大面积围海造陆创新技术及工程实践

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1、大面积围海造陆创新技术及工程实践董志良;张功新;李燕;胡珩;罗彦【摘 要】伴随着国民经济的快速发展,围海造陆技术在我国取得了蓬勃的发展,大量 新技术、新成果应用于围海造陆工程中,有力地促进了我国围海造陆技术水平的提 高.文章详细介绍了中交四航工程研究院有限公司近几年在围海造陆技术方面取得 的创新成果以及技术成果在工程中的应用情况,系统阐述了围海造陆 3 个关键技术: 围堰形成技术、陆域形成技术和软基加固技术.期刊名称】水运工程年(卷),期】2010(000)010【总页数】14页(P54-67) 【关键词】 围海造地;特点;创新;围堰形成;陆域形成;软基加固【作 者】 董志良;张功新;李燕;胡

2、珩;罗彦【作者单位】 中交四航工程研究院有限公司,广东,广州,510230;中交四航工程研究 院有限公司,广东,广州,510230;中交四航工程研究院有限公司,广东,广州,510230;中 交四航工程研究院有限公司,广东,广州,5 10230;中交四航工程研究院有限公司,广东, 广州,510230【正文语种】 中 文【中图分类】 U655.54围海造陆在我国有着悠久的历史。早在汉代就有围海造陆的记载；到了唐、宋时期， 江浙一带曾有围海百里长堤；20 世纪 60、70 年代，我国东部沿海大量围垦海涂 扩建农业用地，番禺区有80%的土地是历代围垦形成的。随着我国经济建设的快 速发展，特别是改革开放

3、以来，沿海地区建设规模不断扩大，建设用地越来越紧张， 为此向海要地成为解决沿海地区因城市建设和拓展造成土地紧张问题的主要途径， 围海造陆因此得到了快速发展。据不完全统计，从2005年开始，我国每年“向大 海要地”都在100 km2以上，至2007年底，我国围海造地用海确切面积已达540 km2 ，天津滨海新区成为目前我国最大的围海造陆工程，预计至2012年，将完成一期80 km2的围海造陆工程。围海造陆是一项系统工程，涉及到多方面技术应用，对施工设备、施工工艺、工程 材料等都有较高的要求。经过多年的积累和发展，我国也基本形成了具有中国特色 的围海造陆工程技术，适应了目前我国经济建设快速发展的需

4、要。按施工工艺可以 将围海造陆分为3个部分：围堰形成技术、陆域形成技术、软基处理技术。1.1 现阶段围海造陆特点现阶段，我国围海造陆工程不同于历史上的围垦扩展农业用地，以及人类改善生存 条件的围海工程，其根本是为经济发展服务，因此，现阶段围海造陆工程具有鲜明 的时代特点和经济发展需要。归纳起来，现阶段围海造陆工程有如下特点：1）用途明确。多作为工业发展用地，与以往的围垦扩展农业用地有着显著的区别， 两者功能要求不同也直接决定了对所造陆地具有不同的承载力、变形要求。2）围海造陆工程面积大。随着经济发展对土地的迫切需要，现阶段围海造陆不能再按以前的一点点推进的方式进行，而是进行大面积的围海造陆，以

5、满足经济发展 需要，一次性围海造陆面积达上百万平方米。3）围海造陆速度快。这是经济发展对土地的迫切需要，要求必须快速造陆，在最 短时间内形成满足使用要求的陆域，已经由以往十几年缩短至几年内完成，现在还 有进一步加速的趋势。4）围海造陆难度大。现阶段围海造陆不仅要在浅水、滩涂区域进行，还逐步向深 水、外海区域发展，如上海洋山深水港工程、港珠澳大桥人工岛工程、山东龙口人 工岛群工程等，其难度显而易见，对我国围海造陆技术提出了很高要求。5）围海造陆技术含量高。因为使用要求不同，而且围海造陆具有面积大、速度快、 难度大等特点，所以现阶段围海造陆工程具有更高的技术含量，不再是古人所采取 的传统、古老的方

6、法，而是最新科研技术成果，如综合地基加固技术及快速造陆技 术、浅表层快速加固技术、水上插板工艺、真空预压联合强夯加固疏浚土技术、无 砂垫层排水固结法等围海造陆新技术都已经广泛应用于工程建设中。从 20 世纪 90 年代以来，伴随着围海造陆工程的蓬勃发展，我国的高校、科研院所、工程技术人员进行了大量的理论研究、现场试验、技术创新，大大提高了我国 围海造陆技术的整体水平，也为大面积围海造陆工程应用奠定了基础。其中，中交 四航工程研究院有限公司（原交通部第四航务工程局科研所）就是其中杰出的一员， 为我国围海造陆技术创新和进步做出了突出贡献。1.2 理论创新理论创新是技术进步的基础，对于指导工程实践有

7、着积极的意义，也一直是围海造 陆工程研究的重要内容。近20 年来，我国在围海造陆理论研究方面取得了丰硕的 成果，为工程应用奠定了理论基础。1992 年，董志良1通过等应变条件、径竖向渗流可分别考虑、同一深度具有相同 超孔隙水压力等一系列基本假定，建立了砂井地基径向固结在正压、负压、正负压3 种情况下的固结解析解，得到了正负压砂井地基与正压、负压作用时具有相同表 达式。该解析解考虑了井阻和涂抹效应，经多个真空预压和真空联合堆载预压工程验证， 计算值与实测值吻合程度良好，如图 1，2。在此基础上，董志良2于1993 年推导了排水固结加固地基渗流量计算公式，将 加固区渗流总量分成3部分：排水板渗流总

8、量Q总板、地基竖向渗流总量Q总竖、 加固区内外渗流总量Q总渗。该计算方法与实测值吻合程度良好（图 3），为优化设计排水系统奠定了理论基础， 并得到多项工程验证。2001 年，董志良3根据真空及堆载预压过程中超孔隙水压力变化情况，对地下水 位情况进行分析。建立了没有竖向排水体、理想砂井地基条件下加载后的地下水位 计算公式。没有竖向排水体情况理想砂井地基情况2005 年，董志良4通过对真空有真空联合堆载预压法的加固机理、设计方法、施 工工艺的深入研究，提出：真空预压过程实际是地下水、气被抽出的同时，真空度 不断向地基土中传递、扩散并在地基土中形成一定的真空负压及其负压力梯度的过 程，真空预压是地下

9、水位不断降低的过程，造成地下水位以上土体处于非饱和的真 空负压状态，也即地下水位以上的土体符合真空预压的加固机理，而地下水位线以 下的土体仍处于饱水的真空负压状态，虽然该部分土体中也有真空度，但真空负压 是由土体中的孔隙水所承担，并未转化为土体的有效应力，土体有效应力的增加， 实际上是由于上部水位下降区土体的浮密度与湿密度转化所增加的自质量引起的， 因此地下水位以下的土体符合真空降水预压的加固机理。1.3 技术创新从 20 世纪 90 年代，中交四航工程研究院有限公司参与了大量围海造陆工程的设 计、施工、监测工作，积累了丰富的经验。在工程建设中，不断对原有技术进行改 进和发展，还针对特定的地质

10、条件、施工环境开发了一系列新工艺和新技术，有力 地促进了我国围海造陆技术的发展。90 年代初，中交四航工程研究院有限公司在珠海、深圳进行了综合地基加固技术 及快速造陆技术开发研究。1992 年首次在珠海前山港区采用围堰充水的方法，利 用水荷载进行堆载预压，充水高度达4.15 m,荷载的损失率约为2 kPa/d，每天 抽4h的水即可维持水压，解决现场堆载料不足的问题，提出用水作为堆载的新思 路5；随后又在深圳采用三相荷载（3 m回填砂荷载、2 m水荷载、90 kPa真空 荷载）联合加固潮间带海淤，取得了较好的加固效果。通过以上2次现场试验研 究，相继研发出聚乙烯现场粘接工艺、开发了充水预压施工工

11、艺，最终形成了综合 地基加固技术及快速造陆技术6。1996年，针对潮间带的软基处理问题，中交四航工程研究院有限公司首次开发了 潮间带真空预压施工技术，解决了潮间带插板以及潮水涨落对真空预压密封系统冲 刷的问题，证明真空预压技术同样适用于潮间带软基处理。该项技术已成功应用于 顺德桂伴海水利枢纽工程、深圳河二期治理工程、宁波大榭招商国际集装箱码头陆 域及围堤形成工程，特别适合于大面积围海造陆工程，具有较好的应用前景。 1999年，董志良7在排水固结加固地基渗流量计算方法的基础上，提出塑料排水 板加固地基排水系统的优化设计，对排水渗流量计算、排水板的选用和布置，以及 水平排水砂垫层的设计等都提出具体

12、的操作方法，在随后软基设计、施工中都得到 充分应用。2003年，中交四航工程研究院有限公司首次将真空预压技术应用在围海吹填造地 形成的超地基加固工程中并取得成功，创造了单块和单个真空预压工程全国和世界 之最。2005年在南沙港区真空预压施工中，通过在滤管之间增加水平排水板8， 有效提高了水平排水系统的性能，取得了较好的改进效果，施工工艺如图4。2006年又提出无砂垫层排水固结法，用水平排水管路代替传统的排水砂垫层，直 接将水平排水管路与垂直排水板相连，大大降低了真空能量的沿程损失，提高了真 空预压效能（图5）。2004 年，中交四航工程研究院有限公司开发了加固水下软基施工技术，主要包括： 水上

13、铺设砂被、软体排工艺、水上插板工艺（图6）。并结合不同施工环境，开发 了不同水深条件下（浅水区、深水区、潮间带）的施工工艺。此外，为了满足水上 插板的需要，自行改建了2条水上专用插板船：一艘为双底船改建而成，桩架高 达50 m,用于深水区作业；另一艘由3 000 t方驳船改建而成，由8台插板机组 成，桩架高度达38 m ，用于浅水区作业。图7 ，图8为改装成的插板船和铺排船。 由于真空预压分块抽真空时间存在差异，同时淤泥搅拌桩受到双向真空吸力作用， 会引起淤泥搅拌桩失水，表层沉陷，并形成较深的空洞，大大降低密封效果。针对 软土层含夹砂层的情况，对淤泥搅拌桩密封墙施工工艺提出许多改进措施和新的施

14、 工方法9，包括双排长短桩相结合密封墙和单排淤泥密封墙、共用淤泥搅拌墙桩 帽技术，具体方法如图9 ，图10所示。1998年，中交四航工程研究院有限公司提出考虑工程施工对周边影响及其保护的 环境岩土工程概论，是国内较早将环境岩土工程概念引入到围海造陆工程的单位， 对真空预压施工对周边环境影响及防护技术进行了系统的研究。董志良10在深圳 河二期治理工程中提出用格栅型水泥土搅拌桩的防护技术，并取得了较好的防护效 果。张功新11介绍了该防护技术在南沙港区二期软基理中的应用，具体工艺如下： 水泥土搅拌桩的桩长为18 m ，水泥掺入比为15% ，同时掺4%早强剂，水泥土直 径均为600 mm，搭接200

15、mm，格栅边长为2 mx2 m,打设深度为18 m,进 入黏土质砂层。图11为格栅型水泥搅拌桩。1.4 创新成果 自20世纪90年代以来,中交四航工程研究院有限公司依托多项大型围海造陆工 程,对施工创新技术进行了系统的总结和归纳,形成了多项新工法,包括水下抛石 基床爆破夯实工法、控制加载爆炸挤淤置换施工工法、真空联合堆载预压施工工法 真空预压联合强夯快速加固疏浚土工法、浅表层超软弱土快速加固施工工法等。其 中,控制加载爆炸挤淤置换施工工法、真空预压联合强夯快速加固疏浚土工法、浅 表层超软弱土快速加固施工工法3项工法被评为国家级工法,具有较高的应用价值和良好的推广前景。除了工法成果外，中交四航工

16、程研究院有限公司在围海造陆技术上还取得了多项发 明及实用新型专利技术。这些成果都是在大量围海造陆工程实践中不断创新所取得 的，多数成果已被广泛应用于工程实践中。主要成果如表 1 所示。上述的理论创新和技术创新成果突破了传统围海造陆技术的约束，适应新时代条件 下围海造陆工程的需要，具有显著的时代特征，推动了我国围海造陆技术的进步。 中交四航工程研究院有限公司多项成果获得了省部级、集团大奖，成为推动我国围 海造陆技术发展的重要力量。在地基处理方面获得的主要奖项有：深井降水联合 强夯软基加固技术研究获得了 2010 年度中交集团科技进步三等奖；浅表层超 软弱土快速加固技术研究获得了 2009 年度中

17、交集团科技进步二等奖和 2009 年 度中国航海学会科学技术进步二等奖；真空预压处理大面积软弱地基及其对周边 的影响与防护技术研究获得了 2008 年度中国港口协会科技进步一等奖；广州 港南沙区软基处理技术研究获得了 2005 年度中国航海学会科学技术进步二等奖； 围海造陆形成的复杂地基的加固处理研究获得了 2005 年度中国航海学会科学 技术进步三等奖。围堰形成是指在海上通过人工围堰的方式形成一定造陆界限，为后期的吹填、造陆 作准备，是围海造陆工程的基础。按其施工方法的不同，目前我国的围堰形成技术 可大致分为4 类：1）抛石围堰；2）模袋围堰；3）复合围堰；4）临时围堰。下 面分别介绍几种围

18、堰。2.1 抛石围堰 抛石围堰是通过向海中抛掷一定的石料，石料在自重或外力的作用下堆积密实，露 出水面，形成人工的分隔带，将围海造陆区域与海域进行分隔，以便后续吹填施工。 抛石围堰是一种传统的围堰施工技术，具有施工进度快、稳定性强、工程寿命长等 优点，广泛应用于港口工程及水利工程中。根据抛石的作业方式可分为水抛和陆抛： 水抛法是利用自带吊机的运输船（如方驳、开底驳等）运输石料，采用GPS定位 装卸石料在水上进行抛填，如图12a）;陆抛法主要是自卸汽车运输，挖掘机和推 土机配合施工，在陆上进行逐步推进式抛填，如图12b）。对于沿海地区建设土地 资源匮乏而开山块石充足的抛石填海加固软土地基而言，强

19、夯块石墩具有强夯置换 和排水固结法的特点，采用块石在陆上抛填的方法，在深圳沿海地区得到了广泛应 用。由于水抛施工具有施工效果高、相互干扰少、多点同时开工等特点，工程应用较为 广泛。目前，水抛施工都是通过抛石专用船只来实施的，主要有2类船舶：一种 是自航平板驳（配反铲），通过反铲挖掘机将平板驳上石料抛填海中，如图 13a）;另一种是开体驳，开体驳到达指定抛点位置后，打开底部舱门，石料即填入海中， 完成抛石，如图13b）。陆抛施工主要是通过自卸汽车运输，挖掘机和推土机配合 实施，不受水深条件及波浪的影响，施工较方便。围堰形成还应该根据现场地质条件合理选取施工工艺。当水下淤泥厚度小于5 m时，可以采

20、用抛石挤淤法，结合合理施工工艺可以保证 质量，常用于处理流塑态的淤泥或淤泥质土地基，即直接将块石抛在需进行处理的 淤泥或淤泥质土地基中，利用块石的自身重量，即可以将原基础处的淤泥或淤泥质 土挤走，实现置换。抛填方向根据软土下卧地层横坡而定，横坡平坦时自地基中部 渐次向两侧扩展;横坡陡于1:10时，自高侧向低侧抛填。当水下淤泥厚度大于5 m时，可以结合水下强夯挤淤法、爆破挤淤法，利用外力 的作用加强块石置换的深度。水下强夯挤淤法是利用夯锤锤击块石，在强大外力作 用下，进一步挤压淤泥，从而达到置换深处淤泥的目的;爆破挤淤法是在抛石体外 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

21、空腔，抛石 体随即充填空腔形成“石舌”，达到置换淤泥的目的，其挤淤深度可以达到 10 m。 阳江核电防波堤工程、宁德核电一期防波堤工程、招商局前湾填海造陆围堰工程等 均采用该方法。当软土层厚度在10-20 m范围内时，一般需要先清淤再抛石，造价相对较高， 主要用于主围堤部分。当软土层厚度大于20 m时，清淤抛石往往不经济或技术不 可行，就需要考虑其他形式围堰，如模袋围堰。2.2 大砂袋围堰大砂袋围堰是一种新型围堰形成技术，其施工原理是先将防老化编织土工布缝制成 袋形，再用水力吹填的方法，将砂土填充到模袋中，最后构筑成定型的围堰。大砂 袋围堰具有造价低廉、取材方便、施工简单等优点，现在已经广泛应

22、用于围海造陆 工程、水利工程、海防工程等中，如图14。大砂袋围堰施工主要采用抛填袋装砂和充灌袋装砂2种工艺：抛填袋装砂主要包 括翻板抛袋和网络抛袋2种施工工艺，充灌袋装砂分为水下充灌和水上对拉充灌2 种工艺。充灌砂袋的方法有2种：一是直接利用低潮时人工在滩地上铺展、固定大砂袋进 行充灌，该工艺已相当成熟，如图15 a);二是利用船机设备在水深相对较深区 域进行水下充灌砂袋，施工时先将砂袋卷在施工船舶滚筒上，砂袋另一端入水，然 后边充灌边移船同时转动滚筒以沉放砂袋，直至砂袋充灌成型，沉放到位，如图 15 b) 。这2种充灌砂袋的施工工艺适合于水深较浅、河床泥面较平、水流风浪 条件较好的浅水区域以

23、及滩地施工。对于水深较大、袋装砂工程量大、堤心成型断面大、水流风浪条件差的区域，可以 采用翻板抛袋和网兜抛袋2种施工工艺。大砂袋围堰的施工工艺还应结合施工区域的地质条件合理选取。当下部为软弱土层 时，还应对软土进行加固处理;当下部无软弱土层，则可以按正常的工序进行模袋 施工。水上铺排施工应根据现场水深条件进行。1）深水区，水深达到 2.5 m 以上，可以由运砂船直接对铺排船供砂，如图 16a）。2）潮间带，铺排船和砂船都不能进行，则依靠工人趁退潮时间内进行陆上人工铺排，如图16b）。3 ）浅水区，水深在0.5 2.5 m之间，铺排船可以进入，但运砂船和人都无法进 入施工，可以采用PVC管由岸上

24、向铺排船供砂，如图16c）。当围堰下部为软弱土层时，水深条件无法满足一般施工船舶时，可采用铺设砂被、 打设排水板等工艺，以达到排水固结的目的。中交四航工程研究院有限公司在宁波 大榭招商国际集装箱码头围堤造陆工程中，基础护底结构采用铺设砂被、施打排水 板，袋充砂通长袋及软体排作加筋层,围堤上部为水抛镇脚棱体、陆抛堤心石，关 键工艺如图17。2.3 复合围堰复合围堰由2种或2种以上结构组合而成，如模袋围堰结合抛石围堰、土石围堰 结合土工织物、土工格栅，等等。该类结构形式结合土工合成材料的特性，发挥土 工材料的优势，具有结构形式灵活、整体性好、对复杂地基适应性强等特点，被越 来越多的工程所采用，成为

25、围海造陆工程围堰的一个重要发展方向。2.4 临时围堰 当围海造陆面积较小，特别是进行试验性研究时，或局部围堰需要进行补强处理时， 可以采用临时性围堰。临时围堰不同于其他围堰，其本身要求不高，在满足工程使 用要求的前提下，其变形量可能较大，但可以有效节约建设成本，是一种经济适用 的围堰形式，已经在围海造陆工程中得到一定应用。竹筋支挡、竹筋砂袋就是2种临时围堰形式。图18为中交四航工程研究院有限公 司在深圳妈湾电厂采用竹筋支挡形式的辅坝，其由多层竹筋相互绑扎固定，外面用 土工布包裹，竹筋底部插入软土层，其有一定弯曲能力，适应的现场使用要求。图19 为我院在深圳河二期处理工程中采用竹筋砂袋修筑围堰，

26、作为吹填砂防护措施， 有效减小了潮汐涨落对回填料造成冲刷和侵蚀，起到了很好的保护作用，整个加固 过程，竹筋砂袋围堰性能良好，没有发生破坏。临时围堰技术满足了工程建设的需要，同时具有较好的经济性，更适应了新时期条 件下环保对工程建设的要求，符合环境岩土工程发展方向，是未来岩土工程发展的 趋势，值得进一步推广和应用。陆域形成，即在围堰范围以内填入一定的土石等，从而达到形成陆域的目的。按施 工工艺的不同，可以分成吹填、抛填、推填等。目前应用较为广泛的是吹填砂或淤 泥、抛填开山（土）石法。3.1 吹填法吹砂填方，又称为水力吹砂回填或水力冲填，简称吹填，包括吹砂、吹泥，或吹填 土，等等。吹砂填方，是指利

27、用水力机械冲搅泥砂，将一定浓度的泥浆通过事先铺 设的管道泵送至四周筑有围堤的拟吹填区域。若吹填区离取土区较远，通常采用接 力泵送的方式。我国常用的吹填方法有4种，如图20 所示，工程中以绞吸式挖泥 船直接吹填和耙吸式挖泥船自挖自吹采用最多。吹填法按吹填的方法不同，又可以 分为直接吹填工艺、吸运吹工艺、自挖自吹工艺等。3.2 抛填法大面积陆域形成抛填施工方法可分为陆上抛填和水上抛填。1）开底驳或开体驳运 砂船抛填，采用民船运砂进入抛填区，然后打开底板直接将砂自卸抛入水面下进入 回填；2）皮带运砂船抛填，在运砂船上安装有皮带运输装置，运砂船航行停靠抛 填区边线旁，采用皮带运输将砂抛入抛填区；3）带

28、抓斗的运砂船抛填，在运砂船 上安装抓斗，运砂船靠抛填区周边边线停靠，采用抓斗将砂抓取后抛入回填区内。3.3 推填法推填法施工适用于砂、一般土和开山石作为回填材料进行填海造陆工程的施工。 由于现阶段围海造陆工程不同于以往的围垦扩展农业用地，多数是工业用地，对地 基强度和稳定性都有更高的要求，因此，围海造陆形成的陆域必须进行处理才能满 足使用要求。经过几十年的发展，我国的地基处理技术已取得了长足的发展，有力 地促进了我国围海造陆的快速发展，成为围海造陆工程的重要组成部分。4.1 传统地基处理方法 排水固结法是通过在地基土设置竖向排水通道，利用建筑物本身重量分级逐渐加载， 或在建筑物建造前在场地先行

29、加载预压，使土体中的孔隙水排出，有效应力增加， 土体逐渐固结，地基发生沉降，从而提高地基的承载力和稳定性，是解决围海造陆 吹填淤泥或淤泥质土的重要方法。近年来，中交四航工程研究院有限公司相继开发 的综合地基加固技术及快速造陆技术、潮间带真空预压技术、水体预压加固技术、 水上插板工艺、真空预压施工防护技术、无砂垫层排水固结法都有力地促进了排水 固结法的发展，适应新形势下我国围海造陆工程的需要。强夯法是将10-40 t的重锤以10-40 m的落距，对地基土施加强大的冲击能，在地基土中形成冲击波和动应力，使地基土得以压实和振密，达到提高强度、减小 沉降、改善砂土抗液化性能的目的，是解决围海造陆吹填砂

30、地基的重要方法。至目 前为止，国内强夯最大夯击能已经达15 000 kNm。近几年，强夯法也有向饱和 地基土推广应用的趋势，相继发展了塑料排水板联合强夯处理饱和淤泥质地基土技 术，以及袋装砂井联合强夯处理饱和淤泥质地基土技术。同时在强夯法的基础上， 中交四航工程研究院有限公司吸取了其它地基处理方法的优点，开发出了真空预压 联合强夯、深井降水联合强夯等地基处理新技术，提高了强夯法的适用性，拓宽了 强夯法的应用范围，开启了静-动相结合的地基处理新思路。振冲挤密法是利用振动和水冲力来振密松砂地基，由于该法具有工艺简单、施工便 捷、工期短、经济实用和效果显著等优点，是处理围海造陆工程吹填砂地基的一种

31、有效方法。近20年，振冲法的施工工艺、施工设备都取得了新的发展，相继开发 了 “双向振动器”工艺，无填料振冲法等，振动器功率也由最初的30 kW发展到180 kW，振冲挤密法的有效加固深度已经达到30 m。满足工程建设发展需要。排水固结法、强夯法、振冲挤密法作为传统的地基处理方法，在围海造陆工程中有 着广泛的应用，随着施工工艺、施工设备等的不断改进，为满足围海造陆工程新的 发展需要，可以预见，在未来的相当长时间里，这些处理方法仍然会是围海造陆工 程地基处理中最主要的方法。4.2 吹填土处理新方法 随着我国围海造陆规模的不断扩大，有大量的新近吹填土需要处理，面对紧迫的工 期要求以及吹填土的新特点

32、，原有地基处理方法已经无法满足工程建设需要，需要 工程技术人员突破传统，开创性提出新的处理思路，以适应时代发展的需要。正是 在这样的大背景下，一批地基处理新工艺、新方法应运而生，中交四航工程研究院 有限公司开发的浅表层快速加固技术、真空预压联合强夯快速加固技术、深井降水 联合强夯加固技术（WDDC）就是其中的杰出代表。1）浅表层快速加固技术12。 近年来，我国东部沿海地区有大量的新近吹填软土地基需要处理，此类软土具有含 水率高（85%）、压缩性高、孔隙比高，强度和承载力极低的特性，基本呈流 泥-浮泥状，一切工程机械设备都无法在其上进行施工，如按传统的做法，需要35 a自然晾晒、待表层具有一定强

33、度时再进行后续的加固处理。在这样的背景下，工程技术人员创造性地提出变一次完成加固为分阶段加固，先对表层软土进行 加固处理，使其形成一定厚度的硬壳层，满足机械设备施工操作的需要，再对深层 土体进行加固处理，大大缩短了软基处理的工期，变不可能为可能，满足了经济发 展对土地的紧迫需要。浅表层快速加固技术与真空预压法的加固机理是相同的，但2种方法的加固目标 存在显著的差异：浅表层快速加固技术仅仅需要将新近吹填土形成具有足够强度的 上部硬壳层，满足后续施工要求即可，无需过多考虑软土的变形，这就决定了浅表 层快速加固技术与真空预压法在施工工艺、施工方法方面具有明显的差异和不同的 要求。目前，中交四航工程研

34、究院有限公司已经成功开发浅表层快速加固整套技术， 其加固装置由密封膜、排水垫层、抽真空滤管、排水板或袋装砂井、格栅层等构成， 具体施工工艺如图21 所示。2）真空预压联合强夯快速加固技术。 目前，大量的围海造陆工程均采用真空预压法加固软土地基，真空预压法加固软土 的特点是加固前期发生的沉降较大，而后期则较小，其费用基本上是随抽真空的时 间延长而成比例增长，因此加固后期技术经济性差。强夯法一般适用于非饱和土， 其特点是可以快速形成一个硬壳层，施工工期短，表层加固效果好，但加固深度有 限。室内试验表明，在采用真空预压加固软土时，辅加动力，会增加软土的渗透性，加 速排水固结，将真空预压与强夯相联合，

35、将静力排水固结和强夯的优点结合，二者 具有明显的互补性。真空预压联合强夯加固技术利用真空预压初期固结速率快的优点，通过短时间的真空预压达到一定的固结度（50% 70%）,快速提高了浅层地基的承载力和强度，为强夯施工创造必要的施工条件。真空预压处理达到预定的固结度后，再联合强夯 法，利用已有的塑料排水板和砂垫层所形成的良好排水条件，有利于提高强夯过程 中超静孔隙水压力的消散速度。地基在重锤冲击能作用下，经过能量转换、固结压 密和触变固化3 个阶段后，承载力和强度得以进一步提高，充分发挥了强夯法加 固地基快速、经济、高效的优势。具体的施工工艺如下：首先对疏浚土等软土地基进行真空预压处理30 d（预

36、估值） 左右，等土体的固结度达到50% - 70%时，即可以真空预压卸载并揭除密封膜， 然后进行强夯加固处理。施工工艺流程如图22 所示。3 ）深井降水联合强夯加固技术（WDDC）13。深井降水联合强夯加固技术（WDDC ）是中交四航工程研究院有限公司发展的一 种新型地基加固方法。WDDC通过设置降水手段，在软土地基内设置强制排水系 统，强夯前先期排出软土地基部分的水体，当地下水位下降达5 m以上时，即可 以同时开展强夯施工，形成“上-下”双层加固模式。巨大的强夯冲击荷载，对表 层非饱和软土层进行压密加固，并促使浅部和深部的软土层产生超孔隙水压力，超 孔隙水压力发生多次快速升降，孔隙水不断排出

37、，土体强度得以提高，并能大大消 除残余沉降和不均匀沉降，取得很好的加固效果。适用于围海造陆中所形成的地下 水位较高的饱和淤泥、淤泥质软黏土地基。WDDC工艺概括为如下几道工序：砂垫层施工、塑料排水板插设、泥浆搅拌墙施 工、深井井点打设、深水潜水泵安装、抽水预压及维护、强夯施工和场地整平，如 图23所示。上述地基处理新技术已经成功应用于围海造陆工程实践中，并取得了较好的加固效 果，解决了工程建设技术难题，开创了地基处理新方法。实践表明：浅表层快速加 固技术对于解决新近吹填表层超软弱土处理方面有其独特优势，真空预压联合强夯 快速加固技术、深井降水预压联合强夯加固技术解决了强夯法应用于饱和软黏土的

38、技术难题，2 项技术在围海造陆工程中具有广阔的应用前景，值得进一步推广应用 5.1厦门港海沧港区#14 #19泊位后方围埝软基处理试验工程原场地为滩涂地基，水域开阔，水深0.0 8.0 m不等，原泥面高程为2.17 - 3.29 m，由北向南微倾，地基承载力低，陆域形成吹填施工主要是在原泥面上吹 填浮泥或细砂，陆域形成的软弱地基分为吹砂区和吹泥区，其中吹砂区约为25万 m2，吹泥区约为55万m2,均须进行软基处理。吹泥区表层吹填浮泥-淤泥层主要物理力学指标见表2。吹泥区位于陆域形成区域 的北侧，表层主要为浮泥-淤泥，层厚达0 11.3 m，属于超软弱土，含水率达 70% 167%，压缩性大、强

39、度及承载力极低。为了工程工期要求，选择采用浅表层用真空预压快速技术对吹泥区进行处理，以满 足机械设备使用要求，为后续软基处理提供条件。浅表层快速加固处理塑料排水板 按1.0 mxl.O m正方形布置，插设深度为4.5 m，外露0.7 1.0 m。于2007年5月21日开始对吹泥区加固处理，3 d膜下真空度达到了 70 kPa以上，以后的真 空度稳定在68 84 kPa之间。2007年6月15日卸载，共抽真空25 d。经浅表层快速加固技术处理后，加固前表层06 m范围内含水率高达77.4% 167.0%，加固后浅表层的含水率降低至63.1% 96.7%，其中03 m范围内的 含水率降至63.1%

40、 66.6%，液性指数降低至1.49 1.94，加固后成为淤泥。静 力触探试验和十字板试验表明，加固后软弱土层的比贯入阻力和十字板强度均有大 幅提高，其中吹填浮泥层端阻力提高605.7%，吹填流泥层端阻力提高108.9%， 加固后软弱土层的原状土抗剪强度范围为0.226.3 kPa，平均值为7.9 kPa，为 加固前的9.8倍，形成了 13 m厚的硬壳层，为后续施工创造条件，以满足机械 设备行走的需要，达到预定的加固目的。5.2 东莞南玻工程软基处理工程原为乡村农田、菜地、蕉地、鱼塘，总处理面积6.2万m2。根据现场钻探资料揭 露地层情况如下：冲填土，层厚1.00 5.20 m，平均2.75

41、m，灰色、稍湿，松 散状，主要由粉砂、细砂及少量黏性土组成。该层标贯击数16击；耕植土， 层厚0.50 2.80 m,平均1.07 m,灰色，松散状，主要由黏性土、粉细砂和植物 根系组成。该层标贯击数25击；淤泥、淤泥质土，层厚0.60 13.80 m，平 均4.99 m,灰色，饱和，流塑-软塑状，局部夹砂薄纹层，平均含水率为71.3% , 平均孔隙比为1.935，平均压缩系数av1-2为1.801 MPa-1 ,压缩模量ES为 2.01 MPa，平均标贯击数1.6击；粉质黏土，层厚0.30 -7.60 m，平均2.92 m,灰色，饱和，可塑-软塑状，平均含水率为24.9%，平均孔隙比为0.7

42、14，平 均压缩系数av1-2为0.297 MPa-1 ,压缩模量ES为6.02 MPa，平均标贯击数5.7击，以下依次为粉细砂、中粗砂、砾砂层等。分区 A、B、C 区采用插板+真空预压+强夯处理方法。塑料排水板按 1.1 m 间距， 按正三角形布置，平均打设深度15.7 m。真空预压结束后，进行强夯施工。共进 行2遍点夯，1遍普夯。点夯以4 m间距正方形布置，2遍夯点错开分布使得夯 能均匀分布，夯击能量1 500-2 500 kNm,26击，根据试夯确定夯击次数。 第1遍夯击完成后立即进行夯坑整平，再按照1遍夯顺序进行2遍夯。普夯以 0.75倍夯锤直径作为夯点间距，夯击能量1 000 kNm

43、。通过真空预压联合强夯处理，该场地取得了较好的加固效果，加固后的表层地基承载力大于100 kPa，满足设计要求。5.3 广州港南沙港区粮食及通用码头软基工程 该场地为吹填海淤地基，根据设计钻探资料揭露的地层情况，原场地自上而下可分 为为：淤泥混砂为主的近期人工回填土；淤泥或淤泥质黏土，流塑状，含水率 40.5% 60.2%，孔隙比1.033 1.609，液性指数1.45 1.75，层+层平均 厚度6 m,为第1个软土层，标贯击数01击；混砂层，平均厚度2 m;淤 泥或淤泥质黏土，平均厚度5 m，流塑状，含水率58.7% 60.6%，孔隙比1.585 1.713，液性指数1.73 1.92，为第

44、2个软土层，标贯击数2击；中粗 或中细砂层，平均厚度2 m;分布不均匀的粉质黏土、黏土、砂层及硬黏土混 合层，标贯击数4击。地基处理方案为深井降水联合强夯法，井点间距为30.0 mx30.0 m,塑料排水板 间距1.1 m，按正方形布置，平均打设深度20.5 m。先进行井点降水，当地下水 位降深不低于5.0 m后再联合强夯加固，并继续保持井点降水直至施工完毕。强 夯夯点按正方形跳夯布置，夯锤直径为2.0 m，夯点间距为5.0 m，点夯4遍，每 点夯4-6击，第1遍强夯能量为1 000 kNm,第2遍为1 500.0 kNm,第3 遍、第4遍为2 000 kNm,即随着遍数的增多能量逐渐增加；满

45、夯1遍，每点夯1击，能量为500 800 kNm,间距为0.7倍夯锤直径。经加固后，地基6.0 m以上浅部黏土层土性参数出现明显变化，含水率由51%降 低至42%，液性指数从1.68降低至0.65，土体从流塑状态转换为可塑状态；浅 部淤泥层比贯入阻力Ps由原场地196 kPa提高至400 kPa以上；淤泥层十字板 抗剪强度由加固前的10 kPa以下提高至加固后的27 kPa以上；淤泥层标惯击数 由加固前的1 2击增加至24击，承载力得到较大提高。5.4珠澳口岸人工岛工程 珠澳口岸人工岛工程是港珠澳大桥的重要组成部分，是先期工程。人工岛东西宽930 960 m,南北长1 930 m,护岸总长8

46、000余m,填海造地总面积217.56 万m2。填海工程主要包括护岸、陆域形成、地基处理及交通船码头等工程。 珠澳口岸人工岛工程中有大量的水下铺排施工,北标段中,分隔围堰铺设土工布和 土工格栅106 628m2，岛壁区铺设土工布和土工格栅280 691m2，共计约387 913m2。传统的铺排船采用单卷同轴，滑板定位，端头不固定，无熨压等，使其 具有工作效率低,精度低、易发生轴线偏移、易扭结、易漂浮等缺点,直接影响到 人工岛的工程质量。为此,中交四航工程研究院有限公司针对珠澳口岸人工岛工程 特点,对传统的铺排船以上不足进行创新和改进,采用了双轴提高效率,对端头固 定,采用熨压工艺,改进后的铺排

47、现场如图24所示,其工效由原传统船只不足2 000 m2/d提高至5 000 m2/d，铺排质量得到了显著提高。上述创新技术有力地推动了我国围海造陆技术的进步,满足了工程建设需要,大部 分成果已经成功应于工程实践中,并取得了良好的效果,值得进一步推广和应用。围海造陆在我国正处在快速发展时期。可以预见,未来几年我国围海造陆规模会越 来越大,范围会越来越广,因此必然会遇到不曾遇到的技术难题。这就需要工程技 术人员坚持走创新之路,不断探索和改进,以创新的思维引领我国围海造陆技术的进步。【相关文献】1 董志良堆载及真空预压砂井土耳其固结解析理论几水运工程,1992(9):1-7.2 董志良堆载及真空预

48、压-塑料排水板加固地基渗流量的分析与计算C/第二届全国排水板学术 研讨会论文集,南京:河海大学出版社,1993.3 董志良堆载及真空预压法加固土耳其地下水位及测管水位高度的分析与计算J.水运工程， 2001(8):15-19.4 董志良，胡利文,张功新真空及真空联合堆载预压法加固软基的机理与理论研究J.水运工程， 2005(9):83-91.费民康,董志良综合地基加固现场试验研究中间报告R 广州:交通部四航局科研所,1992.董志良综合地基加固及快速造陆技术的开发研究R广州:交通部四航局科研所，1994.7 董志良塑料板排水法加固软基排水系统的分析与优化设计C/第四届塑料板排水加固软基技术 研

49、讨会论文集.南京:河海大学出版社,1999.8 胡利文，王永平南沙港区真空预压处理水力吹填堆场地基施工技术J.公路交通科 技,2005,22(4):44-48.9 李军，胡继业,邓元广大面积吹填陆域真空预压密封墙处理技术的应用J.水运工程，2004(2):44- 48.10 董志良，胡利文,赵维军，等真空预压对周围环境的影响及其防护措施J.水运工程,2005(9):96- 100.11 真空预压加固大面积软弱地基及其对周边环境与防护技术研究R广州:中交四航工程研究院有 限公司,2007.12 中交四航工程研究院有限公司，华南理工大学浅表层超软弱土快速加固技术研究R.2009.13 中交四航工程研究院有限公司深井降水联合强夯软基加固技术研究R.2009.