吹填土原位固化在中新天津生態城濱海旅游區項目中的應用

魏 宏，雷旭麗，王林松

（天津城建設計院，天津市300122）

0 引言

吹填土又名沖填土，是在航道整治和疏浚時絞吸船把原狀淤泥在水中攪拌成一定比例濃度的泥漿，經過水力吹填而成的沉積土。通過吸泥管吸取的海底泥漿具有含水含鹽量高、孔隙比大、壓縮性強和排水固結時間長等不良工程地質特征。

濱海旅游區位于中新天津生態城，瀕臨渤海。表層主要以吹填土為主，其淺層地質屬第四紀海相為主的成因相類型。該地區土質呈現典型的“三高三低”特征，即高含水量、高孔隙比、高壓縮性、低強度、低滲透性、低固結系數，是典型的軟土，對道路沉降及穩定性影響較大。

同時，該地區軟土含鹽成份大，且沿地表以下深度及與海岸距離的不同，土體含鹽量分布也不均勻，土體特性差異顯著，對整個濱海旅游區的地基處理、場地排水、綠化排鹽、土資源利用等等都是一個很大的挑戰。

由于天津城建設計院先后中標中新天津生態城濱海旅游區東堤路項目，本文主要以濱海旅游區東堤路在建項目為研究對象，東堤路長度為3.1 km，城市次干路，固化土深度為1.5 m，滿足工后沉降的要求。

以“吹填土原位固化技術”作為設計背景；“吹填土原位固化技術”作為一門新材料新技術，它的使用將大大降低投資成本，并能很好地解決土源就地利用問題。

1 吹填土特征

東堤路沿線場地是圍海造陸的吹填區（見圖1），吹填土厚度4.2～6.5 m，吹填年限約3 a，且未經過真空預壓。同時吹填土以下還有3.6～5.7 m厚的淺海相沉積層（淤泥質粘土）。上述土層天然孔隙比大于1、天然含水量一般在35%以上，局部區域天然含水率高達50%以上、壓縮系數大、透水性差、抗剪強度低等等，且均為流塑狀態，地基承載力較低，其高含水率是該區域最為顯著的特征，也是影響著其他性能的主要原因。

含水率的高低嚴重影響其力學性能。土體抗剪強度作為結構設計最重要的參數，受含水率影響較大，隨著吹填土中含水率增大，其呈降低趨勢。高含水率亦影響土體粘聚力，使土顆粒間作用力減弱。研究表明，淤泥的粘聚力與液限和含水率之差呈正比，表明粘聚力受含水率影響。

2 傳統路基處理與固化土路基處理方案對比

根據天津濱海新區總體發展規劃，除航道、港池外，5 m等深線內的海域將全部吹填成陸，目前已進入了吹填造陸的高峰期，吹填地域已由高灘涂向低灘淺海推進。由于吹填泥漿含水量高、容重小、孔隙比大、強度極低的特點，吹填后表面為流態，基本無承載能力，施工車輛無法進入場地施工。同時傳統的真空預壓方法在吹填后，需要經過自然沉積固結2～3 a，表層形成具有一定承載力硬殼后，才能使用機械進行地基處理，而處理加固還需近1 a左右時間，隨著天津濱海新區快速發展建設對土地資源的迫切需求，傳統的真空預壓處理吹填地基的方法，無論在技術可性行上還是工期上都滿足不了濱海新區快速發展的需要（見圖2、圖 3）。

圖2 東堤路現場實景（一）

圖3 東堤路現場實景（二）

另外，天津濱海新區缺乏真空預壓處理方法中設置水平排水層所需的砂源。所以，目前天津濱海新區吹填超軟地基處理技術的改進和創新己成為亟待解決的問題。

2.1 打壩清淤換填

打壩清淤換填山皮土。山皮土厚度應根據現場確定,滿足施工機械能夠施工作業即可，然后按序施做路基路面結構（見圖4）。

特點：山皮土后期強度較低，工后沉降不滿足規范要求且造價高。

圖4 打壩路基處理方案圖

2.2 真空預壓淺層換填

先真空預壓，達到交工驗收標準后，清淤換填山皮土作為路基承托層，然后按序施做路基路面結構層（見圖5）。

圖5 真空預壓淺層換填路基處理方案圖

特點：真空預壓工期較長，工期不能保證且造價高，后沉降能滿足規范要求。

2.3 原位固化路基（見圖6）

圖6 原位固化路基處理方案圖

特點：

（1）避免山皮土開山炸石，保護環境。

（2）避免石料運輸對現狀道路的損壞。

（3）避免清淤工程量，同時避免了淤泥運輸與處置。

（4）固化土后期強度高。

（5）工期較短。

（6）工后沉降能夠滿足要求。

（7）造價相對較低。

綜上所述：

結合天津濱海新區總體發展規劃，以及濱海旅游區吹填土特點，沖填土原位固化技術能夠很好地解決軟土地基處理技術的要求。固化土技術在國內有多年的研究經歷，但沒有得到一個很好的推廣。事實證明：固化土技術不論在固化劑本身的技術領域還是施工工藝領域，還是有一定的局限性，所以值得人們繼續在這個領域研究和探索。

3 沖填土原位固化土原理與特點

3.1 固化劑材料

經過篩選比較，該課題擬采用粉質固化劑作為該課題的研究材料，主要成分為：水泥、礦粉，及其少量的石灰、激發劑、分散劑、表面活性劑。該固化劑所采用的各組分均為市售商品或容易得到的工業排放物，制作成本較低，同時進行淤泥固結處理時的摻加量少，固結體強度高、耐水性能好，可廣泛地應用于清淤淤泥的固化處理、公路基層土的強化和水體底部泥層的防滲漏處理等。

3.2 固化原理

在沖填土中添加固化劑，進行攪拌混合，制成沖填固化土。摻入的固化劑與沖填土之間發生一系列物理、化學作用，產生的膠凝性水化物使松散的土顆粒膠結為一體．并不斷凝結硬化，從而使沖填土分散的單元結構漸變為具有一定整體強度的結構。經該技術處理后的沖填土固化后孔隙比減小，含水率降低，壓縮性減小，其強度和穩定性較之沖填土有極大幅度的提高。

3.3 固化土特點

（1）該固化劑適用于各種土質條件的表層、深層土體改良。人們常見的粉細砂、淤泥、淤泥質土、鹽堿土、腐殖土等等，經過固化處理后均可達到良好的效果。它具備了水泥、石灰、粉煤灰等普通膠凝材料無法比擬的優良特性。

其次，該固化劑的應用范圍極其廣泛。經過固化劑處理后土體可以產生很好的力學性能（強度高、板體性好、耐久性好、收縮率低、水穩定性好等），并且具有很強的抗凍融性，所以它可以廣泛應用到各類基建項目中。如道路基層和底基層（含城市主干路、一級公路）、高等級公路底基層及軟土路基處理、鐵路路基處理、大壩護坡防水墻（適用新建）、蓄水庫庫底防滲防漏、水渠渠底襯砌、水庫壩頂道路、加固地基、學校操場、運動場、油田井場、停車場、大型承重貨場、集裝箱場地、機場、抗洪搶險快速造路（碾壓4 h后即可通車）、快速治理城市翻漿道路、沿海地區的含鹽淤泥處理等等。

（2）該固化劑是一種綠色環保、低碳可持續的新型材料。在工程中廣泛使用固化劑既可以降低對常規建筑材料的大量依賴，從而減少對施工現場、周邊運輸路網，以及料源環境的污染和破壞，同時又可以節省大量能源、資源，是一種循環、可持續發展的新型首選材料，它的廣泛應用將產生積極的社會效益。從今以后，也許人們不再需要采取“拆東墻補西墻”式的拙劣方法挖取其他土地資源來換取建設區域內的新增土地，而是直接把一片片淤泥潭固化成城市道路、休閑廣場、樓房基礎、集裝箱碼頭等等；也許人們不再需要大肆開山爆破浪費資源和污染環境了；也許人們不再面臨因為大量材料運輸導致“建設一條路壓壞周邊兩條路”的窘境了……

（3）該固化劑的使用受外界條件限制較小。由于固化劑的用量較少（一般在8%～14%之間），不會造成供料不及時影響工期的現象，同時也不會增加周邊路網的交通運輸壓力；更主要的是它的使用基本不受天氣條件限制：除了較大風雨天氣均可作業，而且在冬季（極寒天氣除外）施工基本不受影響。2010年1-3月份，唐山灣生態城八里灘上水渠中橋現澆排架的地基處理就是在最低-18℃的條件下施工完成的，經檢測各項指標均達到或超過了設計要求，固化處理后的地基未經其他任何處理（一般情況下橋梁現澆排架下的地基都需要進行墊鋼板、方木、加鋪混凝土墊層等措施）而直接架設了排架，既滿足了設計要求和施工的實際需要，同時又節省了大量資金和壓縮了工期。

（4）該固化劑的使用可以取得很高的經濟效益。采用固化劑處理后可以大大降低工程造價，這也是值得推廣的重要因素之一。

4 結語

東堤工程3.1 km固化施工即將完工，固化土作為一門新技術、新材料在實際應用過程中也發現了不少問題，不論是固化土技術還是施工工藝還有待于進一步提高。

4.1 固化土技術方面（見圖7、圖8）

圖7 含水率高路段實景（一）

圖8 含水率高路段實景（二）

4.1.1 含水率高路段

在含水率大的路段且容重較小，施工進度明顯放緩，強度明顯降低，一成不變的固化劑摻量（東堤路摻量均為10%）不能完全適應現場的實際情況。所以針對不同土質、不同含水率在固化劑的配方需要進一步探索研究。

4.1.2 裂縫（見圖9、圖10）

施工過程中發現一些橫、縱裂縫，大約在1～5 cm，由于東堤路地下水位較高，地下水沿著裂縫滲透到路基，破壞道路的整體安全性。所以針對裂縫產生的原因,以及地下水是否會沿裂縫滲透到路基，對路基的安全性是固化劑需要完善的地方。

4.2 施工工藝方面

圖9 縱縫實景

圖10 橫縫實景

固化劑的施工工藝還是比較欠缺的，吹填土的整個拌合過程基本采用挖掘機進行拌合。帶來的問題主要有以下幾個方面：（1）固化劑的均勻性差;（2）揚塵非常嚴重;（3）固化土流失嚴重。以上幾個問題是施工工藝方面亟待解決的問題。