馬 楠，張 石，楊艷靜

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220）

引言

淤泥固化技術(shù)是通過(guò)外部添加劑改變淤泥性狀，提高淤泥強(qiáng)度的工藝手段，可以將沿海岸線淤泥直接轉(zhuǎn)化為資源，實(shí)現(xiàn)淤泥在工程中“變廢為寶”的目的。近年來(lái)砂石等建筑材料嚴(yán)重缺乏，水運(yùn)工程中急需要引入滿足工程建設(shè)要求的替代材料，因此將淤泥固化技術(shù)應(yīng)用于水運(yùn)工程中的景觀生態(tài)海岸工程非常值得研究。

1 研究思路

通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外生態(tài)景觀海岸工程案例與文獻(xiàn)，分析其中主要的應(yīng)用理念及結(jié)構(gòu)形式。借鑒現(xiàn)有水運(yùn)工程護(hù)岸中常用結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與方法，結(jié)合依托工程，在設(shè)計(jì)中踐行環(huán)保生態(tài)經(jīng)濟(jì)的理念，引入淤泥固化技術(shù)。通過(guò)室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)淤泥固化技術(shù)在水運(yùn)景觀生態(tài)海岸工程中應(yīng)用的可行性開(kāi)展研究工作，積累固化土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，從親水、防沖、生態(tài)、環(huán)保等方面探索淤泥固化技術(shù)在水運(yùn)景觀生態(tài)海岸工程設(shè)計(jì)應(yīng)用的新思路。

2 研究方案

為探索淤泥固化技術(shù)在景觀生態(tài)海岸工程中應(yīng)用的可行性，擬制定研究方案如圖1所示。

圖1 淤泥固化技術(shù)研究方案

3 試驗(yàn)研究

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)

根據(jù)不同的固化劑種類及摻量進(jìn)行分類，在現(xiàn)場(chǎng)原地取土樣，在室內(nèi)制作固化土試塊，試塊為邊長(zhǎng)70.7 mm的立方體。利用室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)試塊進(jìn)行強(qiáng)度等指標(biāo)的檢測(cè)，尋找最佳的固化劑摻量方案，探求固化土強(qiáng)度指標(biāo)與固化劑摻量的關(guān)系，從而為固化土設(shè)計(jì)指標(biāo)的選取提供數(shù)據(jù)支持。

齡期為7d、14d時(shí)采取不同固化劑摻量立方體試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，相應(yīng)采取了室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、半圓體陸側(cè)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)和半圓體海側(cè)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)三種養(yǎng)護(hù)方式。三種養(yǎng)護(hù)方式，試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)值見(jiàn)表1。

由表1可知：

表1 試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果/MPa

1）各養(yǎng)護(hù)條件下試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨固化劑摻量增加基本呈線性增加；

2）試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的增加而增加；

3）相同固化劑摻量下各齡期均顯示出試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度高于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，且現(xiàn)場(chǎng)陸側(cè)和海側(cè)養(yǎng)護(hù)條件下試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度區(qū)別不大。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)

依托工程大規(guī)模實(shí)施前，要求在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置試驗(yàn)段，在半圓體海側(cè)和陸側(cè)各設(shè)置不小于5 m×5 m的固化土平臺(tái)，固化劑摻量按照10 %考慮?？紤]到施工工藝影響，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置試驗(yàn)段的同時(shí)，要求同步制作現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)試樣。試樣制作標(biāo)準(zhǔn)70 cm×70 cm×70 cm的木盒，現(xiàn)場(chǎng)摻拌，就地養(yǎng)護(hù)，用作對(duì)比試驗(yàn)。采用現(xiàn)場(chǎng)取芯測(cè)試無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的方式研究施工過(guò)程如何控制固化土的設(shè)計(jì)參數(shù)。表2為不同齡期不同養(yǎng)護(hù)條件下固化劑10 %摻量下試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)值結(jié)果。

表2 試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果/MPa

試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨齡期增長(zhǎng)而增加；現(xiàn)場(chǎng)攪拌固化土?xí)r攪拌均勻度不易控制，攪拌不均易導(dǎo)致強(qiáng)度沒(méi)有規(guī)律變化，故施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)條件均會(huì)影響到固化土的強(qiáng)度指標(biāo)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮；10 %固化劑摻量條件，不同養(yǎng)護(hù)條件下14天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度＞2 MPa。

4 淤泥固化技術(shù)在工程中的應(yīng)用

4.1 依托工程概況

依托工程建設(shè)地點(diǎn)為東疆港區(qū)觀瀾路以東、新港八號(hào)路南、重慶道以北，全長(zhǎng)約1.83 km。

工程主要包括3個(gè)與城市相連的主要節(jié)點(diǎn)景觀：北側(cè)入口廣場(chǎng)（生態(tài)濕地段）、城市沙灘廣場(chǎng)和節(jié)慶廣場(chǎng)。兩條特色濱海景觀帶：趕海拾貝和濱海長(zhǎng)廊（酒吧街和銜接段）。為達(dá)到整體景觀效果，針對(duì)不同區(qū)段的不同功能需求，設(shè)計(jì)了不同的水工護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式，詳見(jiàn)圖2。

圖2 示例工程結(jié)構(gòu)分段示意

4.2 復(fù)合地基

工程場(chǎng)地軟土穩(wěn)定性和適宜性差，需經(jīng)地基處理后方可進(jìn)行工程建設(shè)。依托工程中節(jié)慶廣場(chǎng)段應(yīng)用“固化土+攪拌樁復(fù)合式基礎(chǔ)”的地基處理方式，固化結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)根據(jù)使用要求的不同分別采用抗剪強(qiáng)度和地基承載力特征值的檢測(cè)指標(biāo)。見(jiàn)圖3。

圖3 固化土+攪拌樁復(fù)合式基礎(chǔ)示意

設(shè)計(jì)方案為：

1）在軟土地基中進(jìn)行固化土攪拌樁施工；

2）固化土攪拌樁上部施工固化土平臺(tái)，加強(qiáng)下部樁體的整體性，樁體受力更為均勻協(xié)調(diào)，減小局部樁體失穩(wěn)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3）現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中隨機(jī)抽取地基加固區(qū)域的原狀固化土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，利用試驗(yàn)結(jié)果的承載力強(qiáng)度指標(biāo)推算出復(fù)合地基的承載力強(qiáng)度指標(biāo)，得到固化加固后的復(fù)合地基承載力是否滿足使用要求的檢測(cè)結(jié)論。

4.3 固化土基床材料

固化土具有承載能力高、原材料來(lái)源廣泛，造價(jià)低等特點(diǎn)，因此利用固化土代替部分碎石基床，解決了近年來(lái)砂石等建筑材料嚴(yán)重缺乏的難題，實(shí)現(xiàn)了淤泥在工程中“變廢為寶”的目的。依托工程中生態(tài)濕地段和階梯親水段應(yīng)用“固化土基床”的結(jié)構(gòu)形式，具體做法詳見(jiàn)圖4，具體設(shè)計(jì)方案為：a.按照使用荷載要求計(jì)算出固化土基床的承載力強(qiáng)度指標(biāo)。b.計(jì)算固化土基床厚度和寬度。c.對(duì)壓實(shí)度提出要求?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中隨機(jī)抽取基床區(qū)域的原狀固化土基床進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，利用試驗(yàn)結(jié)果的承載力強(qiáng)度指標(biāo)推算出固化土基床的承載力強(qiáng)度指標(biāo)，得到固化土基床承載力和應(yīng)力是否滿足使用要求的檢測(cè)結(jié)論。

圖4 固化土替代塊石基床示意

4.4 固化土回填料

利用固化土強(qiáng)度高，流動(dòng)性好，滲透性差的特點(diǎn)，可以作為回填料局部替代混凝土結(jié)構(gòu)和回填土。依托工程中趕海拾貝段應(yīng)用“固化土替代回填料”，具體做法見(jiàn)圖5，具體設(shè)計(jì)方案為：a.施工時(shí)采用異位攪拌固化法，在回填區(qū)域周?chē)瓿晒袒翑嚢?。b.將固化土泵送到回填區(qū)域。c.采用振動(dòng)棒振搗，鋪設(shè)土工格柵，整平收面。

圖5 固化土回填示意

5 設(shè)計(jì)參數(shù)及檢測(cè)的確定

綜合分析試驗(yàn)結(jié)果和工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮到依托工程項(xiàng)目工期的緊迫性，制定如下設(shè)計(jì)參數(shù)：

1）固化劑摻量為10 %，加固后土體7～10 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.3 MPa，28d后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.6 MPa；

2）用于擋浪設(shè)施處的固化土滲透系數(shù)≤10-5cm/s。

固化土的主要檢測(cè)內(nèi)容如下：

1）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)：在固化土拌合回填時(shí)，采用隨機(jī)留取試塊的方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)，檢測(cè)不同齡期7 d、14 d、28 d、90 d，同時(shí)根據(jù)前續(xù)檢測(cè)結(jié)果確定是否需要更長(zhǎng)齡期的檢測(cè)；

2）均勻性檢測(cè)：采用重型動(dòng)力觸探檢測(cè)均勻性，要求變異系數(shù)宜小于0.35，最大值不大于0.5，同時(shí)結(jié)合7 d動(dòng)探檢測(cè)結(jié)果初判是否可進(jìn)行下一步施工。

3）滲透性檢測(cè)：滲透系數(shù)檢測(cè)，不同結(jié)構(gòu)位置處的固化土的滲透系數(shù)指標(biāo)不同。

6 工程檢測(cè)

6.1 檢測(cè)內(nèi)容

檢測(cè)各段固化土施工質(zhì)量，具體檢測(cè)指標(biāo)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度指標(biāo)（內(nèi)摩擦角、黏聚力）、滲透系數(shù)、地基承載力、固化土下土體指標(biāo)等。參考《吹填土地基處理技術(shù)規(guī)范》（GB/T 51064-2015）中11.4.4規(guī)定按約每1 000m2一組（每組至少6個(gè)試樣）試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)位結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況盡量均勻布置。同時(shí)本次固化土檢測(cè)參考實(shí)體驗(yàn)證性檢測(cè)，依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTS 239-2015）中3.3.1規(guī)定本次檢測(cè)每段取10%且不少于5個(gè)試樣。

6.2 檢測(cè)結(jié)論

通過(guò)固化土圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，鉆孔芯樣多為固化劑與原狀土松散混合狀態(tài)，局部膠結(jié)良好、但呈不均勻狀態(tài)。

經(jīng)檢測(cè)，生態(tài)濕地段、趕海拾貝斜坡堤段、階梯親水段和城市沙灘段、節(jié)慶廣場(chǎng)段、出挑段和酒吧街、銜接段固化土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本滿足設(shè)計(jì)要求，抗剪強(qiáng)度均≥0.6 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。階梯親水段和城市沙灘段、方塊段、節(jié)慶廣場(chǎng)段經(jīng)平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)，地基承載力特征值均不低于200 kPa，滿足設(shè)計(jì)提出地基承載力指標(biāo)要求。通過(guò)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)試塊做滲透試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：本工程固化土滲透系數(shù)在7×10-6～3.0×10-5cm/s之間。經(jīng)檢測(cè)，本項(xiàng)目固化土工程力學(xué)指標(biāo)基本滿足設(shè)計(jì)要求，但分布呈不均勻狀態(tài)，包含泥塊及建筑垃圾，施工單位應(yīng)做好固化土的混凝土包封工作，避免海水侵蝕弱化固化土的相關(guān)工程指標(biāo)。

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)國(guó)內(nèi)、外固化土應(yīng)用現(xiàn)狀及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段試驗(yàn)驗(yàn)證，淤泥固化技術(shù)在景觀生態(tài)海岸工程中的應(yīng)用是可行的。鑒于目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有專門(mén)的固化土技術(shù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)參照現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及試驗(yàn)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)固化土結(jié)構(gòu)承載力及變形提出相應(yīng)控制指標(biāo)和要求；通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段的施工經(jīng)驗(yàn)和效果的總結(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化典型段施工的工藝參數(shù)，滿足使用要求；大規(guī)模施工前應(yīng)分區(qū)域進(jìn)行典型段施工并根據(jù)典型段施工后的檢測(cè)結(jié)果優(yōu)化大規(guī)模施工參數(shù)。

本文依托實(shí)際工程，通過(guò)室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)結(jié)合得出如下結(jié)論：

1）固化后的淤泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨齡期增長(zhǎng)而增加；各養(yǎng)護(hù)條件下試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨固化劑摻量增加基本呈線性增加。

2）淤泥固化技術(shù)在景觀生態(tài)海岸工程中的應(yīng)用是可行的。

3）施工現(xiàn)場(chǎng)氣候與水文條件會(huì)對(duì)固化土強(qiáng)度產(chǎn)生影響，此外攪拌過(guò)程中均勻性不同的固化土強(qiáng)度差別較大，在固化土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中有必要對(duì)施工攪拌后固化土的均勻性進(jìn)行控制。

4）依托實(shí)際工程，總結(jié)出在景觀生態(tài)海岸工程中應(yīng)用淤泥固化技術(shù)的完整設(shè)計(jì)流程及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

5）“固化土+攪拌樁復(fù)合式基礎(chǔ)”作為地基處理的方式適用于淤泥層較厚，含水量較大的軟土地基，與傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓的地基處理方式相比，前期需額外進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整固化劑內(nèi)各摻量材料的具體配比方案，待固化劑方案確定后，大規(guī)模施工過(guò)程中可以顯著加快施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)。

6）固化土可以局部替代塊石基床，固化土強(qiáng)度可根據(jù)使用要求調(diào)整，達(dá)到提高基床承載能力和減小沉降的目的。在景觀生態(tài)海岸工程中，固化后的土體在滿足強(qiáng)度要求的前提下相對(duì)于傳統(tǒng)的砂石料可塑性更高，可加工成多種形狀，滿足景觀生態(tài)海岸工程的要求，符合國(guó)家廢棄物循環(huán)利用和美麗中國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。

7）固化土可以作為回填料局部替代混凝土結(jié)構(gòu)和回填土，而且固化土的原材料淤泥可以就地取材，采用灘涂、疏浚淤泥或廢棄污染的淤泥，來(lái)源廣泛，造價(jià)低。