淤泥固化技术在景观生态海岸工程中的应用

马 楠，张 石，杨艳静

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

引言

淤泥固化技术是通过外部添加剂改变淤泥性状，提高淤泥强度的工艺手段，可以将沿海岸线淤泥直接转化为资源，实现淤泥在工程中“变废为宝”的目的。近年来砂石等建筑材料严重缺乏，水运工程中急需要引入满足工程建设要求的替代材料，因此将淤泥固化技术应用于水运工程中的景观生态海岸工程非常值得研究。

1 研究思路

通过研究国内外生态景观海岸工程案例与文献，分析其中主要的应用理念及结构形式。借鉴现有水运工程护岸中常用结构的设计原理与方法，结合依托工程，在设计中践行环保生态经济的理念，引入淤泥固化技术。通过室内与现场原位试验的结果，对淤泥固化技术在水运景观生态海岸工程中应用的可行性开展研究工作，积累固化土结构设计的经验，从亲水、防冲、生态、环保等方面探索淤泥固化技术在水运景观生态海岸工程设计应用的新思路。

2 研究方案

为探索淤泥固化技术在景观生态海岸工程中应用的可行性，拟制定研究方案如图1所示。

图1 淤泥固化技术研究方案

3 试验研究

3.1 室内试验

根据不同的固化剂种类及掺量进行分类，在现场原地取土样，在室内制作固化土试块，试块为边长70.7 mm的立方体。利用室内试验对试块进行强度等指标的检测，寻找最佳的固化剂掺量方案，探求固化土强度指标与固化剂掺量的关系，从而为固化土设计指标的选取提供数据支持。

龄期为7d、14d时采取不同固化剂掺量立方体试件进行无侧限抗压强度试验，相应采取了室内标准养护、半圆体陆侧现场养护和半圆体海侧现场养护三种养护方式。三种养护方式，试块无侧限抗压强度数值见表1。

由表1可知：

表1 试件无侧限抗压强度试验结果/MPa

1）各养护条件下试块无侧限抗压强度随固化剂掺量增加基本呈线性增加；

2）试块无侧限抗压强度随龄期的增加而增加；

3）相同固化剂掺量下各龄期均显示出试块无侧限抗压强度现场养护强度高于室内标准养护，且现场陆侧和海侧养护条件下试块无侧限抗压强度区别不大。

3.2 现场原位试验

依托工程大规模实施前，要求在现场设置试验段，在半圆体海侧和陆侧各设置不小于5 m×5 m的固化土平台，固化剂掺量按照10 %考虑。考虑到施工工艺影响，在现场设置试验段的同时，要求同步制作现场养护试样。试样制作标准70 cm×70 cm×70 cm的木盒，现场掺拌，就地养护，用作对比试验。采用现场取芯测试无侧向抗压强度试验的方式研究施工过程如何控制固化土的设计参数。表2为不同龄期不同养护条件下固化剂10 %掺量下试块无侧限抗压强度数值结果。

表2 试块无侧限抗压强度结果/MPa

试块无侧限抗压强度均随龄期增长而增加；现场搅拌固化土时搅拌均匀度不易控制，搅拌不均易导致强度没有规律变化，故施工工艺和现场条件均会影响到固化土的强度指标，设计时应予以考虑；10 %固化剂掺量条件，不同养护条件下14天无侧限抗压强度＞2 MPa。

4 淤泥固化技术在工程中的应用

4.1 依托工程概况

依托工程建设地点为东疆港区观澜路以东、新港八号路南、重庆道以北，全长约1.83 km。

工程主要包括3个与城市相连的主要节点景观：北侧入口广场（生态湿地段）、城市沙滩广场和节庆广场。两条特色滨海景观带：赶海拾贝和滨海长廊（酒吧街和衔接段）。为达到整体景观效果，针对不同区段的不同功能需求，设计了不同的水工护岸结构型式，详见图2。

图2 示例工程结构分段示意

4.2 复合地基

工程场地软土稳定性和适宜性差，需经地基处理后方可进行工程建设。依托工程中节庆广场段应用“固化土+搅拌桩复合式基础”的地基处理方式，固化结构与基础根据使用要求的不同分别采用抗剪强度和地基承载力特征值的检测指标。见图3。

图3 固化土+搅拌桩复合式基础示意

设计方案为：

1）在软土地基中进行固化土搅拌桩施工；

2）固化土搅拌桩上部施工固化土平台，加强下部桩体的整体性，桩体受力更为均匀协调，减小局部桩体失稳破坏的风险。

3）现场施工过程中随机抽取地基加固区域的原状固化土进行现场试验和室内试验，利用试验结果的承载力强度指标推算出复合地基的承载力强度指标，得到固化加固后的复合地基承载力是否满足使用要求的检测结论。

4.3 固化土基床材料

固化土具有承载能力高、原材料来源广泛，造价低等特点，因此利用固化土代替部分碎石基床，解决了近年来砂石等建筑材料严重缺乏的难题，实现了淤泥在工程中“变废为宝”的目的。依托工程中生态湿地段和阶梯亲水段应用“固化土基床”的结构形式，具体做法详见图4，具体设计方案为：a.按照使用荷载要求计算出固化土基床的承载力强度指标。b.计算固化土基床厚度和宽度。c.对压实度提出要求。现场施工过程中随机抽取基床区域的原状固化土基床进行现场试验和室内试验，利用试验结果的承载力强度指标推算出固化土基床的承载力强度指标，得到固化土基床承载力和应力是否满足使用要求的检测结论。

图4 固化土替代块石基床示意

4.4 固化土回填料

利用固化土强度高，流动性好，渗透性差的特点，可以作为回填料局部替代混凝土结构和回填土。依托工程中赶海拾贝段应用“固化土替代回填料”，具体做法见图5，具体设计方案为：a.施工时采用异位搅拌固化法，在回填区域周围完成固化土搅拌。b.将固化土泵送到回填区域。c.采用振动棒振捣，铺设土工格栅，整平收面。

图5 固化土回填示意

5 设计参数及检测的确定

综合分析试验结果和工程经验，同时考虑到依托工程项目工期的紧迫性，制定如下设计参数：

1）固化剂掺量为10 %，加固后土体7～10 d无侧限抗压强度不小于0.3 MPa，28d后无侧限抗压强度不小于0.6 MPa；

2）用于挡浪设施处的固化土渗透系数≤10-5cm/s。

固化土的主要检测内容如下：

1）无侧限抗压强度检测：在固化土拌合回填时，采用随机留取试块的方式进行标准养护和同条件养护，检测不同龄期7 d、14 d、28 d、90 d，同时根据前续检测结果确定是否需要更长龄期的检测；

2）均匀性检测：采用重型动力触探检测均匀性，要求变异系数宜小于0.35，最大值不大于0.5，同时结合7 d动探检测结果初判是否可进行下一步施工。

3）渗透性检测：渗透系数检测，不同结构位置处的固化土的渗透系数指标不同。

6 工程检测

6.1 检测内容

检测各段固化土施工质量，具体检测指标为无侧限抗压强度、剪切强度指标（内摩擦角、黏聚力）、渗透系数、地基承载力、固化土下土体指标等。参考《吹填土地基处理技术规范》（GB/T 51064-2015）中11.4.4规定按约每1 000m2一组（每组至少6个试样）试验进行检测，检测点位结合现场实际工况尽量均匀布置。同时本次固化土检测参考实体验证性检测，依据《水运工程混凝土结构实体检测技术规程》（JTS 239-2015）中3.3.1规定本次检测每段取10%且不少于5个试样。

6.2 检测结论

通过固化土圆锥动力触探试验和室内试验结果表明，钻孔芯样多为固化剂与原状土松散混合状态，局部胶结良好、但呈不均匀状态。

经检测，生态湿地段、赶海拾贝斜坡堤段、阶梯亲水段和城市沙滩段、节庆广场段、出挑段和酒吧街、衔接段固化土无侧限抗压强度基本满足设计要求，抗剪强度均≥0.6 MPa，满足设计要求。阶梯亲水段和城市沙滩段、方块段、节庆广场段经平板载荷试验检测，地基承载力特征值均不低于200 kPa，满足设计提出地基承载力指标要求。通过室内养护试块做渗透试验，实验数据表明：本工程固化土渗透系数在7×10-6～3.0×10-5cm/s之间。经检测，本项目固化土工程力学指标基本满足设计要求，但分布呈不均匀状态，包含泥块及建筑垃圾，施工单位应做好固化土的混凝土包封工作，避免海水侵蚀弱化固化土的相关工程指标。

7 结语

根据国内、外固化土应用现状及现场试验段试验验证，淤泥固化技术在景观生态海岸工程中的应用是可行的。鉴于目前国内没有专门的固化土技术相关设计标准，应参照现行的相关规范和标准，根据项目特点及试验段试验数据，对固化土结构承载力及变形提出相应控制指标和要求；通过对现场试验段的施工经验和效果的总结，进一步优化典型段施工的工艺参数，满足使用要求；大规模施工前应分区域进行典型段施工并根据典型段施工后的检测结果优化大规模施工参数。

本文依托实际工程，通过室内与现场原位试验结合得出如下结论：

1）固化后的淤泥土无侧限抗压强度均随龄期增长而增加；各养护条件下试块无侧限抗压强度随固化剂掺量增加基本呈线性增加。

2）淤泥固化技术在景观生态海岸工程中的应用是可行的。

3）施工现场气候与水文条件会对固化土强度产生影响，此外搅拌过程中均匀性不同的固化土强度差别较大，在固化土结构设计过程中有必要对施工搅拌后固化土的均匀性进行控制。

4）依托实际工程，总结出在景观生态海岸工程中应用淤泥固化技术的完整设计流程及检测标准。

5）“固化土+搅拌桩复合式基础”作为地基处理的方式适用于淤泥层较厚，含水量较大的软土地基，与传统的堆载预压和真空预压的地基处理方式相比，前期需额外进行试验区试验，根据试验结果调整固化剂内各掺量材料的具体配比方案，待固化剂方案确定后，大规模施工过程中可以显著加快施工进度，降低工程造价。

6）固化土可以局部替代块石基床，固化土强度可根据使用要求调整，达到提高基床承载能力和减小沉降的目的。在景观生态海岸工程中，固化后的土体在满足强度要求的前提下相对于传统的砂石料可塑性更高，可加工成多种形状，满足景观生态海岸工程的要求，符合国家废弃物循环利用和美丽中国的国家战略。

7）固化土可以作为回填料局部替代混凝土结构和回填土，而且固化土的原材料淤泥可以就地取材，采用滩涂、疏浚淤泥或废弃污染的淤泥，来源广泛，造价低。