淤泥原位固化施工技術研究

摘 要：海灣灘涂是我國重要的土地資源之一，其特殊的地理環境和地質條件給工程建設帶來了極大的挑戰。傳統的淤泥處理方法存在諸多不足，無法滿足現代工程建設的需要。通過對淤泥原位固化施工技術研究，探討淤泥固化的技術原理，并根據環東海域新城埭頭溪（下游段）綜合治理工程B標段的應用情況，分析性能指標，確定其可行性，為類似工程提供技術借鑒和參考。

關鍵詞：海灣灘涂；淤泥處理；原位固化施工技術

中圖分類號：TU47" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：A

海灣灘涂是我國珍貴的土地資源，其淤泥層深厚的特點使得工程建設面臨重大挑戰。傳統的淤泥處理方法如換填、排水固結等，不僅效果有限，而且難以滿足現代工程對高效、環保的迫切需求。因此，開發一種新型的淤泥處理技術，對于推動海灣灘涂地區的城市化進程與經濟發展至關重要。淤泥原位固化施工技術，作為一種創新的土壤優化方法，具備施工便捷、成本低、環保等特點，在淤泥治理領域有著巨大的應用潛力。本文深入研究了環東海域新城埭頭溪（下游段）綜合治理工程B標段的淤泥原位固化施工技術，旨在揭示其技術核心、應用實踐及性能表現，以期為類似工程提供有益的技術指導與參考。

1 工程概況

環東海域新城埭頭溪（下游段）綜合治理工程B標段涵蓋了河道疏浚、岸線整治、生態修復等多個方面。其中淤泥處理是該工程的關鍵環節，直接影響著工程的整體質量和進度。該地區的淤泥層深厚，含水率高，有機質含量高，給淤泥處理帶來了極大的挑戰。傳統的淤泥處理方法，如換填法和排水固結法，面對海灣灘涂地區深厚的淤泥層時，難以達到施工目的。換填法涉及大量的土方開挖和回填，不僅造價高昂，占地面積大，而且施工周期長，不利于環保；排水固結法雖然能在一定程度上降低淤泥的含水率，但其固化效果不穩定，易受環境條件影響，難以保證工程質量。深層攪拌法雖能增強淤泥的穩定性，但施工過程中的噪音和振動可能對周邊環境造成一定影響。因此，需要尋找一種更為高效、環保且穩定的淤泥處理方法。淤泥原位固化施工技術應運而生，它能夠在不改變淤泥位置的前提下，通過添加固化劑，使淤泥發生物理化學變化，從而提高其力學性能和穩定性。與傳統的換填法、排水固結法相比，淤泥原位固化施工技術具有施工簡便、造價低、固化效果穩定等優勢。與深層攪拌法相比，原位固化技術在施工過程中對周邊環境的影響更小，且避免了深層攪拌法可能產生的噪音和振動問題，展現出其在環保和穩定性方面的優越性，特別適用于大面積淤泥處理工程[1]。在環東海域新城埭頭溪（下游段）綜合治理工程B標段中，采用淤泥原位固化施工技術，有效解決了淤泥處理難題，提高了工程質量和效率，同時減少了對周邊環境的影響。

2 工藝原理及設備選型

2.1 原位固化施工技術原理

原位固化施工技術是一種重要的土壤改良方法，用于處理海灣灘涂地區的淤泥等軟土。其核心原理是利用固化材料對淤泥進行原位攪拌，以達到增強土體強度或滿足其他使用要求的目的[2]。施工過程采用強力攪拌頭和配套挖機等專業設備。強力攪拌頭等能夠將固化劑均勻地拌和入淤泥內部。配套挖機用于推進攪拌區域的開挖和土體攪拌過程中的土壤推進。通過后臺供料系統，固化劑能夠適量、適速地輸送到攪拌頭處，確保施工過程中的固化劑均勻注入。最終，通過對固化后的淤泥進行質量檢測和固化效果評估，驗證施工的有效性和穩定性，為工程后續階段提供可靠的基礎[3]，如圖1所示。

2.2 設備選型及控制原理

原位固化施工工藝可根據不同的場地條件進行選擇。本工程施工場地位于潮間帶灘涂區域，地質復雜、土壤干濕不均，且淤泥承載力以及淤泥深度極不規則，因此需根據實際情況，選擇適合現場的攪拌作業機械。本工程采用履帶挖掘機、履帶浮箱挖掘機、履帶浮箱強力攪拌機等設備協同作業，并搭配后臺供料系統，以滿足不同含水率、不同深度的淤泥原位固化施工。

原位固化施工技術控制原理如圖2所示，具體流程為：分別在小攪拌桶1、2、3、4內將外摻劑配置成溶液；將各類外摻劑（小料）泵送至大攪拌桶A內；按照計算比例將A桶內的混合液輸送至B桶內，并加水稀釋至滿桶狀態；通過輸漿變頻控制系統，調整B桶稀釋溶液流量和固化劑下料量，配制固化劑漿液；砂漿泵將攪拌后的固化劑漿液輸送至攪拌頭上的輸料口，實現固化劑與淤泥的原位攪拌固化。

3 原位固化施工技術施工

3.1 施工準備

施工準備是原位固化施工的關鍵步驟之一，需要充分的場地勘察、設備準備和工程規劃。

3.1.1 場地勘察與測量

在施工前，進行詳細的場地勘察和測量工作。根據勘察結果，確定原位固化施工的工作斷面，并精確掌握臨時圍堰地基的每日潮位，以確保施工的準確性和安全性。勘察數據顯示，淤泥層的平均深度為3.5 m，含水率約為80%，有機質含量約為20%。

3.1.2 后臺場地準備

首先，進行地基的清理和整平工作，確保地表平整。然后，采用C30混凝土澆筑，埋設了8個預埋板（40 cm×40 cm×2 cm），以增強后臺場地的承載力。經過測試，后臺場地的承載力達到了設計要求，能夠滿足固化設備的安裝和使用需求。

3.1.3 設備組裝

考慮到施工地點處于潮間帶，選擇了適合的設備進行組裝。主要設備包括浮箱履帶式挖掘機、強力攪拌頭等。這些設備經過嚴格的調試和測試，確保了其能夠在潮汐環境下正常運行。同時，將設備與輸料管道連接，以確保后續施工過程中的順利進行[4]。

3.2 后臺固化劑調配

在進行后臺固化劑調配時，根據室內試驗選定的固化劑配比，準備所需的固化劑材料。根據試驗結果，確定了外摻劑（小料）的配比，并在后臺小攪拌桶內進行溶液的配置。隨后，根據預先設定的配比，按比例將外摻劑抽送至混合攪拌桶A內，作為后續固化施工的外摻劑。同時，在稀釋攪拌桶B內注滿清水，用于施工前管道的清洗準備工作。根據現場實測數據，1 m3固化劑溶液所需的水量為300 L，根據固化劑濃度的要求，通過輸漿控制后臺調節水和固化劑的輸料頻率。經過測試，確定了輸送頻率為26～18 Hz，此時固化劑溶液的密度約為1.5 g/cm3。這樣的漿液具有良好的泵送性，且不會造成漿液溢出浪費，保證了固化劑的有效利用。

3.3 施工方式

在潮間帶灘涂地區進行原位固化施工時，需要采取適合場地條件的施工方式，以確保施工效率和質量。可選擇的施工方法有：

逐步推進施工法。采用從海側向岸邊逐步推進的施工方式。選擇施工起點，然后將設備和攪拌頭移動到該位置進行施工。待該位置固化完成后，再向岸邊方向推進，依次進行下一點的施工。這種方式可以有效控制施工進度，避免機械設備對已固化區域的擾動和破壞。

左右橫移施工法。通過攪拌設備的左右移動，將固化劑均勻地注入淤泥中，實現淤泥的原位固化。這種施工方式適用于地形復雜的情況，可以靈活應對不同區域的施工需求。

后退式施工法。在施工完成后，設備向后退回到下一個施工位置，然后進行下一點的固化施工。這種方式可以確保每個施工點都得到充分的固化處理，提高了施工效率和質量。

綜合考慮地形條件和施工要求，靈活組合應用以上施工方式，能夠有效應對潮間帶灘涂地區復雜的地質條件，確保原位固化施工的順利進行。本項目采用左右橫移施工法和后退式施工法。

3.4施工參數

在本工程中，采用的原位固化施工技術參數如表1所示。

在本工程中，固化劑的密度為1.5 g/cm3，這是根據混合物的成分和固化要求確定的，確保了固化后的淤泥能夠達到所需的強度和穩定性。

設計的固化深度為5 m，這是根據實際淤泥的情況和工程要求確定的。通過控制攪拌頭的下降深度，確保固化劑能夠充分滲透到淤泥的各個層次，實現全面固化。

施工過程中的流量為8 m3/h，施工中通過控制輸送固化劑漿液的流速和流量來實現。確保固化劑能夠按照設計要求均勻地注入到淤泥中，保證固化效果的一致性。

每點的攪拌時間為10 min，這是經過試驗得出的最佳時間，確保固化劑能夠充分與淤泥混合并發揮作用，實現有效固化。

攪拌速度為30 m/s，這是攪拌頭在施工過程中上下循環攪拌的速度。通過控制攪拌速度，確保固化劑能夠均勻地與淤泥混合，提高固化效果的均勻性和穩定性。

3.5 質量控制重點

本項目質量控制措施主要有固化劑漿液密度控制、流量控制、深度控制、攪拌均勻性控制、實時監測和記錄相結合等。

固化劑漿液密度直接影響著固化效果。通常情況下，固化劑漿液密度應根據淤泥的性質和固化劑的配方確定。通過密度計實時監測固化劑漿液密度，并根據需要進行調整，以確保固化劑與淤泥的充分混合和固化效果。

控制固化劑漿液的流量是保證施工質量的另一個重要因素。應根據淤泥的性質、固化劑的類型和漿液配比來確定流量。通過流量計實時監測流量，并根據預設的施工參數進行調整，確保固化劑的投放量符合要求，從而保證固化效果的穩定性和一致性。

在原位固化施工中，固化深度的準確控制至關重要。為此，在攪拌頭上焊接橫向鋼筋，將其作為固化深度的標尺。這些鋼筋每隔0.5 m焊接一次，以便記錄和控制攪拌頭下降的深度。通過監測這些標尺的位置，確保固化深度達到設計要求，從而保證固化效果的一致性和可靠性。

攪拌的均勻性直接影響著固化效果的穩定性和一致性。在施工過程中，應采用適當的攪拌設備和參數，并根據實時監測的數據進行調整，確保固化劑與淤泥的充分混合和攪拌均勻，以提高固化效果的可靠性。

實時監測和記錄各項參數的變化情況，包括固化劑漿液密度、流量、深度、攪拌均勻性等。通過對監測數據的分析和比對，及時發現問題并采取措施進行調整，確保施工質量符合設計要求和施工標準[5]。

3.6 施工流程

3.6.1 固化劑調配準備

根據固化劑的配方，準備所需的固化劑，并按照設計比例進行混合。確保固化劑的質量和配比符合要求。

3.6.2 施工操作階段

布置工地。根據施工計劃，在施工現場確定攪拌頭的位置和施工路徑。這些路徑通常是根據實地勘測和設計規定確定的。

攪拌頭下沉。攪拌頭沿著預定的路徑緩慢下沉，直至達到設計深度。此過程中，需要嚴格控制下沉速度和深度，通常每次下沉的深度間隔為0.5 m。

攪拌固化。啟動攪拌設備，對淤泥進行攪拌和固化。控制攪拌時間和速度，通常每個點的攪拌時間約為10 min。在攪拌過程中，每個點需要進行上下循環攪拌2次，以確保淤泥與固化劑充分混合和固化。

攪拌頭提升。在完成攪拌固化后，將攪拌頭緩慢提升至下一個施工點。提升速度應適當控制，確保攪拌頭平穩上升。

3.6.3 施工結束階段

設備清理。施工結束后，對所有使用過的設備進行清洗和檢查，確保其處于良好的狀態，以備下次使用。

現場清理。對施工現場進行清理，清除雜物和殘留物，恢復環境整潔。

施工記錄。記錄施工過程中的關鍵參數和數據，包括固化劑的配比、攪拌時間、流量等。這些記錄對于后續的施工質量評估和改進至關重要。

4 固化效果分析

固化后的場地進行原位養護7 d后，采用水上浮漂式鉆機對固化后的場地進行取樣檢測。按照規范的要求，每1 000 m3進行一組檢測，檢測的內容主要包括無側限抗壓強度。本次檢測選取了3個代表性場區，檢測結果如圖3所示。可知，經過7 d的固化處理，各深度固化土的無側限抗壓強度均滿足設計要求的200 kPa標準。隨著土層深度的增加，固化土的抗壓強度呈現出一定的衰減趨勢。具體而言，在淺層0.5 m處的固化土，抗壓強度達到了約300 kPa，但隨著深度的遞增，抗壓強度逐漸降低。經過分析，造成這一現象的主要原因在于深部施工時固化劑的摻量不夠均勻，以及固化反應在某些區域未能完全進行。

綜合分析檢測結果，可以得出固化處理對場地的改良效果良好，各深度的固化土均能滿足設計要求的抗壓強度。然而，需要進一步優化施工工藝，確保固化劑的均勻混合和充分反應，以提高整體固化效果的穩定性和可靠性。

5 結束語

本文主要對海灣灘涂地區大面積淤泥原位固化施工技術進行了深入探討和分析。通過對環東海域新城埭頭溪（下游段）綜合治理工程B標段的實際案例進行研究，深入分析了淤泥原位固化施工技術的原理、應用及效果。該技術在海灣灘涂地區的工程建設中具有重要的應用價值，能夠有效解決淤泥處理難題，提高工程質量和效率，促進了當地城市建設和經濟發展。

參考文獻：

[1]聞宇輝，高政瑞，李木珍.論述原位固化施工在淤泥質地基中的應用[J].云南水力發電，2023（12）：37-41.

[2]丁健，謝錦波，王菁，等.原位淤泥固化技術在海上風電單樁基礎防沖刷中的研究與應用[J].中國港灣建設，2023（8）：138-139.

[3]陳先云.淤泥原位固化施工工藝應用淺析[J].中國水運，2020（6）：98-100.

[4]吳碩.原位淤泥固化技術在供水管道工程軟基處理中的應用[J].水利技術監督，2020（6）：180-181.

[5]賈守福，王曉華，陶潤禮，等.原位固化技術處理潮間帶灘涂淤泥軟基工藝分析[J].港工技術，2019（8）：61-63.

In-situ Solidification Construction of Silt

ZHANG Rui1，WU Huaren2，ZHENG Kaizhen3

（1. Xiamen Branch of Fujian Runmin Engineering Consulting Co.，Ltd.，Xiamen 361000，China；2. Sanming Water Resources and Hydropower Engineering Co.，Ltd.，Sanming 365000，China；3. Xiamen Municipal Urban Development and Construction Co.，Ltd.，Xiamen 361000，China）

Abstract：As one of the important land resources in China，coastal mudflat features special geographic environment and geological conditions，which brings great challenges to engineering construction. Traditional silt treatment methods have various shortcomings and can hardly meet the requirements of modern engineering construction. In this paper we discuss the technical principles of silt curing through the study of in-situ silt curing technology. Additionally，we analyze the performance indexes and investigate the feasibility of applying in-situ silt solidification technology to the comprehensive regulation project of Daitou Creek （downstream） section B in the new city of Huandonghai Area. Our results provide technical references and guidelines for similar projects.

Key words：coastal mudflat；mud treatment；in-situ solidification construction technology