海沧内湖清淤及配套工程围堰基础处理设计及施工

许伟光

摘 要：文章以实际工程为例，通过内湖清淤将部分底泥进行处理及回填，回填场地所需的围堰基础采用固化方式处理，对围堰基础施工进行详细的探讨，结果表明通过浅层搅拌固化的方式对围堰基础进行处理是切实可行的。

关键词：地基处理 浅层搅拌 淤泥固化

1.工程概况

本工程位于福建省厦门市海沧区，海沧内湖清淤工程量约为70万m3，新建临时围堰总长约为1.1km。要求围堰地基处理后7d后无侧限抗压强度≥0.1MPa。

临时围堰位于城市观景平台建设区域范围内，地势低且较为平坦，根据相关钻孔资料显示，主要表层覆盖了②淤泥、残积粘性土⑤（Qel），厚度约1～20m。

2.围堰基础设计

2.1围堰基础地基处理方案比选

（1）换填法。换填法是将场区内性质差的淤泥全部挖除，然后采用性质较好的填料回填。该方案的难度主要是大量淤泥如何异地弃置及大量换填料来源问题。

该方案的优点是技术可靠，所形成地基的整体性好，造地和地基处理基本一次完成，仅对回填层密实处理即可。无需另外再进行专门的软基处理。缺点是对环境影响大，厦门周边目前尚无合适的弃泥点；另外该方案需要增加相应的场外运进的填料用量，所需料源有待进一步调查，开山取料也会对环境产生不利影响。

（2）排水固结法。排水固结法是直接对现有泥面下淤泥进行预压处理。原理是先适当增加土体总应力，固结过中排出孔隙水，在总应力不变条件下降低孔隙水压力，增加有效应力，从而提高地基承载力降低软土变形的一种方法，根据加载方式和施工工艺不同，排水固结法又可以细分为堆（超）载预压法、真空预压法、真空联合堆载预压法、静动联合固结法、无砂垫层真空预压法等多种技术。目前比较成熟和常见的方法为堆载预压、真空预压和真空联合堆载预压，静动联合固结、无砂垫层真空预压法在厦门地区有一些成功的案例。

总之，排水固结法技术的共同优点是：能分利用场地内的淤泥，比全部换填方案节省了额外的场外运进的填料方量，同时减少了淤泥的开挖处理量；施工方法相对简单，对周边环境影响小，施工技术成熟；适用于大面积软基处理，造价低。缺点是：地基处理工期相对较长。

（3）复合地基法。复合地基则采用类似于桩等竖向加固体，穿过淤泥层，进入软土下卧层持力层，连同复合地基设置的垫层等共同作用，将场地的填土荷载、使用荷载大部分传递到下卧持力层，达到减少淤泥层沉降，提高软土层地基承载力的目的。

工程实践表明，只要施工质量有保证，复合地基处理的工程效果良好。重要的是与排水固结法相比复合地基施工工期较短，虽然造价较高，但在工期方面有较大优势。

复合地基的竖向加固体主要有：水泥搅拌桩、刚性桩、碎石桩和砂石桩、石灰桩等。

（4）淤泥固化法（浅层搅拌）。淤泥固化法是通过往淤泥中添加适量固化剂，然后用机械设备快速使固化剂与淤泥搅拌均匀，快速充分固化。达到降低土体含水量，提高承载力，减少工后沉降的目的。

上述地基處理方式在技术上都适用于本工程，但考虑到工期、工程所处区域、工程质量、后期永久护岸建设、工程造价、施工安全等因素，本工程最终决定选取淤泥固化（浅层搅拌）作为围堰地基处理方式。

2.2围堰设计及稳定性验算

（1）荷载。由于本工程围堰为临时围堰，荷载仅考虑施工期荷载，为5kN/m2。

（2）主要计算参数。天然淤泥：天然重度γ为16.0kN/m3；C粘聚力为11.6kPa；Φ内摩擦角为1.7°。地基固化土：天然重度γ为16.0kN/m3；C粘聚力为30kPa；Φ内摩擦角为1°。

（3）计算原理。根据《水运工程地基设计规范》（JTS 147-2017），采用简单条分法验算临时围堰的的整体稳定性，按照持久工况进行计算。典型断面稳定性验算结果见图1。

3.围堰基础施工

（1）处理要求。根据围堰整体稳定的需求，要求处理后的地基土7d后无侧限抗压强度≥0.1MPa。

（2）处理区域的划分。根据施工场地的地质情况，结合考虑到原位固化处理地基的深度是有限的。将处理区域划分为表层淤泥厚度<6m区域及表层淤泥厚度>6m区域。处理的原则分别为表层淤泥厚度<6m的区域，对表层淤泥进行固化处理，处理深度为穿透淤泥进入下卧层0.5m。表层淤泥厚度>6m的区域，处理深度≥6m。

（3）施工设备。本工程选取浮箱履带式挖掘机配装搅拌装置作为原位固化施工设备。采用2台原位固化设备，将供料系统以及发电设备等进行组装，主要设备有搅拌头、浮箱履带式挖掘机、后台及料罐。将搅拌头与挖掘机进行连接，连通输料管道。

（4）固化剂配比。固化剂的配比具有一定的随机性，设计上不对配比进行要求。根据施工单位自身的经验进行选择，以保证工程质量，成本最优为原则，作为地基原位固化固化剂配比使用。

（5）施工方案。①施工机械组装。要求输送固化剂管道以直线最短，少走弯路，随进度增加或减少管道长度为原则，保证管道最佳流速。②根据确定好的固化试剂的调配，结合设备搅拌的尺寸（半径、长度、宽度等）及设计搅拌深度，计算出设备每次（一个点）打设的各种固化剂及水泥的用量，使地基固化后满足设计强度要求。搅拌固化依次按排进行，垂直于轴线方向，完成第一排再进行第二排的搅拌固化，上一搅拌点与下一搅拌点进行搭接，搭接长度10cm，下一排与上一排搭接宽度10cm。③施工测量放样。施工以15m作为一个施工节点。放样遵循5m一个标进行放样，标杆之间用尺绳连接。施工设备行驶至施工地点，根据放样标志定位搅拌头。打设设备行走方向应平行于放样方向。定好位置通知配料室可以进入到施工状态。④根据试验确定的固化配比，向每个料罐里添加固化试剂。开启设备，操作人员根据固化试剂配比将固化试剂注入到搅拌设备里并添加配方要求水泥用量，加水进行充分搅拌。⑤每次搅拌的量为一个打设施工点的用量，根据输送管道流量，计算出每个打设点充灌固化剂进行搅拌的时间t=打设点用量V/管道每分钟流量Q，以此控制每点固化剂的添加量达到预定要求。待确认原位固化搅拌设备具备施工条件之后，操作室开始将搅拌好的固化剂泵送至固化搅拌头，输送流量匀速均匀。⑥固化剂泵送至固化搅拌头设备管道出口时，开始进行固化搅拌施工。施工时注意下搅和提升速度及搅拌头的搅拌速度，确保搅拌均匀。⑦上下搅拌，固化剂泵送量满足设备上下搅拌的时间。以确保每个点位的搅拌均匀。待达到设计深度要求，开始进行下一点施工。

（6）取样及检测。①取样要求。为保证及检验围堰基础结构固化施工质量，对固化后的地基土原地养护7d后，原位取样检测固化土样的强度。对地基处理固化施工质量进行抽样检测检查，3000m3为一组，每组抽取10个样本，地基处理无侧限抗压强度检测从地基处理表层至底面每间隔50cm取样。②取样分布。临时围堰总长1.1km，共检测32个孔。每个钻孔自上而下每延米进行取样检测。③检测成果。根据第三方检测结果，32个钻孔所有样本无侧限抗压均>0.1MPa的要求。

4.结束语

综上所述，对于工期要求较高的临时围堰，对基础进行浅层搅拌处理，能有效保证工期并满足质量安全要求。对于软弱土层较薄区域（5～8m），浅层搅拌的处理效果与其他厚度土层相比，效果较好。本工程临时围堰采用浅层搅拌处理，单价约为100～130元/m3，远低于其他复合地基处理工法的价格。

参考文献：

[1]JTS 147-2017，水运工程地基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2017.

[2]龚晓南.地基处理手册[M]. （第三版）.北京：中国建筑工业出版社，2008.