一種新型筑堤形式在軟土地基上的實(shí)際應(yīng)用

（中交上航局航道建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315200）

1 圍堰工程實(shí)施現(xiàn)狀

在沿海各省市，為解決城市擴(kuò)張對(duì)土地的持續(xù)需求，普遍采用圍海造地的方法。該類工程中圍堰是關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié)。工程中采用的圍堰結(jié)構(gòu)形式主要有袋裝砂圍堰、塘渣圍堰以及砂土復(fù)合圍堰。圍堰雖然為臨時(shí)性隔堤，但起著圍水擋泥的作用，其重要性不言而喻，在超軟弱地基上修筑圍堤常常是工程的技術(shù)難點(diǎn)之一。

在灘涂上圍堰施工的主要方式為砂被+袋裝砂棱體或者是砂被+宕渣棱體，該類型的圍堰堤基處理均為砂被上插打深層排水板，在堤基范圍內(nèi)堆載固結(jié)。該種處理方式需要兩道工序，先進(jìn)行砂被的施工，再插打深層塑料排水板。缺點(diǎn)主要有若是在地質(zhì)情況不好的位置，砂被施工往往需要兩到三層，對(duì)砂資源需求量大。插板施工時(shí)由于地質(zhì)條件不好，砂被沉降不均勻，作業(yè)面不平整，會(huì)使機(jī)械作業(yè)難度大，且存在安全隱患。此外，在砂被上插打深層排水板對(duì)堤基進(jìn)行堆載固結(jié)，固結(jié)周期較長，圍堰沉降量大，對(duì)后期圍堰施工的標(biāo)高控制不利，經(jīng)常會(huì)發(fā)生后期圍堰標(biāo)高不足，無法滿足吹填施工的需要。若是前期沉降量預(yù)留過大，則造成資源的浪費(fèi)，成本上不科學(xué)。

近年來，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視，水下采砂、炸山取石均受到環(huán)保的制約，傳統(tǒng)圍堰筑堤形式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在工程的堤基土體強(qiáng)度快速提高的要求需要。工程界開始采用淤泥固化的方式先進(jìn)行堤基處理，上部結(jié)構(gòu)采用袋裝固化土堤身。該類新型筑堤形式是一種比較大的創(chuàng)新和突破，擺脫了砂石料資源的限制，淤泥直接現(xiàn)場取用，施工方便，工期短，造價(jià)省，具有較高的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

在臺(tái)州東部新區(qū)涂面整理工程中的進(jìn)行了約150m的新型結(jié)構(gòu)的筑堤試驗(yàn)，取得比較好的實(shí)際效果。該試驗(yàn)段位于臺(tái)州東部新區(qū)涂面整理工程中區(qū)Z1隔堤的北側(cè)。原圍堰設(shè)計(jì)方案為袋裝砂+宕渣斜坡堤結(jié)構(gòu)，堤基處理方式為砂被+插打深層排水板。試驗(yàn)方案是采用新型筑堤形式，改變?cè)械袒幚矸绞胶偷躺硎┕すに?。堤基由砂被上插打深層排水板改為將原堤基范圍?nèi)的淤泥注入水泥漿和固化劑攪拌成樁，固化長樁和短樁相結(jié)合的方式直接原位固化處理。堤身則采用袋裝固化土取代宕渣斜坡堤結(jié)構(gòu)。具體試驗(yàn)平面圖和斷面圖如下。

圖1 Z1隔堤試驗(yàn)段施工平面圖

圖2 Z1隔堤試驗(yàn)段施工斷面圖

3 施工工藝介紹

3.1 堤基原位固化工藝

超軟堤基原位固化技術(shù)原理是利用專門的施工機(jī)械在軟基上實(shí)施機(jī)械攪拌，從而加固深層堤基，加固深度可達(dá)6～8m，這樣就可直接省去鋪設(shè)砂被和打設(shè)排水板兩道工序，且加固后形成的復(fù)合地基承載力得到很大提高，大大降低施工期沉降量。上部堤身結(jié)構(gòu)可直接施工，大幅度提高施工效率。本次試驗(yàn)施工主要采用的施工設(shè)備是雙螺旋淤泥固化一體機(jī)。雙螺旋固化機(jī)通過兩個(gè)有螺旋的浮筒旋轉(zhuǎn)控制在淤泥層面上行走，滾筒往內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)后退，往外側(cè)轉(zhuǎn)前進(jìn)。同時(shí)，在設(shè)備上設(shè)有橫向移動(dòng)導(dǎo)軌，攪拌頭在導(dǎo)軌上橫向移動(dòng)的最大偏移距離為6m，攪拌頭攪拌速度為50r/min，提升速度為1m/min。施工時(shí)一個(gè)機(jī)位可施工三組樁，從船體左側(cè)至右側(cè)依次施工。施工所用的固化劑和水泥則由后臺(tái)系統(tǒng)制作輸送。后臺(tái)系統(tǒng)是由水泥筒倉、攪拌桶、固化劑注漿泵、電磁流量計(jì)組成。水泥等外加劑按比例制備固化劑，在攪拌桶經(jīng)攪拌充分后輸送至固化劑注漿泵。最后由固化劑輸送管道輸送至淤泥雙螺旋固化一體機(jī)進(jìn)行施工。

圖3 雙螺旋淤泥固化一體機(jī)

圖4 Z1隔堤試驗(yàn)段堤基固化樁布置圖

堤基原位固化施工工藝如下：

（1）設(shè)備定位：按設(shè)計(jì)施工圖放樣，確定相應(yīng)施工區(qū)位、機(jī)位，控制施工邊線，攪拌頭對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)樁號(hào)位置。長樁均勻布設(shè)，短樁布設(shè)于長樁之間，長樁與短樁之間搭接長度為25cm。平行于堤軸線方向固化樁連排布置，相鄰固化樁搭接25cm；垂直于堤軸線方向固化土樁連排布置，無搭接。

（2）下鉆噴漿攪拌：啟動(dòng)攪拌馬達(dá)與升降馬達(dá)，攪拌頭沿著導(dǎo)向架向下鉆，邊噴漿、邊攪拌（攪拌速度為50r/min），嚴(yán)格控制下鉆速度（下鉆速度為1.2m/min）與噴漿流量（74L/min）。隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行及地層變化情況，攪拌頭下鉆至設(shè)計(jì)深度位置時(shí)，開始提升。

（3）提升噴漿攪拌：攪拌下鉆至設(shè)計(jì)深度，定噴完成后，提升復(fù)噴復(fù)攪，邊噴漿、邊攪拌，嚴(yán)格控制提升速度（提升速度為1.2m/min），保證固化劑漿液與土體充分拌和；最后，上升至工作基準(zhǔn)面停止噴漿。

（4）復(fù)攪：為確保淤泥土層與固化劑材料攪拌均勻，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，長樁二次下鉆攪拌噴漿，二次提升攪拌不噴漿，即下鉆攪拌噴漿與提升攪拌不噴漿。短樁不二次復(fù)攪。

（5）移位：根據(jù)施工順序移至進(jìn)行下一樁位，重復(fù)以上步驟進(jìn)行施工；若固化機(jī)一次定位多次作業(yè)時(shí)，攪拌桿在樁架上橫移至其根據(jù)樁間距設(shè)定的刻度點(diǎn)；或固化機(jī)移至下一工作機(jī)位。

綜上所述：長樁采用四攪三噴的施工工藝，短樁采用二攪二噴的施工工藝。

圖5 固化長樁施工流程圖

3.2 袋裝固化土堤身施工工藝

袋裝固化土堤身筑堤工藝，主要是采用灘涂原狀土淤泥加水破碎成泥漿，與水泥、固化劑攪拌混合后，充灌到隔堤袋體中，形成擋水擋泥的功能性隔堤。該工藝可以較好地解決隔堤修筑砂石料資源受限制這一難題。袋裝固化土充填袋筑堤的施工設(shè)備主要是由前臺(tái)鏈斗船和后臺(tái)水泥漿泵車組成的。鏈斗船在灘涂上直接取土，通過船體自身的破碎裝置將淤泥破碎制成泥漿，通過船上的渣漿泵將泥漿由管道輸送出來。摻入固化劑的水泥漿由后臺(tái)泵車同時(shí)輸送，在管道中通過攪拌器充分?jǐn)嚢杈鶆蚝筝斔椭链w。

圖6 取泥、破碎、輸送一體化鏈斗船

灘涂淤泥固化土充填袋筑堤施工工藝類似于袋裝砂隔堤的施工工藝，主要區(qū)別是在泥漿輸送環(huán)節(jié)需要添加適量的固化劑，使流體狀泥漿在短時(shí)間內(nèi)固化，重度和強(qiáng)度等指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。具體施工流程見下圖：

圖7 淤泥固化土筑堤施工工藝流程圖

袋裝固化土堤身施工工藝如下：

（1）袋體加工、放樣和鋪設(shè)。固化土袋體通長袋采用460g/m2防老化編織布，棱體部分采用200g/m2防老化編織布加工縫制。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙尺寸加工袋體，圖紙坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場放樣，袋體按放樣邊線鋪設(shè)。

（2）前臺(tái)系統(tǒng)取泥輸送。采用鏈斗式挖泥船在取土區(qū)直接取泥作業(yè)。取土區(qū)須距離隔堤至少150m的安全距離，取泥深度不宜超過1.5m，鏈斗船取土應(yīng)遵循“廣挖淺取”的原則進(jìn)行。鏈斗船將取出的淤泥通過船上安裝的破碎裝置破碎后，由渣漿泵輸送到充灌口。

（3）后臺(tái)系統(tǒng)制備固化劑輸送。固化劑的主要成分是水泥，再添加氫氧化鈉、早強(qiáng)劑等利于水泥水化反應(yīng)的外加劑。固化劑添加比例根據(jù)現(xiàn)場試樣和室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果而確定。本工程中固化劑的摻比控制在6%～8%。泥漿輸送的過程中，外加劑制備室調(diào)配外加劑溶劑，通過水泵輸送至固化劑柱塞泵。水泥由定量給料螺旋秤從水泥筒倉輸送至固化劑柱塞泵內(nèi)，與外加劑溶劑攪拌均勻后輸送至攪拌輸送站。

固化劑的輸送也采用柱塞泵，最大輸送距離可達(dá)到1.0km。施工時(shí)，根據(jù)前臺(tái)泥漿輸送的流量，調(diào)整固化劑的輸送流量，以達(dá)到準(zhǔn)確控制固化劑摻比的目的。

（4）泥漿、固化劑攪拌及輸送。泥漿與固化劑通過攪拌器充分?jǐn)嚢韬筝斔椭链w袖口進(jìn)行充灌。為了便于施工，在管道出口設(shè)置分流閥，采用變徑100mm軟管進(jìn)行充灌。

4 圍堰穩(wěn)定監(jiān)測

在上部袋裝固化土堤身施工完工后，共布設(shè)了3組原位觀測斷面。每個(gè)段面有一個(gè)位移觀測孔、一個(gè)分層沉降觀測孔和一個(gè)表層沉降觀測點(diǎn)。觀測時(shí)間一直到吹填完成。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，整體試驗(yàn)段的沉降量不大于0.4m，明顯低于傳統(tǒng)砂被加深層排水板處理方式隔堤的沉降量，隔堤位移量也滿足設(shè)計(jì)要求，吹填施工期間未發(fā)生沉降量過大、測斜數(shù)據(jù)突變的情況，隔堤安全、穩(wěn)定。

5 應(yīng)用前景

本文較為詳細(xì)地介紹了軟土地基上的新型筑堤形式，該種圍堰具有就地取材、施工造價(jià)低、圍堤穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。若在后續(xù)的現(xiàn)場試驗(yàn)中針對(duì)施工設(shè)備和工藝環(huán)節(jié)進(jìn)一步完善和提高，形成較為成熟的施工工法，在我國東南沿海吹填造地工程中將會(huì)有非常好的推廣和應(yīng)用前景。

表1 Z1隔堤試驗(yàn)段表層沉降觀測記錄表

表2 Z1隔堤試驗(yàn)段測斜觀測記錄表