淺析填海造地區(qū)軟基處理方案

柯河山

華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司廈門分院，福建 廈門 361000

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展、城市化建設(shè)的需要，以及用地緊缺、征拆困難的條件下，沿海城市填海造地項目也逐漸增多，軟基處理工程方案較多種，本文針對填海造地區(qū)軟基處理工程（浮筒式水泥攪拌樁）方案進行分析。

1 工程概況

本項目位于福建省東南部廈門市境內(nèi)東南部沿海翔安區(qū)蓮河片區(qū)，是片區(qū)內(nèi)一條南北走向主干路網(wǎng)骨架的重要組成部分，主要承擔對外交通功能。本項目道路等級為城市主干路，設(shè)計速度為60km/h，道路標準斷面紅線寬度43m，道路全長約2.81km，其中軟基處理范圍約1.1km 在造地蓮河吹填區(qū)。現(xiàn)狀土地主要由農(nóng)田、村莊、魚塘、吹填區(qū)及村鎮(zhèn)工業(yè)用地組成，其中北區(qū)主要包括農(nóng)田、村莊和工廠，南區(qū)主要有吹填造地區(qū)，現(xiàn)狀土地開發(fā)利用情況較少。

2 浮筒式水泥攪拌樁方案分析［1-2］

2.1 設(shè)計前期現(xiàn)狀條件

項目在設(shè)計階段時，軟基處理范圍位于造地蓮河吹填區(qū)：場地原始地貌為海灣灘涂，主要為養(yǎng)殖魚塘、鹽田等，原始標高約在-1.0～2.0m 之間，該場地主要為吹填淤泥，標高約在5.5m。吹填淤泥分為三種狀態(tài)：軟塑狀吹填淤泥、流塑狀吹填淤泥、流泥，其中流泥的狀態(tài)為最差含水量接近100%，流塑狀吹填淤泥含水量達78%，軟塑狀吹填淤泥含水量接近60%；另外下伏原狀淤泥含水量達65%；施工機械無法進場。

2.2 浮筒式攪拌樁簡介

浮筒式攪拌樁（螺旋式淤泥固化機），是一種采用螺旋式淤泥固化機具有可以在灘涂地上行走的施工作業(yè)設(shè)備，主要包括海涂面行走系統(tǒng)、高壓原料輸送系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)旋噴攪拌系統(tǒng)、雙動力驅(qū)動系統(tǒng)組成，高壓原料輸送系統(tǒng)將連接旋轉(zhuǎn)+高壓旋噴攪拌系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)將固結(jié)劑與超軟基礎(chǔ)進行充分混合攪拌，在雙動力驅(qū)動系統(tǒng)的作用下，灘涂面行走系統(tǒng)根據(jù)施工流程在軟基上連續(xù)作業(yè)，最終實現(xiàn)軟基的快速固結(jié)處理［3-4］。

在浙江已經(jīng)有大量應(yīng)用，與常規(guī)攪拌樁相比，浮筒式攪拌樁實現(xiàn)了可以在淤泥軟土上、陸上及水上施工，對地基承載力無任何要求［4］，可直接在淤泥上施工無需滿足60kPa 進場條件（減少砂便道），采用高壓旋噴攪拌系統(tǒng)攪拌動力強，但攪拌樁水灰比高，水泥用量稍大，可提高成樁質(zhì)量，縮短工期，優(yōu)化造價。在福建屬于新工藝產(chǎn)品應(yīng)用較少，但在全國范圍已經(jīng)有廣泛應(yīng)用。

2.3 水泥攪拌樁試驗設(shè)計方案

因本項目周邊地塊尚未形成，正處于大力開發(fā)時期，是片區(qū)進出場地的主要交通要道，交通量載荷力大，作為省市重點工程工期時間較緊迫，因此采用周期短、質(zhì)量高滿足設(shè)計要求的水泥攪拌樁處理方案。

鑒于本項目道路在吹淤造地范圍內(nèi)建設(shè)，其地質(zhì)現(xiàn)狀屬流泥狀態(tài)，與自然形成淤泥有所不同，在以往道路處理上沒有類似經(jīng)驗可借鑒（在吹填造地未初步處理的條件下，直接用水泥攪拌樁一次性處理）；因此，開展試驗路段施工，觀測試驗成果，有利于為全市道路軟基處理提供參考經(jīng)驗［5］。

2.3.1 室內(nèi)配合比試驗方案

參照江蘇連云港海相軟土，寧波和溫州吹填地基攪拌樁加固的水泥摻量，在高含水率工況下水泥摻量一般為15%～18%，考慮到吹填軟土初始含水率能達到80%～100%，水泥摻量預(yù)估為18%以上。水泥土配合比初步方案如下：

（1）水泥用量：以15%為基準值，向上浮動3%、5%，即15%，18%和20%，成樁現(xiàn)場28d 強度在0.6MPa 左右；

（2）水灰比：按工程經(jīng)驗按0.7 取。

以15%，18%和20%的摻量對吹填土進行配合比試驗，明確加固效果，進行現(xiàn)場試樁。配合比試驗按7 天，14d 和28d齡期進行制備和測試。配合比試驗期間主要開展無側(cè)限抗壓強度試驗。獲得最優(yōu)配比后，以最優(yōu)配比和摻量固化吹填軟黏土，進行壓縮和抗剪強度試驗，為后續(xù)沉降計算和穩(wěn)定性分析提供參數(shù)。

2.3.2 室內(nèi)配合比試驗結(jié)果

通過室內(nèi)配合比試驗方案，開展了室內(nèi)配合比無側(cè)限抗壓強度試驗，結(jié)果如下表1 所示：

表1 室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度結(jié)果 MPa

圖1 室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度結(jié)果

根據(jù)圖3，15%、18%、20%三個配比的水泥固化吹填土28d 強度分別為0.97、1.25、1.50MPa?？紤]到現(xiàn)場施工攪拌均勻性與室內(nèi)工況存在較大區(qū)別，可導(dǎo)致現(xiàn)場強度折減（傳統(tǒng)攪拌樁現(xiàn)場強度一般為室內(nèi)強度的1/2），設(shè)計現(xiàn)場目標強度為0.6MPa，經(jīng)綜合考慮選，取18%、20%配比開展現(xiàn)場試樁工作。

2.3.3 試樁工藝選擇

本次試樁采用浮筒式水泥攪拌樁施工工藝。鑒于本項目軟土層含水量高，孔隙比大，具高壓縮性、高靈敏度的特點，根據(jù)相關(guān)地基處理經(jīng)驗及專業(yè)分析，擬提出大直徑固化樁+水泥（摻入或添加適量外摻劑）方案，設(shè)計樁徑0.8m，采用四攪兩噴施工工藝。

2.3.4 試樁參數(shù)及要求

水泥攪拌樁處理深度按吹填高程+設(shè)計樁長控制。本工程水泥攪拌樁采用螺旋式淤泥固化機施工，其試樁要求如下：

（1）本次試樁水泥攪拌樁的原材料及水灰比：水泥采用強度等級為42.5 級的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為18%和20%，水灰比0.7。

（2）外摻劑：根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果添加適量外加劑。

（3）水宜采用飲用水，pH 值不得小于4。

（4）水泥攪拌樁采用雙軸浮筒式水泥攪拌樁，采用四攪兩噴，樁徑0.8m，應(yīng)進入持力層至少50cm。

（5）水泥攪拌樁中心間距為d=1.8m，呈正三角形布置。

（6）強度要求：水泥攪拌樁單樁承載力≥12 噸（0.8m 直徑），復(fù)合地基承載力≥80kPa。樁體水泥土28d 齡期室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度不應(yīng)小于0.8MPa，現(xiàn)場不得小于0.6MPa。

2.4 成樁質(zhì)量檢查

（1）攪拌樁質(zhì)量控制應(yīng)貫穿施工全過程，應(yīng)堅持全程的施工監(jiān)理。施工過程中隨時檢查施工記錄和計量記錄，并對照規(guī)定的施工工藝對每根樁進行質(zhì)量評定。檢查重點是：水泥用量、樁長、內(nèi)外鉆桿轉(zhuǎn)速、攪拌機提升和下沉速度、停漿處理方法和單樁施工時間等。

（2）施工準備階段應(yīng)對原材料質(zhì)量、計量設(shè)備、攪拌葉片的伸展直徑和機械性能進行檢查。

（3）施工前應(yīng)檢查樁位放樣偏差，其容許偏差應(yīng)控制在±50mm。

（4）施工過程中應(yīng)檢查樁架的垂直度、機架底盤的水平度、水泥漿比重、攪拌機提升和下沉速度以及鉆機下沉最后30s 的電流和鉆進速度等。

（5）單樁施工結(jié)束后，應(yīng)對單樁水泥用量以及單樁施工時間進行檢查，其中單樁水泥用量不得小于設(shè)計值，單樁施工時間不小于由工藝性試樁確定的時間。

2.5 樁身質(zhì)量檢測

（1）水泥攪拌樁成樁14 天后進行取芯進行室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度測試；28 天后再次芯進行室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度測試，并進行靜載試驗。在取芯過程中，宜同時進行標貫測試。

（2）檢測位置及數(shù)量：隨機抽取，檢測數(shù)量根據(jù)水泥攪拌樁規(guī)范確定。

2.6 試樁結(jié)論

通過成樁質(zhì)量檢查、樁身質(zhì)量檢測、靜載試驗：無側(cè)限抗壓強度＞0.8Mpa；從單樁承載力檢測結(jié)果來看，根據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》［6］JGJ340-2015 第6.4.2 條規(guī)定，水泥攪拌樁豎向增強體單樁承載力特征值均取最大加載量的一半即120kN，實際大于120kN；根據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ340-2015 第5.4.3 條規(guī)定，水泥攪拌樁單樁復(fù)合地基承載力特征值均取最大試驗荷載的一半即80kPa，實際大于80kPa。結(jié)果表明無側(cè)限抗壓強度、單樁承載力和復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計要求，在設(shè)計階段可采用樁徑0.8m、18%以上的水泥含量進行設(shè)計。

因吹填區(qū)主要為吹填淤泥，常規(guī)機械難以進場，本次采用浮筒式水泥攪拌樁一次處理進行設(shè)計（即未經(jīng)過真空預(yù)壓，機械直接進場進行攪拌樁施工）。它作為吹淤造地區(qū)域的道路軟基處理方式，具有工期短，施工快捷，經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，處理效果綜合優(yōu)于傳統(tǒng)方式，因此使用浮筒式水泥攪拌樁進行軟基處理具有可行性，可做為該類吹填淤泥地基處理的一種優(yōu)選方案。

3 比選方案分析

傳統(tǒng)的施工方法中較為常見的是塑料板排水、堆載預(yù)壓固結(jié)法，當在具體施工過程中的插塑料排水板、粗砂墊層和填土等環(huán)節(jié)容易導(dǎo)致質(zhì)量問題，而且工期較長。設(shè)計單位采用水泥攪拌樁是出于在滿足要求的基礎(chǔ)上，從減少工期及優(yōu)化造價方面考慮，本文針對填海造地區(qū)軟基處理工程提出了以《浮筒式水泥攪拌樁》處理的設(shè)計、施工方案，且在吹填淤泥尚未預(yù)處理的情況下，常規(guī)機械無法進場施工，但本機械具有在吹填淤泥上直接進場施工的能力。

4 結(jié)束語

在沿海城市的飛速發(fā)展下，近海造地開發(fā)項目也越來越多，軟基處理在工程上視為重中之重，人們對市政工程的要求越來越高，也越來越重視地基的處理。為進一步提高市政道路的通行效率、完善服務(wù)功能、保質(zhì)保量、減少工期、造價合理的情況下，盡量采用高效高品質(zhì)的處理方案。