海滄內(nèi)湖清淤及配套工程圍堰基礎處理設計及施工

許偉光

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

關鍵詞：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，新建臨時圍堰總長約為1.1km。要求圍堰地基處理后7d后無側限抗壓強度≥0.1MPa。

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

2.圍堰基礎設計

2.1圍堰基礎地基處理方案比選

（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)點是技術可靠，所形成地基的整體性好，造地和地基處理基本一次完成，僅對回填層密實處理即可。無需另外再進行專門的軟基處理。缺點是對環(huán)境影響大，廈門周邊目前尚無合適的棄泥點；另外該方案需要增加相應的場外運進的填料用量，所需料源有待進一步調(diào)查，開山取料也會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

（2）排水固結法。排水固結法是直接對現(xiàn)有泥面下淤泥進行預壓處理。原理是先適當增加土體總應力，固結過中排出孔隙水，在總應力不變條件下降低孔隙水壓力，增加有效應力，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，排水固結法又可以細分為堆（超）載預壓法、真空預壓法、真空聯(lián)合堆載預壓法、靜動聯(lián)合固結法、無砂墊層真空預壓法等多種技術。目前比較成熟和常見的方法為堆載預壓、真空預壓和真空聯(lián)合堆載預壓，靜動聯(lián)合固結、無砂墊層真空預壓法在廈門地區(qū)有一些成功的案例。

總之，排水固結法技術的共同優(yōu)點是：能分利用場地內(nèi)的淤泥，比全部換填方案節(jié)省了額外的場外運進的填料方量，同時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，施工技術成熟；適用于大面積軟基處理，造價低。缺點是：地基處理工期相對較長。

（3）復合地基法。復合地基則采用類似于樁等豎向加固體，穿過淤泥層，進入軟土下臥層持力層，連同復合地基設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，達到減少淤泥層沉降，提高軟土層地基承載力的目的。

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

復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，然后用機械設備快速使固化劑與淤泥攪拌均勻，快速充分固化。達到降低土體含水量，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、后期永久護岸建設、工程造價、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圍堰設計及穩(wěn)定性驗算

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

（2）主要計算參數(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）計算原理。根據(jù)《水運工程地基設計規(guī)范》（JTS 147-2017），采用簡單條分法驗算臨時圍堰的的整體穩(wěn)定性，按照持久工況進行計算。典型斷面穩(wěn)定性驗算結果見圖1。

3.圍堰基礎施工

（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后無側限抗壓強度≥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，對表層淤泥進行固化處理，處理深度為穿透淤泥進入下臥層0.5m。表層淤泥厚度>6m的區(qū)域，處理深度≥6m。

（3）施工設備。本工程選取浮箱履帶式挖掘機配裝攪拌裝置作為原位固化施工設備。采用2臺原位固化設備，將供料系統(tǒng)以及發(fā)電設備等進行組裝，主要設備有攪拌頭、浮箱履帶式挖掘機、后臺及料罐。將攪拌頭與挖掘機進行連接，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性，設計上不對配比進行要求。根據(jù)施工單位自身的經(jīng)驗進行選擇，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施工機械組裝。要求輸送固化劑管道以直線最短，少走彎路，隨進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，結合設備攪拌的尺寸（半徑、長度、寬度等）及設計攪拌深度，計算出設備每次（一個點）打設的各種固化劑及水泥的用量，使地基固化后滿足設計強度要求。攪拌固化依次按排進行，垂直于軸線方向，完成第一排再進行第二排的攪拌固化，上一攪拌點與下一攪拌點進行搭接，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作為一個施工節(jié)點。放樣遵循5m一個標進行放樣，標桿之間用尺繩連接。施工設備行駛至施工地點，根據(jù)放樣標志定位攪拌頭。打設設備行走方向應平行于放樣方向。定好位置通知配料室可以進入到施工狀態(tài)。④根據(jù)試驗確定的固化配比，向每個料罐里添加固化試劑。開啟設備，操作人員根據(jù)固化試劑配比將固化試劑注入到攪拌設備里并添加配方要求水泥用量，加水進行充分攪拌。⑤每次攪拌的量為一個打設施工點的用量，根據(jù)輸送管道流量，計算出每個打設點充灌固化劑進行攪拌的時間t=打設點用量V/管道每分鐘流量Q，以此控制每點固化劑的添加量達到預定要求。待確認原位固化攪拌設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備管道出口時，開始進行固化攪拌施工。施工時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備上下攪拌的時間。以確保每個點位的攪拌均勻。待達到設計深度要求，開始進行下一點施工。

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

4.結束語

綜上所述，對于工期要求較高的臨時圍堰，對基礎進行淺層攪拌處理，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。本工程臨時圍堰采用淺層攪拌處理，單價約為100～130元/m3，遠低于其他復合地基處理工法的價格。

參考文獻：

[1]JTS 147-2017，水運工程地基設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2017.

[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.