海岸潮間帶固化土施工技術(shù)

孔德建 張 臣 宋 衢 戴同佳 張 欣 范澤馳

中國(guó)建筑第八工程局有限公司華北公司 天津 300452

天津東疆港區(qū)東部沿海岸線基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境提升生態(tài)修復(fù)工程位于渤海灣西部、永定新河入海口南面，場(chǎng)地為淤泥質(zhì)平原海岸，受潮汐影響，陸上施工露灘時(shí)間較短，給施工造成較大難度。工程海側(cè)為已建半圓體結(jié)構(gòu)，兼具防浪和吹填圍埝功能。半圓體寬度超過(guò)10 m，坐落在塊石基床之上，出于安全考慮，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上以保證半圓體穩(wěn)定、不破壞半圓體為原則。若實(shí)現(xiàn)本工程景觀設(shè)計(jì)的親水理念，需局部跨越半圓體至其海側(cè)，且要保證造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工可行，故結(jié)構(gòu)選擇上受到較大局限。

目前固化土多用于各種路基和軟土地基加固，能滿足不同基層的建設(shè)要求。其性能穩(wěn)定，固化強(qiáng)度可調(diào)整，結(jié)構(gòu)形式豐富，施工進(jìn)度快，易于就地取材，且無(wú)環(huán)境污染，能很好地滿足本工程的要求[1-6]。

1 固化土的選擇

根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況，初步選定了固化土基礎(chǔ)、塊石基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)3種基礎(chǔ)方案，并對(duì)3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比選（表1）。

表1 基礎(chǔ)方案比擇

通過(guò)對(duì)固化土基礎(chǔ)、塊石基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)的比較分析，固化土的優(yōu)點(diǎn)較適合本工程的基礎(chǔ)加固。針對(duì)固化土存在的缺點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)段施工效果分析其影響程度及采取改進(jìn)措施，保證最終的施工質(zhì)量。

2 工程概況

東疆港區(qū)東部沿海岸線基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境提升生態(tài)修復(fù)工程，位于天津市濱海新區(qū)東疆保稅港區(qū)觀瀾路東側(cè)，本工程由生態(tài)濕地段、趕海拾貝段、階梯親水段、城市沙灘段、酒吧街、節(jié)慶廣場(chǎng)、銜接段組成，其中生態(tài)濕地段、趕海拾貝段、階梯親水段、城市沙灘段及節(jié)慶廣場(chǎng)均采用了固化土基礎(chǔ)加固基礎(chǔ)（圖1），酒吧街、銜接段采用固化土基礎(chǔ)對(duì)半圓體根部進(jìn)行加固封堵（圖2）。

圖1 生態(tài)濕地段斷面

圖2 酒吧街段斷面

3 固化土基礎(chǔ)參數(shù)確定

鑒于海邊潮間帶使用固化土做基礎(chǔ)在國(guó)內(nèi)尚無(wú)案例，在無(wú)案例和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值參考的情況下，統(tǒng)籌考慮工程進(jìn)度和施工質(zhì)量，選擇生態(tài)濕地段為原位固化施工工藝試驗(yàn)段，酒吧街段為異位固化回填施工工藝試驗(yàn)段。

在總結(jié)了生態(tài)濕地段和酒吧街段的施工工藝過(guò)程，以及2種典型段的7、14 d檢測(cè)結(jié)果報(bào)告后，組織召開了固化土專家咨詢會(huì)，初步確定了固化土的基礎(chǔ)參數(shù)要求。后經(jīng)設(shè)計(jì)單位核算，最終確定的固化土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：7 d抗剪強(qiáng)度≥ 0.3 MPa，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8 MPa，滲透率≤10-5，均勻度為90%。

4 固化劑配制

1）固化劑配方確定：根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)指標(biāo)，結(jié)合前期試驗(yàn)段施工經(jīng)驗(yàn)及檢測(cè)結(jié)果確定固化劑配比。典型試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)采用固化劑摻加的質(zhì)量比為12%，其中水泥8%，粉煤灰4%，另添加固化輔料，按水泥摻加質(zhì)量的5%計(jì)。

2）固化劑制作：根據(jù)固化配方比，固化后臺(tái)使用P·O 42.5水泥、粉煤灰、固化輔料及水進(jìn)行混料制作，配制成固化漿劑。

5 施工機(jī)械選擇

1）T型攪拌裝置。理論攪拌深度0～7 m，攪拌效率40～70 m3/h；配套機(jī)型為履帶式挖掘機(jī)。

2）固化劑配置后臺(tái)和輸送系統(tǒng)。輸送泵理論輸送量為3～28 t/h，輸送泵輸送壓力為10.5 MPa，水平輸送距離為0～2 000 m，輸送泵功能為3～6種物料拌和物的輸送。攪拌配料室（用于固化劑輔料配置）電控輸送固化輔料量為4～8 t/h，配料能力為1～2 t/h。

3）普通PC200型挖掘機(jī)。用于現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地平整，固化土基礎(chǔ)基槽翻挖，固化土回填。

6 原位固化施工

6.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→場(chǎng)地平整→固化土區(qū)域翻挖、固化劑配置→模板支設(shè)→原位固化作業(yè)→壓實(shí)、整形→養(yǎng)護(hù)→試驗(yàn)檢測(cè)

6.2 施工方法

6.2.1 固化區(qū)域翻挖

根據(jù)設(shè)計(jì)斷面，使用挖掘機(jī)對(duì)待處理區(qū)域土質(zhì)翻挖，進(jìn)行固化區(qū)域整體翻挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高。

6.2.2 模板加工、支設(shè)

根據(jù)固化土基礎(chǔ)部位設(shè)計(jì)要求，加工配置模板，利用φ48 mm×3.5 mm鋼管進(jìn)行設(shè)計(jì)斷面凹槽及包封部位的吊模支設(shè)、加固。如不支設(shè)模板，可直接按最高標(biāo)高進(jìn)行施工，后期在固化土終凝前將多余部分挖除。

6.2.3 固化土攪拌

根據(jù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行分段，測(cè)定原狀土容重，得出施工分段的體量。由泵送設(shè)備控制固化劑摻入總量，通過(guò)管道將配置好的固化劑泵送至固化基礎(chǔ)區(qū)段，采用T形攪拌設(shè)備一邊攪拌一邊注入固化劑。

根據(jù)固化區(qū)段體量，噴漿速度調(diào)節(jié)控制在2.78 kg/s，由挖機(jī)水平扇形位移同時(shí)進(jìn)行插搗攪拌，銜接攪拌部位搭接寬度20 cm。第一次下攪深100 cm；第二次下攪至設(shè)計(jì)底標(biāo)高（靠近海側(cè)端頭部分固化作業(yè)深度為2 m，跨度1.5 m），帶動(dòng)1.5 m以下5～10 cm原狀土拌和均勻；第三次進(jìn)行表層深0.5 m攪拌，提高上層土體的均勻度和平整度。

完成固化基礎(chǔ)區(qū)段作業(yè)并停止攪拌池注漿后，原位不噴漿整體重復(fù)攪拌1～2次，對(duì)邊緣區(qū)域，再沿作業(yè)區(qū)段四周進(jìn)行重復(fù)攪拌1次。為保證施工質(zhì)量，東西兩側(cè)各向外多做100 mm寬度。

6.2.4 固化土振搗

采用振搗棒（ZD50型）插入固化基礎(chǔ)區(qū)段，將固化土振搗均勻。設(shè)置振搗1 m網(wǎng)格距離振搗1次，每次振搗不小于30 s，確保固化作業(yè)區(qū)形成整體。

7 異位固化施工

7.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→場(chǎng)地平整→基槽開挖、固化劑配置→固化土異位制作、模板支設(shè)→固化土回填→壓實(shí)、整形→養(yǎng)護(hù)→試驗(yàn)檢測(cè)

7.2 施工方法

7.2.1 固化區(qū)域開挖

根據(jù)設(shè)計(jì)斷面，使用挖掘機(jī)對(duì)待處理區(qū)域進(jìn)行開挖，整體開挖至典型段設(shè)計(jì)底標(biāo)高，東西兩側(cè)視土質(zhì)情況進(jìn)行放坡。

7.2.2 固化土制作

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)域就近位置設(shè)定固化土攪拌池10 m× 6 m，深度1 m區(qū)域，順沿著固化土基礎(chǔ)區(qū)域。根據(jù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行分段，測(cè)定原狀土容重，得出施工分段的體量。由泵送設(shè)備控制固化劑摻入總量，通過(guò)管道高壓將配置好的固化劑泵送至固化基礎(chǔ)區(qū)段，采用T形攪拌設(shè)備一邊攪拌一邊注入固化劑。

噴漿速度控制在2.78 kg/s，每次下攪50～100 cm，下攪后原位攪拌60～120 s，下攪至設(shè)計(jì)深度后上提攪拌頭，攪拌池作業(yè)完成后，停止攪拌池注漿。原位不噴漿整體重復(fù)攪拌1～2次，由挖機(jī)水平扇形位移攪拌。銜接攪拌部位搭接寬度不小于10 cm，再沿?cái)嚢璩厮闹苓M(jìn)行攪拌1周。

7.2.3 槽底平整度復(fù)測(cè)

因地處潮間帶，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)部位土質(zhì)不好，極易發(fā)生坑邊坍塌、坑底涌水，影響基槽平面尺寸及深度。利用水準(zhǔn)儀對(duì)開挖固化區(qū)域槽底進(jìn)行平整度復(fù)測(cè)，如遇不平整，采用挖掘機(jī)挖除多余土體并采用鏟背壓平。

7.2.4 模板加工、支設(shè)

根據(jù)固化土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部位設(shè)計(jì)要求，加工配置模板，利用φ48 mm×3.5 mm鋼管進(jìn)行支設(shè)、加固，完成設(shè)計(jì)斷面凹槽及包封部位的吊模模板支設(shè)。

如不支設(shè)模板，可直接按最高標(biāo)高進(jìn)行施工，后期在固化土終凝前將多余部分挖除。

7.2.5 固化土回填

使用挖掘機(jī)將攪拌池內(nèi)制作好的固化土挖進(jìn)固化基礎(chǔ)區(qū)域內(nèi)，分層回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。攪拌池內(nèi)制作好的固化土需在3 h內(nèi)完成固化土回填。回填后采用混凝土振搗棒，將其插入固化基礎(chǔ)區(qū)域進(jìn)行振搗，設(shè)置振搗1 m網(wǎng)格距離振搗1次，將固化土振搗均勻，每次振搗不小于30 s。

8 固化土整形、養(yǎng)護(hù)

1）固化作業(yè)完成后，利用挖機(jī)鏟背將固化基礎(chǔ)作業(yè)區(qū)段表面刮平，在固化土終凝前進(jìn)行人工收面，使表面平整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求≤20 mm。

2）養(yǎng)護(hù)1～3 d后，視現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度增長(zhǎng)情況進(jìn)行模具拆除，同時(shí)由于作業(yè)部位處于潮間帶，需采取適當(dāng)?shù)膿趵?措施。

3）經(jīng)過(guò)7 d養(yǎng)護(hù)后，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)。

9 實(shí)施效果檢查

同設(shè)計(jì)單位與檢測(cè)單位研究確定，本工程固化土基礎(chǔ)施工7、14 d后現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、滲透系數(shù)、均勻度檢測(cè)。檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，上述參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，表層平整度滿足相關(guān)規(guī)范要求。

固化土基礎(chǔ)7、14 d取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 固化基礎(chǔ)取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)

10 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)開挖后設(shè)計(jì)斷面范圍內(nèi)均為吹填沙層，與固化劑拌和后性狀類似水泥砂漿，由于其中無(wú)粗骨料，在振搗棒振搗后易出現(xiàn)砂漿分離現(xiàn)象，后續(xù)施工可取消振動(dòng)棒振搗措施。

固化土基礎(chǔ)斷面形式，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、承載力等參數(shù)需求的情況下，盡可能簡(jiǎn)化固化土基礎(chǔ)斷面形式，可有效地提高施工工效。

為了保證固化土基礎(chǔ)具有良好的養(yǎng)生條件，施工時(shí)需要采取適當(dāng)?shù)膰叻桨福M量阻擋潮水侵蝕。同時(shí)，由于地下水的滲透，固化土原位攪拌或回填時(shí)應(yīng)盡量選擇在低潮位時(shí)作業(yè)，同時(shí)還需要配備水泵、機(jī)械、人員隨時(shí)進(jìn)行排水。

結(jié)合試驗(yàn)段的檢測(cè)數(shù)據(jù)，開挖后異位固化施工比原位固化施工更能保證質(zhì)量。

固化劑的主要成分為水泥，由于目前無(wú)相關(guān)施工規(guī)范，是否適宜在冬季施工仍需進(jìn)一步試驗(yàn)確定。

在工程業(yè)主、設(shè)計(jì)及專家的支持和協(xié)助下，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并結(jié)合工程自身的特點(diǎn)，成功地完成了海岸潮間帶固化土施工技術(shù)研究，為類似工程提供借鑒，具有較高的推廣價(jià)值。