吳 碩

(福建省莆田市供水有限公司，福建 莆田 351100)

1 工程概況

本工程是石門澳產(chǎn)業(yè)園專管供水工程，保障石門澳產(chǎn)業(yè)園各部門用水，供水管線總長11.4km，其中供水干管長3.18km，管徑DN1600，管材采用PCCP管。工程等別為Ⅳ等，工程總投資8300萬元，工期360d。管道基礎(chǔ)承載力需達(dá)到150kPa。工程區(qū)位于湄洲灣的灣內(nèi)，場地地貌上屬濱海潮間帶灘涂。根據(jù)地質(zhì)鉆探報(bào)告及地表踏勘結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，供水管道區(qū)域?yàn)橛倌噘|(zhì)灘涂，由上至下分布：①吹填淤泥(流泥)，高含水率、欠固結(jié)；②淤泥，高含水率、高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度；③粉質(zhì)黏土。

供水管道平均開挖深度4m，基本無法形成管槽，存在超沉降與不均勻沉降，抗滑穩(wěn)定性差、承載力不足等地質(zhì)問題。供水管道面臨地質(zhì)差，任務(wù)重，工期急，探討一種有效解決吹填淤泥中管道基礎(chǔ)處理方案問題尤為重要。

2 淤泥基礎(chǔ)處理方案的分析比較

2.1 選擇淤泥基礎(chǔ)處理方案

根據(jù)GB51064—2015《吹填土地基處理技術(shù)規(guī)范》、JGJ79—2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，可以采用的地基處理方法有壓實(shí)法、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、振沖法、固化法、電滲排水法、換填墊層法、水泥土攪拌法、碎石(砂)樁置換法等。

工程區(qū)域?yàn)橛倌噘|(zhì)灘涂，管基在吹填淤泥、淤泥層上。由于淤泥含水量高，淤泥層較厚，根據(jù)施工布置、大面積淤泥場區(qū)施工需要，本工程基礎(chǔ)處理選擇低位高真空分層預(yù)壓擊密方案、原位淤泥固化方案和水泥攪拌樁方案進(jìn)行比選。

2.2 淤泥處理方案工藝原理

(1)低位高真空分層預(yù)壓擊密法。第一階段預(yù)壓固結(jié)排水，在吹填淤泥層中插入排水板進(jìn)入粉質(zhì)黏土層，鋪設(shè)排水管路、土工布、土工膜形成真空體系，在預(yù)壓荷載作用下前期固結(jié)排水速率高，沉降量大，較好完成前期土質(zhì)固結(jié)；第二階段動力固結(jié)排水，在淺層插入高真空排水管，利用擊密產(chǎn)生的孔隙水壓力和高真空形成的負(fù)壓共同作用，使得淤泥層中水快速排出，地基土達(dá)到超固結(jié)，在動力固結(jié)排水影響范圍內(nèi)淤泥層承載力再一次提高，形成剛度及承載力較大的硬殼層。

表1 場地地質(zhì)參數(shù)

(2)原位淤泥固化法。利用安裝在挖掘機(jī)上的液壓強(qiáng)力攪拌頭向淤泥中摻入專利固化劑進(jìn)行原位攪拌。專利固化劑為復(fù)合型材料，主要成分為礦渣微粉、硅酸鹽熟料等。固化劑通過管道由壓縮空氣輸送到滾軸中間經(jīng)由錐形噴頭噴出，有效成分在堿性環(huán)境中充分化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化膠凝產(chǎn)物。膠凝物質(zhì)產(chǎn)生的強(qiáng)度和穩(wěn)定性主要是靠凝結(jié)、包裹土層中的細(xì)小顆粒，形成具有一定強(qiáng)度的骨架結(jié)構(gòu)。固化材料顆粒與淤泥顆粒相互填充，形成緊密堆積結(jié)構(gòu)，加上固化材料本身具有較高的強(qiáng)度和硬度，通過水化產(chǎn)物相互搭接后，固化材料顆粒的未水化部分在水化產(chǎn)物之間還可起到強(qiáng)有力的“微集料填充”和“骨架支撐”作用，在養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)持續(xù)地增加強(qiáng)度，使土體達(dá)到要求的承載力。

(3)水泥攪拌樁。以水泥系列材料為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將原位土和固化劑強(qiáng)制攪拌，形成水泥土增強(qiáng)體。固化劑、其他摻合料與土之間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)合地基以提高地基承載力，減少沉降。

2.3 淤泥處理方案的比選

針對供水干管段地層分布，選取樁號G0+980～G2+480m段1.5km范圍的典型斷面進(jìn)行比選。

表2 方案比選分析 單位:萬元

水泥攪拌樁理論成熟，應(yīng)用廣泛，但由于水泥的固結(jié)特性，當(dāng)遇到各類離子含量較高的海相軟土淤泥時，成樁不易。同時吹填淤泥含水率高，性質(zhì)較于普通淤泥更差，樁間土的土拱效應(yīng)幾乎不能發(fā)揮，復(fù)合地基無法保障。水泥攪拌樁法投資比淤泥固化高825萬元，處理的吹填淤泥效果較難控制，不推薦該方案。

低位高真空分層預(yù)壓擊密法和淤泥固化處理法都屬于國內(nèi)先進(jìn)的軟基處理技術(shù)，前者屬于物理處理法，后者屬于化學(xué)處理法。1.5km的軟基處理和管道鋪設(shè)，低位高真空分層預(yù)壓擊密法比淤泥固化處理節(jié)省213萬元，真空能提供80kPa左右的荷載，配合堆載土方荷載，先期完成大部分沉降。但真空預(yù)壓膜下真空到達(dá)處理極限后，強(qiáng)度無法繼續(xù)提高，單純真空預(yù)壓無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需采取聯(lián)合堆載，低位預(yù)壓+堆載需運(yùn)行6個月才能開始管道施工，處理后形成的“硬殼層”隨著深度的增加，地基承載力、邊坡穩(wěn)定性逐漸減少，工后沉降、含水率逐漸增加，管道鋪設(shè)施工條件較差，同時供水管道呈線狀走向，各單元分區(qū)密封溝設(shè)置難度大，兩側(cè)未處理吹填淤泥會導(dǎo)致線性處理區(qū)的真空度難以達(dá)到理想工作狀態(tài)，進(jìn)而影響處理效果。

淤泥固化處理可就地固化施工，邊固化邊推進(jìn)，形成的固化土具有良好的整體強(qiáng)度。處理1個月后可進(jìn)行管道安裝輔設(shè)施工，工程質(zhì)量容易控制，工序少工期短，固化土具有防滲能力強(qiáng)，淤泥固化后可以達(dá)到Ⅲ類土級別，開挖的管槽邊坡較小，槽內(nèi)基本上沒有水，管道鋪設(shè)施工條件較好。

綜合考慮工程投資、工期、基礎(chǔ)承載力、施工條件等要求，本工程采用原位淤泥固化處理方案。

3 淤泥固化質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 施工流程

淤泥固化施工工藝步驟如圖1所示。

圖1 淤泥固化施工工藝步驟

根據(jù)場地淤泥參數(shù)事先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)確定固化劑的配方和使用量，施工現(xiàn)場根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用固化攪拌機(jī)在規(guī)定的范圍內(nèi)邊向下旋轉(zhuǎn)邊噴放固化劑，使淤泥和固化劑充分?jǐn)嚢柽_(dá)到均勻性，淤泥固化土的強(qiáng)度隨著時間不斷地增長，直至達(dá)到承載力要求。

3.2 淤泥固化質(zhì)量控制及改進(jìn)措施

(1)施工前準(zhǔn)備工作。目前原位淤泥固化技術(shù)沒有操作規(guī)程，根據(jù)工程特點(diǎn)和水泥攪拌樁做法，制定本工程淤泥固化操作規(guī)程指導(dǎo)施工?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)確定分區(qū)長度、出灰壓力、攪拌時間、搭接寬度等各項(xiàng)參數(shù)，見表3。施工場地平整，不得有積水。

表3 各項(xiàng)參數(shù)

(2)優(yōu)化固化區(qū)域劃分。本工程淤泥固化施工作業(yè)區(qū)呈線性，設(shè)計(jì)管槽處理寬度9m，處理深度7m，固化劑摻量為85kg/m3，每車固化劑約32t，計(jì)算出每個固化工作區(qū)面積為54m2。根據(jù)工程場地條件，主要材料和機(jī)械設(shè)備從已硬化石門澳公路轉(zhuǎn)施工便道到達(dá)施工地點(diǎn)。供水管道固化區(qū)域劃分為9m×6m，4.5m×12m 二種，采用流水作業(yè)。靠近已有公路、地質(zhì)條件較好施工段采用9m×6m劃分區(qū)域，即管槽寬度范圍9m一次施工成型。距離公路較遠(yuǎn)施工段鋪設(shè)便道進(jìn)入場地，采用4.5m×12m劃分區(qū)域，先處理管道中心線一側(cè)，3d后機(jī)械在已初步固化區(qū)域鋪設(shè)鋼板施工另一側(cè)。在每個固化區(qū)域四個角點(diǎn)插彩旗標(biāo)記，對管槽范圍充分處理，相鄰工作區(qū)之間搭接不得少于50cm，避免漏固化現(xiàn)象。

(3)更換攪拌頭。原攪拌頭直徑1100mm、長7m，插入底部轉(zhuǎn)速變慢，攪拌效果不佳。更換攪拌頭直徑，由原來的1100mm更換為900mm，減少單次攪拌范圍，提高轉(zhuǎn)速，達(dá)到充分?jǐn)嚢栊Ч?/p>

(4)控制固化劑摻量?？刂瞥龌覊毫_(dá)0.2MPa，在出灰管設(shè)置固體流量計(jì)，實(shí)時控制出灰量，特別是深部攪拌出灰量，每車固化劑使用不得超出劃定工作區(qū)，確保工作區(qū)內(nèi)固化劑使用達(dá)到摻量要求。

(5)控制攪拌頭插入垂直度及攪拌時間?？刂茢嚢桀^插入垂直度偏差小于桿長的1.5%，每個插入點(diǎn)時間控制在20～25s，由上至下，攪拌頭下沉速度由快變緩。通過監(jiān)控得知到達(dá)最底部出灰量較少，所以攪拌達(dá)設(shè)計(jì)高程時固定2～3s，讓其噴灰，再向上提升攪拌。每個工作區(qū)內(nèi)插入點(diǎn)互相搭接至少30cm，使固化劑與淤泥充分混合，保證淤泥的固化效果。

(6)控制攪拌遍數(shù)。淤泥固化土攪拌3遍以上，在第一遍注料結(jié)束后繼續(xù)第二遍注料，經(jīng)2次注料，固化劑可比較均勻注入到施工區(qū)域，最后空料攪拌一遍，現(xiàn)場觀察判斷是否需要第四遍空料攪拌，如果判斷攪拌不均勻，應(yīng)進(jìn)行第四遍空料攪拌。

(7)控制場地整平壓實(shí)及養(yǎng)護(hù)。淤泥固化土攪拌后，盡快完成面層碾壓，消除攪拌造成的空隙，便于固化土整板形成。場地原位養(yǎng)護(hù)，3d內(nèi)禁止各類車輛通行。28d養(yǎng)護(hù)期內(nèi)淤泥固化土隨著時間增加強(qiáng)度不斷增長。

4 淤泥固化成效及工后沉降

現(xiàn)場取樣攪拌完成的散土制模檢測5d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(平均分2層，表層3.5m隨機(jī)抽樣一組，底層3.5m隨機(jī)抽樣一組)，檢測頻度為每層每1000m2檢測為一組，每組6個試件，共檢測51組，強(qiáng)度均超過50kPa。輕型動力觸探配合淺層平板荷載試驗(yàn)對地基承載力進(jìn)行檢測，即大范圍內(nèi)采用觸探法進(jìn)行測試，并用平板荷載試驗(yàn)輔證觸探法，檢測頻次1000m2不少于1點(diǎn)。輕型動力觸探檢測21組，淺層平板荷載試驗(yàn)做3組，部分檢測結(jié)果見表4—6。

淤泥固化處理深度7m位于淤泥層，管槽底部范圍有軟弱下臥層，根據(jù)GB50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算最終沉降量48mm。工程完工后在管道沿線設(shè)置3處工后沉降觀測點(diǎn)，每個月觀測1次，連續(xù)觀測6個月，累計(jì)沉降量小于允許總沉降量。

通過過程檢測、竣工檢測，養(yǎng)護(hù)后固化土地基承載力達(dá)到鋪設(shè)要求，并且滿足沉降要求。

表4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測值

表5 輕型動力觸探結(jié)果

表6 平板荷載試驗(yàn)測試結(jié)果

5 結(jié)語

原位淤泥固化技術(shù)可有效用于供水管道工程吹填淤泥地基加固處理，具有就地固化施工、邊固化邊推進(jìn)的優(yōu)勢，施工效率高，工藝簡單，快速成型滿足承載力及沉降要求，有效控制工期。施工過程中控制的重點(diǎn)主要包括固化劑摻量、出灰壓力、攪拌頭垂直度、攪拌時間、攪拌遍數(shù)等參數(shù)，確保固化劑與淤泥充分混合，達(dá)到處理效果。