馬良

摘要：本文結合華佗大道跨宋湯河箱涵工程的現(xiàn)場實際狀況，通過理論研究、現(xiàn)場試驗，總結形成了河道基礎淤泥固化施工方法，解決了淤泥棄置對環(huán)境的污染問題，保證了施工過程中的安全和質量，節(jié)約了成本，保護了環(huán)境，確保了工期，取得了顯著社會效益和經濟效益。

關鍵詞：淤泥；固化劑；深層攪拌機

1、序言

淤泥換填為施工中較為常見的施工方法，但換填存在很多問題，首先淤泥成分復雜，含許多重金屬，有機污染物，病源微生物等有害物質，不容易利用，棄置對生態(tài)環(huán)境破壞巨大，易腐敗發(fā)臭，易污染土壤、水體，特別是目前正處于環(huán)保大檢查及環(huán)保技術改革階段，淤泥的運輸及棄置就更是一件難事。其次，隨著我國環(huán)境保護法的嚴格管控，使得部分地區(qū)地材（換填片石、碎石等）短缺，價格較高。再則，換填施工開挖基坑較深，對周邊土體擾動較大，易造成安全隱患，特別是河道兩側充滿流砂體系的環(huán)境土質。故常規(guī)的淤泥換填已不能滿足環(huán)保、經濟、安全等方面要求。

2、固化法特點

2.1淤泥固化過程中無振動，無噪音，對環(huán)境無污染。

2.2對周邊無側向擠壓，對鄰近建筑物影響很小，相對于換填施工安全隱患大大減小。

2.3根據設計荷載和地基承載力要求，以現(xiàn)場實驗的方式確定淤泥固化劑摻量。

3、適用范圍

3.1淤泥質土地基（河道、湖泊、軟基路床等）處理，工作面寬度≥10米，深度2-25米。

3.2建、構筑物、橋、箱涵等淤泥、雜土地基的固化處理。

3.3淤泥換填難度較大或者換填材料成本較高。

4、工藝原理

該工法針對淤泥加固的重難點，對傳統(tǒng)施工工藝進行了改進和優(yōu)化，主要工藝原理如下：

利用降水措施將地下水水位降至淤泥底50cm，通過深層攪拌機對基礎進行攪拌同時噴入固化劑，原地將淤泥固化，利用固化劑與淤泥強制拌合，使固化劑和淤泥發(fā)生一系列物理、化學反應，使之凝結成具有整體性、穩(wěn)定性、有足夠強度的持力層地基。

固化劑的種類較多，本工程用的主要成分為水泥和一定量的固化添加劑，固化劑水化反應完全是在土的圍繞下產生的，凝結速度比混凝土緩慢，固化劑與淤泥或部分軟粘土拌合后，固化劑和淤泥及土中的水分發(fā)生強烈的水解和水化反應，同時從溶液中分解出氫氧化鈣生成硅酸三鈣（3CaO、SiO2）、硅酸二鈣（2CaO、SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO、AL2O3）、鐵鋁酸四鈣（4CaO、AL2O3、Fe2O3）、硫酸鈣（CaSO4）等水化物，有的自身繼續(xù)硬化成水泥石骨架，有的則因有活性的土進行離子交換和團粘反應、硬凝反應和碳酸化作用等，使土顆粒固結結團、顆粒間形成堅固的聯(lián)結，形成粗顆粒并具有一定的強度。

固化添加劑成分為離子濃縮型高分子聚合物，其作用機理：

① 土壤固化劑與含有一定水分的土壤混合后，在土壤中形成網狀結晶體，穿插在土壤顆粒空隙間形成強度骨架。

②土壤固化劑的成分和土壤顆粒參加化學反應，激發(fā)土壤的自身物質生成不溶于水的堅硬物質，填充在強度骨架之中，使固化土形成不可逆的堅實板體，并具有良好的耐久性。

③ 固化劑溶液中的高價離子可以改變土壤顆粒表面電性，降低土壤顆粒的水膜厚度，提高土壤顆粒間的吸附力，增大密實度，降低滲水性。

④ 土壤經過粉碎、拌合和壓實等物理外力的作用下，土壤顆粒彼此靠近，從而減少被固化土的空隙，使固化體系進一步密實，從而具有較強的承載能力和防水能力。

5、施工流程及操作要點

5.1施工流程

施工流程見圖5.1-1。

5.2工藝操作要點

5.2.1施工前準備

施工前，做好施工方案、技術交底、安全交底，熟悉施工圖紙、設計說明及設計相關文件、施工規(guī)范及質量驗收標準。深基坑施工方案要通過專家論證，專項施工方案報公司相關部門審批。批準后方可施工。檢測固化劑質量、各種機械及計量設備是否能正常運行。

5.2.2圍堰、導流渠、鋼板樁、降水井前期施工工作

針對寬度≤50米的河道，一般采用圍堰對河道進行封堵，一側開挖導流渠引流，利用水泵將圍堰內河水排出，兩側采用管井降水施工，通過降水計算，調整井間距及深度，將地下水降至淤泥下50cm。根據現(xiàn)場施工情況確定河道邊坡支護方案。跨宋湯河箱涵工程臨近省道，省道邊埋設一道國防光纜，并河床兩邊有粉砂流沙層，故從安全、經濟、工期考慮采用12米拉森鋼板樁支護。

5.2.3便道施工及基坑土方開挖至設計標高

沿河道一側修筑一條施工便道到河邊，河道內設計標高以上淤泥利用長臂挖機在河道上清除或利用普通挖掘機進入河道內表面淤泥清除，淤泥上表層填筑一層50cm干土作為機具施工平臺，供深層攪拌機、挖機等設備在上面行走施工，在基礎較軟地段鋪設臨時鋼板。

5.2.4試驗段施工和配合比的確定

固化劑用量過少，則達不到預期要求，過多則造成不必要的浪費，對水泥用量及均勻程度的控制是施工中的重點難題，施工中，通過室內配合比多次試驗和現(xiàn)場試驗段施工，得到不同固化劑含量下淤泥加固立方體抗壓強度及地基承載力大小，從而確定固化劑最佳用量；施工工藝、攪拌遍數(shù)、攪拌機提升速度、泵送時間、泵送壓力、復拌次數(shù)、施工機械等施工參數(shù)。每根樁位開鉆后應連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。

5.2.5樁位放樣

根據深層攪拌機攪拌葉輪直徑，計算出各個樁的平面坐標，用GPS（全站儀）放出各個樁位的中心點并做好標記，同時設立控制樁。方便及時校核樁位。根據樁位控制樁機行走，避免漏樁。

5.2.6深層攪拌機定位

（1）平面就位。放好樁位后，按樁的施工順序移動攪拌機到達指定樁位，鉆頭對中。

（2）調整深層攪拌機機雙向控制導向架的垂直度，在樁機井架的正面和側面均應吊掛垂球，質量不小于0.5kg。根據吊垂偏移，測定攪拌軸垂直度，用來監(jiān)測樁身的垂直度，及時發(fā)現(xiàn)樁機是否傾斜，調整導向架的垂直度小于1.5%。

（3）樁位復測。深層攪拌機機就位后，根據控制樁位檢查鉆頭位置。

（4）攪拌深度控制。采用雙控，一方面根據勘察設計的深度，其次根據淤泥層與土層對攪拌機葉片阻力不同，土層的阻力比淤泥層大。當深層攪拌機在下鉆攪拌過程中阻力一般線性增加，當進入土層會阻力會驟增，阻力的增減反映到攪拌機的電流表上，通過實驗，兩者基本吻合，在現(xiàn)場我們通過觀察電流表變化情況控制攪拌深度。每個點位都設置編號并做好施工原始記錄。

5.2.7拌制漿液

（1）單根樁所需的水泥漿盡量一次拌制完成。一次拌不完的，根據總量分次拌制完成。深層攪拌機預攪下沉的同時，后臺拌制水泥漿液，待壓漿前將漿液放入集料斗中。每根樁每次所使用的固化劑漿液量要均勻充足，使用時根據在漿液罐罐壁上焊接的每根樁（或每次）需用水泥漿的刻度線確定用漿量，確保漿液滿足配比要求。

（2）確定每米噴漿量。根據實驗參數(shù)、攪拌葉輪尺寸，通過成樁試驗，確定固化劑的最佳水灰比、流速、泵送時間和壓力、攪拌機提升和下鉆速度等參數(shù)，確定每米噴漿量。

5.2.8 噴漿攪拌施工程序

（1）噴漿攪拌下沉

攪拌樁開鉆之前，應用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現(xiàn)象，待水排盡后方可下鉆。啟動攪拌樁機轉盤，待攪拌頭轉速正常后，方可使鉆桿沿導向架邊下沉邊攪拌。以0.38～0.75m/min的速度沉至要求深度，下沉時開始噴漿，工作電流按不同深度不同地層及阻力的不同對應電流表數(shù)，根據試驗確定額定值，當達到接近設計深度臨界時仔細觀察電流表上升幅度，發(fā)現(xiàn)電流驟升幅度超出額定值20%時，立即停鉆。

（2）噴漿反轉攪拌提升

下沉到達設計深度后，開啟輸送泵，通過管路送漿至攪拌頭出漿口，出漿后啟動攪拌樁機，再以0.3～0.5m/ min的均勻速度提升攪拌，與此同時開動漿泵將漿體從深層攪拌中心管內不斷注入淤泥中，由攪拌葉片將漿體與深層處的淤泥攪拌，邊攪拌邊噴漿直至要求標高。

（3）噴漿復攪下沉

連續(xù)重復攪拌，保證其整體性和均勻性，淤泥攪拌頂部高出設計箱涵底20cm，底部入土層500mm。

（4）反轉復攪提升

下沉到達設計深度后，停止噴漿，反轉復攪提升，使之充分攪拌，得到更好的均勻性和整體性。

5.2.9均勻沉降施工

由于淤泥分布深度的不均勻性及周邊不同介質的粉砂土層，呈現(xiàn)出中間深（5米），兩端淺（2米）現(xiàn)象，由于加固的深度不一和周邊土質差異，造成各部位地基物資彈性模量不一致，導致容易對箱涵主體造成不均勻沉降，故施工中在固化淤泥頂部鋪設一層50cm級配碎石后鋪一層土工格柵，使基礎的不均勻沉降達到有效的調整控制。

5.2.10施工降排水

在箱涵基礎四周修筑排水溝，每隔40米開挖一個集水坑，對雨季基坑內地表水進行抽排。地下水通過降水井排入河道內，通過降水井的驗算，降水井深25米，沿河道兩側每隔10米布置1座，共40座。

6、質量控制

6.1質量驗收及評定標準

固化后基礎驗收滿足《建筑地基基礎施工質量驗收規(guī)范》GB/50202-2002、《復合地基技術規(guī)范》 GB/T50783-2012，《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ79-2012要求。

6.2淤泥固化質量控制

6.2.1參考地勘報告，施工前利用深層釬探桿對箱涵淤泥基礎斷面進行全面探測，根據探測結果，畫出平面圖、橫斷面圖、樁位圖。對樁位進行編號，并注明深度，作為操作過程中深度控制參考。經常檢查設備及儀表確保正常作業(yè)。

6.2.2采用攪拌軸徑雙層葉輪500mm整體交叉攪拌，攪拌為重復攪拌，加固入砂土層50cm，從而保證淤泥固化的質量。

6.2.3鄰近攪拌孔邊界距離完全相交達到整體攪拌效果最佳，由于漿體攪動及漿體有一定的壓力使之周邊加固土全部連接在一起形成一個整體，增加地基強度的整體性，穩(wěn)定性，達到淤泥地基的整體固化和整體強度。

6.2.4攪拌施工執(zhí)行24小時旁站制和遠程監(jiān)控錄像跟蹤并實時監(jiān)控，必須對攪拌水泥實際用量，攪拌深度、攪拌位置、施工時間進行嚴格把控并做好記錄。

6.3試驗檢測

施工完一個月后，可委托有資質實力的檢測單位采用靜載試驗進行檢測。試驗合格后進行進行現(xiàn)場驗收，驗收合格后方可進行下道工序施工。

結束語：

本工法解決了淤泥棄置對環(huán)境的污染問題，消除了淤泥開挖外棄過程中臟亂差的施工現(xiàn)場。本工程原設計箱涵基礎為級配碎石換填，隨著我國環(huán)境保護法的嚴格管控，使得地材（換填片石、碎石等）短缺，價格較高。通過比對本工程采用淤泥固化節(jié)約經濟成本528萬元。

參考文獻

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[2]郭印，徐日慶，邵玉芳，《有機質固化土的強度及微觀結構試驗研究》[J].巖土力學

（作者單位：中鐵上海工程局集團有限公司）