孔德建 張 臣 宋 衢 戴同佳 張 欣 范澤馳
中國建筑第八工程局有限公司華北公司 天津 300452
天津東疆港區(qū)東部沿海岸線基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境提升生態(tài)修復(fù)工程位于渤海灣西部、永定新河入??谀厦?,場地為淤泥質(zhì)平原海岸,受潮汐影響,陸上施工露灘時(shí)間較短,給施工造成較大難度。工程海側(cè)為已建半圓體結(jié)構(gòu),兼具防浪和吹填圍埝功能。半圓體寬度超過10 m,坐落在塊石基床之上,出于安全考慮,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上以保證半圓體穩(wěn)定、不破壞半圓體為原則。若實(shí)現(xiàn)本工程景觀設(shè)計(jì)的親水理念,需局部跨越半圓體至其海側(cè),且要保證造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工可行,故結(jié)構(gòu)選擇上受到較大局限。
目前固化土多用于各種路基和軟土地基加固,能滿足不同基層的建設(shè)要求。其性能穩(wěn)定,固化強(qiáng)度可調(diào)整,結(jié)構(gòu)形式豐富,施工進(jìn)度快,易于就地取材,且無環(huán)境污染,能很好地滿足本工程的要求[1-6]。
根據(jù)場地的實(shí)際情況,初步選定了固化土基礎(chǔ)、塊石基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)3種基礎(chǔ)方案,并對3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比選(表1)。
表1 基礎(chǔ)方案比擇
通過對固化土基礎(chǔ)、塊石基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)的比較分析,固化土的優(yōu)點(diǎn)較適合本工程的基礎(chǔ)加固。針對固化土存在的缺點(diǎn),通過試驗(yàn)段施工效果分析其影響程度及采取改進(jìn)措施,保證最終的施工質(zhì)量。
東疆港區(qū)東部沿海岸線基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境提升生態(tài)修復(fù)工程,位于天津市濱海新區(qū)東疆保稅港區(qū)觀瀾路東側(cè),本工程由生態(tài)濕地段、趕海拾貝段、階梯親水段、城市沙灘段、酒吧街、節(jié)慶廣場、銜接段組成,其中生態(tài)濕地段、趕海拾貝段、階梯親水段、城市沙灘段及節(jié)慶廣場均采用了固化土基礎(chǔ)加固基礎(chǔ)(圖1),酒吧街、銜接段采用固化土基礎(chǔ)對半圓體根部進(jìn)行加固封堵(圖2)。
圖1 生態(tài)濕地段斷面
圖2 酒吧街段斷面
鑒于海邊潮間帶使用固化土做基礎(chǔ)在國內(nèi)尚無案例,在無案例和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值參考的情況下,統(tǒng)籌考慮工程進(jìn)度和施工質(zhì)量,選擇生態(tài)濕地段為原位固化施工工藝試驗(yàn)段,酒吧街段為異位固化回填施工工藝試驗(yàn)段。
在總結(jié)了生態(tài)濕地段和酒吧街段的施工工藝過程,以及2種典型段的7、14 d檢測結(jié)果報(bào)告后,組織召開了固化土專家咨詢會(huì),初步確定了固化土的基礎(chǔ)參數(shù)要求。后經(jīng)設(shè)計(jì)單位核算,最終確定的固化土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)如下:7 d抗剪強(qiáng)度≥ 0.3 MPa,7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8 MPa,滲透率≤10-5,均勻度為90%。
1)固化劑配方確定:根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)指標(biāo),結(jié)合前期試驗(yàn)段施工經(jīng)驗(yàn)及檢測結(jié)果確定固化劑配比。典型試驗(yàn)段現(xiàn)場采用固化劑摻加的質(zhì)量比為12%,其中水泥8%,粉煤灰4%,另添加固化輔料,按水泥摻加質(zhì)量的5%計(jì)。
2)固化劑制作:根據(jù)固化配方比,固化后臺(tái)使用P·O 42.5水泥、粉煤灰、固化輔料及水進(jìn)行混料制作,配制成固化漿劑。
1)T型攪拌裝置。理論攪拌深度0~7 m,攪拌效率40~70 m3/h;配套機(jī)型為履帶式挖掘機(jī)。
2)固化劑配置后臺(tái)和輸送系統(tǒng)。輸送泵理論輸送量為3~28 t/h,輸送泵輸送壓力為10.5 MPa,水平輸送距離為0~2 000 m,輸送泵功能為3~6種物料拌和物的輸送。攪拌配料室(用于固化劑輔料配置)電控輸送固化輔料量為4~8 t/h,配料能力為1~2 t/h。
3)普通PC200型挖掘機(jī)。用于現(xiàn)場場地平整,固化土基礎(chǔ)基槽翻挖,固化土回填。
施工準(zhǔn)備→測量放線→場地平整→固化土區(qū)域翻挖、固化劑配置→模板支設(shè)→原位固化作業(yè)→壓實(shí)、整形→養(yǎng)護(hù)→試驗(yàn)檢測
6.2.1 固化區(qū)域翻挖
根據(jù)設(shè)計(jì)斷面,使用挖掘機(jī)對待處理區(qū)域土質(zhì)翻挖,進(jìn)行固化區(qū)域整體翻挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高。
6.2.2 模板加工、支設(shè)
根據(jù)固化土基礎(chǔ)部位設(shè)計(jì)要求,加工配置模板,利用φ48 mm×3.5 mm鋼管進(jìn)行設(shè)計(jì)斷面凹槽及包封部位的吊模支設(shè)、加固。如不支設(shè)模板,可直接按最高標(biāo)高進(jìn)行施工,后期在固化土終凝前將多余部分挖除。
6.2.3 固化土攪拌
根據(jù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場情況進(jìn)行分段,測定原狀土容重,得出施工分段的體量。由泵送設(shè)備控制固化劑摻入總量,通過管道將配置好的固化劑泵送至固化基礎(chǔ)區(qū)段,采用T形攪拌設(shè)備一邊攪拌一邊注入固化劑。
根據(jù)固化區(qū)段體量,噴漿速度調(diào)節(jié)控制在2.78 kg/s,由挖機(jī)水平扇形位移同時(shí)進(jìn)行插搗攪拌,銜接攪拌部位搭接寬度20 cm。第一次下攪深100 cm;第二次下攪至設(shè)計(jì)底標(biāo)高(靠近海側(cè)端頭部分固化作業(yè)深度為2 m,跨度1.5 m),帶動(dòng)1.5 m以下5~10 cm原狀土拌和均勻;第三次進(jìn)行表層深0.5 m攪拌,提高上層土體的均勻度和平整度。
完成固化基礎(chǔ)區(qū)段作業(yè)并停止攪拌池注漿后,原位不噴漿整體重復(fù)攪拌1~2次,對邊緣區(qū)域,再沿作業(yè)區(qū)段四周進(jìn)行重復(fù)攪拌1次。為保證施工質(zhì)量,東西兩側(cè)各向外多做100 mm寬度。
6.2.4 固化土振搗
采用振搗棒(ZD50型)插入固化基礎(chǔ)區(qū)段,將固化土振搗均勻。設(shè)置振搗1 m網(wǎng)格距離振搗1次,每次振搗不小于30 s,確保固化作業(yè)區(qū)形成整體。
施工準(zhǔn)備→測量放線→場地平整→基槽開挖、固化劑配置→固化土異位制作、模板支設(shè)→固化土回填→壓實(shí)、整形→養(yǎng)護(hù)→試驗(yàn)檢測
7.2.1 固化區(qū)域開挖
根據(jù)設(shè)計(jì)斷面,使用挖掘機(jī)對待處理區(qū)域進(jìn)行開挖,整體開挖至典型段設(shè)計(jì)底標(biāo)高,東西兩側(cè)視土質(zhì)情況進(jìn)行放坡。
7.2.2 固化土制作
現(xiàn)場作業(yè)區(qū)域就近位置設(shè)定固化土攪拌池10 m× 6 m,深度1 m區(qū)域,順沿著固化土基礎(chǔ)區(qū)域。根據(jù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場情況進(jìn)行分段,測定原狀土容重,得出施工分段的體量。由泵送設(shè)備控制固化劑摻入總量,通過管道高壓將配置好的固化劑泵送至固化基礎(chǔ)區(qū)段,采用T形攪拌設(shè)備一邊攪拌一邊注入固化劑。
噴漿速度控制在2.78 kg/s,每次下攪50~100 cm,下攪后原位攪拌60~120 s,下攪至設(shè)計(jì)深度后上提攪拌頭,攪拌池作業(yè)完成后,停止攪拌池注漿。原位不噴漿整體重復(fù)攪拌1~2次,由挖機(jī)水平扇形位移攪拌。銜接攪拌部位搭接寬度不小于10 cm,再沿?cái)嚢璩厮闹苓M(jìn)行攪拌1周。
7.2.3 槽底平整度復(fù)測
因地處潮間帶,現(xiàn)場作業(yè)部位土質(zhì)不好,極易發(fā)生坑邊坍塌、坑底涌水,影響基槽平面尺寸及深度。利用水準(zhǔn)儀對開挖固化區(qū)域槽底進(jìn)行平整度復(fù)測,如遇不平整,采用挖掘機(jī)挖除多余土體并采用鏟背壓平。
7.2.4 模板加工、支設(shè)
根據(jù)固化土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部位設(shè)計(jì)要求,加工配置模板,利用φ48 mm×3.5 mm鋼管進(jìn)行支設(shè)、加固,完成設(shè)計(jì)斷面凹槽及包封部位的吊模模板支設(shè)。
如不支設(shè)模板,可直接按最高標(biāo)高進(jìn)行施工,后期在固化土終凝前將多余部分挖除。
7.2.5 固化土回填
使用挖掘機(jī)將攪拌池內(nèi)制作好的固化土挖進(jìn)固化基礎(chǔ)區(qū)域內(nèi),分層回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。攪拌池內(nèi)制作好的固化土需在3 h內(nèi)完成固化土回填?;靥詈蟛捎没炷琳駬v棒,將其插入固化基礎(chǔ)區(qū)域進(jìn)行振搗,設(shè)置振搗1 m網(wǎng)格距離振搗1次,將固化土振搗均勻,每次振搗不小于30 s。
1)固化作業(yè)完成后,利用挖機(jī)鏟背將固化基礎(chǔ)作業(yè)區(qū)段表面刮平,在固化土終凝前進(jìn)行人工收面,使表面平整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求≤20 mm。
2)養(yǎng)護(hù)1~3 d后,視現(xiàn)場強(qiáng)度增長情況進(jìn)行模具拆除,同時(shí)由于作業(yè)部位處于潮間帶,需采取適當(dāng)?shù)膿趵?措施。
3)經(jīng)過7 d養(yǎng)護(hù)后,進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測。
同設(shè)計(jì)單位與檢測單位研究確定,本工程固化土基礎(chǔ)施工7、14 d后現(xiàn)場取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、滲透系數(shù)、均勻度檢測。檢測數(shù)據(jù)顯示,上述參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求,表層平整度滿足相關(guān)規(guī)范要求。
固化土基礎(chǔ)7、14 d取樣檢測數(shù)據(jù)如表2所示:
表2 固化基礎(chǔ)取樣檢測數(shù)據(jù)
現(xiàn)場開挖后設(shè)計(jì)斷面范圍內(nèi)均為吹填沙層,與固化劑拌和后性狀類似水泥砂漿,由于其中無粗骨料,在振搗棒振搗后易出現(xiàn)砂漿分離現(xiàn)象,后續(xù)施工可取消振動(dòng)棒振搗措施。
固化土基礎(chǔ)斷面形式,在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、承載力等參數(shù)需求的情況下,盡可能簡化固化土基礎(chǔ)斷面形式,可有效地提高施工工效。
為了保證固化土基礎(chǔ)具有良好的養(yǎng)生條件,施工時(shí)需要采取適當(dāng)?shù)膰叻桨福M量阻擋潮水侵蝕。同時(shí),由于地下水的滲透,固化土原位攪拌或回填時(shí)應(yīng)盡量選擇在低潮位時(shí)作業(yè),同時(shí)還需要配備水泵、機(jī)械、人員隨時(shí)進(jìn)行排水。
結(jié)合試驗(yàn)段的檢測數(shù)據(jù),開挖后異位固化施工比原位固化施工更能保證質(zhì)量。
固化劑的主要成分為水泥,由于目前無相關(guān)施工規(guī)范,是否適宜在冬季施工仍需進(jìn)一步試驗(yàn)確定。
在工程業(yè)主、設(shè)計(jì)及專家的支持和協(xié)助下,根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況,并結(jié)合工程自身的特點(diǎn),成功地完成了海岸潮間帶固化土施工技術(shù)研究,為類似工程提供借鑒,具有較高的推廣價(jià)值。