 组。1993年3月对试验性施工的拌合体钻孔取芯和试压。经对试压结果分析后,采用α=(200/180)(kg/m³)(上部为粉质粘土播量,下部为砂质粉土掺量,下同)的水泥播量正式施工,1993年6月份第二次钻孔取芯试压。根据60天龄期试压强度结果,为了保证工程质量,改按a=(230/170)(kg/m8)继续施工。9月份第三次取芯试压,此次共钻8个直孔,1个斜孔,为数较多。且取芯率较高,质量稳定。取芯长度几平与钻管长度相当(最长达1.57m),芯样完整,以此次取芯试压结果的强度(为 60 天强度,但亦在前次钻孔附近进行第二次钻孔取得两个120天龄期的强度结果)做为质量分析的依据。分析结果表明,6~9 月份所使用的水泥掺量α偏高。经有关方面共同研究,改用(190/160)kg/m³,但要掺外加剂和消泡剂。

12月份又对采用此配合比及水泥掺量后的加固效果进行了第四次钻孔取样,试压结果也与9月份的结果相近。

在烟台港西港池现场,为了操作上的明确、方便,施工是分区进行的,即沿码头轴线方向自西向东每10m为一区(宽度 21m)。第一区设在北侧码头中部。往东共分33 区。每区沿码头轴线方向拌合10排,垂直于码头轴线方向每排拌合11组,每区共拌合110组。各区实用水泥掺量及水灰比情况如表12-26。

因此,本工程先后共采用了三种配合比。因系首次应用,施工过程实质上也是在确保质量的前提下,不断进行调整和改进配合比的过程。

(二)试验结果分析

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综上所述,在烟台港西港池的土质和设计条件下,搅拌桩采用最适宜的水泥播量应为(190/160)kg/m³,水灰比 0.9,外加剂掺量 0.3%。强度评价的龄期至少以取 90天为宜。

12.6.4 施工方法

在海上实施搅拌法的关键设备是深层水泥拌合船。

第一航务工程局仅用了一年多的时间就装备了一套技术先进、性能良好的深层搅拌拌合船组。该拌合船组的处理机、制浆设备及控制系统是由日本引进的,其他如船体与定位系统则是利用打桩船改造与自行研制的。

拌合船组由拌合船、制浆船和水泥运输船组成,并配以海上自动定位系统。其主要性能如下∶

拌合头数∶2头;叶片直径∶1200mm;

拌合头可调搭接宽度(mm);0、200、300;拌合深度;水面以下 26.5m;拌合效率∶220m/工日;

船舶定位精度∶士25mm(2.5km范围内)。深层搅拌拌合船组的工艺流程如图12-24。

用该设备于1993年4月~11 月进行了300m 码头岸线的地基处理施工。完成了近6万m²的拌合工程量,为后期码头沉箱安装打下了良好的基础。

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12.6.5 质量检验一、现场取芯检验

根据不同施工阶段及时进行了四次取芯检验,取芯试压结果完全达到了设计要求。

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技术经济效果

通过一年的实践。按照在烟台淮实施的具体情况。计算了使 用海上深层搅拌船组进行软基加固的工程单价。

依照国家规定的定额台班及工程单价计算方法。得出每加固 1m³的海底软基直接费为173.89 元/m³。

沉箱(或方块)重力式码头基础采用搅拌法处理软基与采用"大挖大填"处理的经济对比如表12-28。每米码头可降低造价21971元,约为21.5%。该码头长度 305.5m,故可节约投资671万元(以1991年当时的基价计算)。

此外,经深层搅拌法处理的地基基础,沉降、位移都很轻微,这已通过码头原型观测得到了证实,面"大挖大填"方案则相对来说造价要大得多。

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