海滄內(nèi)湖清淤及配套工程圍堰基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)及施工

許偉光

摘 要：文章以實(shí)際工程為例，通過內(nèi)湖清淤將部分底泥進(jìn)行處理及回填，回填場地所需的圍堰基礎(chǔ)采用固化方式處理，對圍堰基礎(chǔ)施工進(jìn)行詳細(xì)的探討，結(jié)果表明通過淺層攪拌固化的方式對圍堰基礎(chǔ)進(jìn)行處理是切實(shí)可行的。

關(guān)鍵詞：地基處理 淺層攪拌 淤泥固化

1.工程概況

本工程位于福建省廈門市海滄區(qū)，海滄內(nèi)湖清淤工程量約為70萬m3，新建臨時(shí)圍堰總長約為1.1km。要求圍堰地基處理后7d后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.1MPa。

臨時(shí)圍堰位于城市觀景平臺(tái)建設(shè)區(qū)域范圍內(nèi)，地勢低且較為平坦，根據(jù)相關(guān)鉆孔資料顯示，主要表層覆蓋了②淤泥、殘積粘性土⑤（Qel），厚度約1～20m。

2.圍堰基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1圍堰基礎(chǔ)地基處理方案比選

（1）換填法。換填法是將場區(qū)內(nèi)性質(zhì)差的淤泥全部挖除，然后采用性質(zhì)較好的填料回填。該方案的難度主要是大量淤泥如何異地棄置及大量換填料來源問題。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)可靠，所形成地基的整體性好，造地和地基處理基本一次完成，僅對回填層密實(shí)處理即可。無需另外再進(jìn)行專門的軟基處理。缺點(diǎn)是對環(huán)境影響大，廈門周邊目前尚無合適的棄泥點(diǎn)；另外該方案需要增加相應(yīng)的場外運(yùn)進(jìn)的填料用量，所需料源有待進(jìn)一步調(diào)查，開山取料也會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

（2）排水固結(jié)法。排水固結(jié)法是直接對現(xiàn)有泥面下淤泥進(jìn)行預(yù)壓處理。原理是先適當(dāng)增加土體總應(yīng)力，固結(jié)過中排出孔隙水，在總應(yīng)力不變條件下降低孔隙水壓力，增加有效應(yīng)力，從而提高地基承載力降低軟土變形的一種方法，根據(jù)加載方式和施工工藝不同，排水固結(jié)法又可以細(xì)分為堆（超）載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法、靜動(dòng)聯(lián)合固結(jié)法、無砂墊層真空預(yù)壓法等多種技術(shù)。目前比較成熟和常見的方法為堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓，靜動(dòng)聯(lián)合固結(jié)、無砂墊層真空預(yù)壓法在廈門地區(qū)有一些成功的案例。

總之，排水固結(jié)法技術(shù)的共同優(yōu)點(diǎn)是：能分利用場地內(nèi)的淤泥，比全部換填方案節(jié)省了額外的場外運(yùn)進(jìn)的填料方量，同時(shí)減少了淤泥的開挖處理量；施工方法相對簡單，對周邊環(huán)境影響小，施工技術(shù)成熟；適用于大面積軟基處理，造價(jià)低。缺點(diǎn)是：地基處理工期相對較長。

（3）復(fù)合地基法。復(fù)合地基則采用類似于樁等豎向加固體，穿過淤泥層，進(jìn)入軟土下臥層持力層，連同復(fù)合地基設(shè)置的墊層等共同作用，將場地的填土荷載、使用荷載大部分傳遞到下臥持力層，達(dá)到減少淤泥層沉降，提高軟土層地基承載力的目的。

工程實(shí)踐表明，只要施工質(zhì)量有保證，復(fù)合地基處理的工程效果良好。重要的是與排水固結(jié)法相比復(fù)合地基施工工期較短，雖然造價(jià)較高，但在工期方面有較大優(yōu)勢。

復(fù)合地基的豎向加固體主要有：水泥攪拌樁、剛性樁、碎石樁和砂石樁、石灰樁等。

（4）淤泥固化法（淺層攪拌）。淤泥固化法是通過往淤泥中添加適量固化劑，然后用機(jī)械設(shè)備快速使固化劑與淤泥攪拌均勻，快速充分固化。達(dá)到降低土體含水量，提高承載力，減少工后沉降的目的。

上述地基處理方式在技術(shù)上都適用于本工程，但考慮到工期、工程所處區(qū)域、工程質(zhì)量、后期永久護(hù)岸建設(shè)、工程造價(jià)、施工安全等因素，本工程最終決定選取淤泥固化（淺層攪拌）作為圍堰地基處理方式。

2.2圍堰設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性驗(yàn)算

（1）荷載。由于本工程圍堰為臨時(shí)圍堰，荷載僅考慮施工期荷載，為5kN/m2。

（2）主要計(jì)算參數(shù)。天然淤泥：天然重度γ為16.0kN/m3；C粘聚力為11.6kPa；Φ內(nèi)摩擦角為1.7°。地基固化土：天然重度γ為16.0kN/m3；C粘聚力為30kPa；Φ內(nèi)摩擦角為1°。

（3）計(jì)算原理。根據(jù)《水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 147-2017），采用簡單條分法驗(yàn)算臨時(shí)圍堰的的整體穩(wěn)定性，按照持久工況進(jìn)行計(jì)算。典型斷面穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見圖1。

3.圍堰基礎(chǔ)施工

（1）處理要求。根據(jù)圍堰整體穩(wěn)定的需求，要求處理后的地基土7d后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.1MPa。

（2）處理區(qū)域的劃分。根據(jù)施工場地的地質(zhì)情況，結(jié)合考慮到原位固化處理地基的深度是有限的。將處理區(qū)域劃分為表層淤泥厚度<6m區(qū)域及表層淤泥厚度>6m區(qū)域。處理的原則分別為表層淤泥厚度<6m的區(qū)域，對表層淤泥進(jìn)行固化處理，處理深度為穿透淤泥進(jìn)入下臥層0.5m。表層淤泥厚度>6m的區(qū)域，處理深度≥6m。

（3）施工設(shè)備。本工程選取浮箱履帶式挖掘機(jī)配裝攪拌裝置作為原位固化施工設(shè)備。采用2臺(tái)原位固化設(shè)備，將供料系統(tǒng)以及發(fā)電設(shè)備等進(jìn)行組裝，主要設(shè)備有攪拌頭、浮箱履帶式挖掘機(jī)、后臺(tái)及料罐。將攪拌頭與挖掘機(jī)進(jìn)行連接，連通輸料管道。

（4）固化劑配比。固化劑的配比具有一定的隨機(jī)性，設(shè)計(jì)上不對配比進(jìn)行要求。根據(jù)施工單位自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，以保證工程質(zhì)量，成本最優(yōu)為原則，作為地基原位固化固化劑配比使用。

（5）施工方案。①施工機(jī)械組裝。要求輸送固化劑管道以直線最短，少走彎路，隨進(jìn)度增加或減少管道長度為原則，保證管道最佳流速。②根據(jù)確定好的固化試劑的調(diào)配，結(jié)合設(shè)備攪拌的尺寸（半徑、長度、寬度等）及設(shè)計(jì)攪拌深度，計(jì)算出設(shè)備每次（一個(gè)點(diǎn)）打設(shè)的各種固化劑及水泥的用量，使地基固化后滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。攪拌固化依次按排進(jìn)行，垂直于軸線方向，完成第一排再進(jìn)行第二排的攪拌固化，上一攪拌點(diǎn)與下一攪拌點(diǎn)進(jìn)行搭接，搭接長度10cm，下一排與上一排搭接寬度10cm。③施工測量放樣。施工以15m作為一個(gè)施工節(jié)點(diǎn)。放樣遵循5m一個(gè)標(biāo)進(jìn)行放樣，標(biāo)桿之間用尺繩連接。施工設(shè)備行駛至施工地點(diǎn)，根據(jù)放樣標(biāo)志定位攪拌頭。打設(shè)設(shè)備行走方向應(yīng)平行于放樣方向。定好位置通知配料室可以進(jìn)入到施工狀態(tài)。④根據(jù)試驗(yàn)確定的固化配比，向每個(gè)料罐里添加固化試劑。開啟設(shè)備，操作人員根據(jù)固化試劑配比將固化試劑注入到攪拌設(shè)備里并添加配方要求水泥用量，加水進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛＂菝看螖嚢璧牧繛橐粋€(gè)打設(shè)施工點(diǎn)的用量，根據(jù)輸送管道流量，計(jì)算出每個(gè)打設(shè)點(diǎn)充灌固化劑進(jìn)行攪拌的時(shí)間t=打設(shè)點(diǎn)用量V/管道每分鐘流量Q，以此控制每點(diǎn)固化劑的添加量達(dá)到預(yù)定要求。待確認(rèn)原位固化攪拌設(shè)備具備施工條件之后，操作室開始將攪拌好的固化劑泵送至固化攪拌頭，輸送流量勻速均勻。⑥固化劑泵送至固化攪拌頭設(shè)備管道出口時(shí)，開始進(jìn)行固化攪拌施工。施工時(shí)注意下攪和提升速度及攪拌頭的攪拌速度，確保攪拌均勻。⑦上下攪拌，固化劑泵送量滿足設(shè)備上下攪拌的時(shí)間。以確保每個(gè)點(diǎn)位的攪拌均勻。待達(dá)到設(shè)計(jì)深度要求，開始進(jìn)行下一點(diǎn)施工。

（6）取樣及檢測。①取樣要求。為保證及檢驗(yàn)圍堰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)固化施工質(zhì)量，對固化后的地基土原地養(yǎng)護(hù)7d后，原位取樣檢測固化土樣的強(qiáng)度。對地基處理固化施工質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢測檢查，3000m3為一組，每組抽取10個(gè)樣本，地基處理無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測從地基處理表層至底面每間隔50cm取樣。②取樣分布。臨時(shí)圍堰總長1.1km，共檢測32個(gè)孔。每個(gè)鉆孔自上而下每延米進(jìn)行取樣檢測。③檢測成果。根據(jù)第三方檢測結(jié)果，32個(gè)鉆孔所有樣本無側(cè)限抗壓均>0.1MPa的要求。

4.結(jié)束語

綜上所述，對于工期要求較高的臨時(shí)圍堰，對基礎(chǔ)進(jìn)行淺層攪拌處理，能有效保證工期并滿足質(zhì)量安全要求。對于軟弱土層較薄區(qū)域（5～8m），淺層攪拌的處理效果與其他厚度土層相比，效果較好。本工程臨時(shí)圍堰采用淺層攪拌處理，單價(jià)約為100～130元/m3，遠(yuǎn)低于其他復(fù)合地基處理工法的價(jià)格。

參考文獻(xiàn)：

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[2]龔曉南.地基處理手冊[M]. （第三版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.