淤泥固化技術在景觀生態海岸工程中的應用

馬 楠，張 石，楊艷靜

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

淤泥固化技術是通過外部添加劑改變淤泥性狀，提高淤泥強度的工藝手段，可以將沿海岸線淤泥直接轉化為資源，實現淤泥在工程中“變廢為寶”的目的。近年來砂石等建筑材料嚴重缺乏，水運工程中急需要引入滿足工程建設要求的替代材料，因此將淤泥固化技術應用于水運工程中的景觀生態海岸工程非常值得研究。

1 研究思路

通過研究國內外生態景觀海岸工程案例與文獻，分析其中主要的應用理念及結構形式。借鑒現有水運工程護岸中常用結構的設計原理與方法，結合依托工程，在設計中踐行環保生態經濟的理念，引入淤泥固化技術。通過室內與現場原位試驗的結果，對淤泥固化技術在水運景觀生態海岸工程中應用的可行性開展研究工作，積累固化土結構設計的經驗，從親水、防沖、生態、環保等方面探索淤泥固化技術在水運景觀生態海岸工程設計應用的新思路。

2 研究方案

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

圖1 淤泥固化技術研究方案

3 試驗研究

3.1 室內試驗

根據不同的固化劑種類及摻量進行分類，在現場原地取土樣，在室內制作固化土試塊，試塊為邊長70.7 mm的立方體。利用室內試驗對試塊進行強度等指標的檢測，尋找最佳的固化劑摻量方案，探求固化土強度指標與固化劑摻量的關系，從而為固化土設計指標的選取提供數據支持。

齡期為7d、14d時采取不同固化劑摻量立方體試件進行無側限抗壓強度試驗，相應采取了室內標準養護、半圓體陸側現場養護和半圓體海側現場養護三種養護方式。三種養護方式，試塊無側限抗壓強度數值見表1。

由表1可知：

表1 試件無側限抗壓強度試驗結果/MPa

1）各養護條件下試塊無側限抗壓強度隨固化劑摻量增加基本呈線性增加；

2）試塊無側限抗壓強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側限抗壓強度現場養護強度高于室內標準養護，且現場陸側和海側養護條件下試塊無側限抗壓強度區別不大。

3.2 現場原位試驗

依托工程大規模實施前，要求在現場設置試驗段，在半圓體海側和陸側各設置不小于5 m×5 m的固化土平臺，固化劑摻量按照10 %考慮。考慮到施工工藝影響，在現場設置試驗段的同時，要求同步制作現場養護試樣。試樣制作標準70 cm×70 cm×70 cm的木盒，現場摻拌，就地養護，用作對比試驗。采用現場取芯測試無側向抗壓強度試驗的方式研究施工過程如何控制固化土的設計參數。表2為不同齡期不同養護條件下固化劑10 %摻量下試塊無側限抗壓強度數值結果。

表2 試塊無側限抗壓強度結果/MPa

試塊無側限抗壓強度均隨齡期增長而增加；現場攪拌固化土時攪拌均勻度不易控制，攪拌不均易導致強度沒有規律變化，故施工工藝和現場條件均會影響到固化土的強度指標，設計時應予以考慮；10 %固化劑摻量條件，不同養護條件下14天無側限抗壓強度＞2 MPa。

4 淤泥固化技術在工程中的應用

4.1 依托工程概況

依托工程建設地點為東疆港區觀瀾路以東、新港八號路南、重慶道以北，全長約1.83 km。

工程主要包括3個與城市相連的主要節點景觀：北側入口廣場（生態濕地段）、城市沙灘廣場和節慶廣場。兩條特色濱海景觀帶：趕海拾貝和濱海長廊（酒吧街和銜接段）。為達到整體景觀效果，針對不同區段的不同功能需求，設計了不同的水工護岸結構型式，詳見圖2。

圖2 示例工程結構分段示意

4.2 復合地基

工程場地軟土穩定性和適宜性差，需經地基處理后方可進行工程建設。依托工程中節慶廣場段應用“固化土+攪拌樁復合式基礎”的地基處理方式，固化結構與基礎根據使用要求的不同分別采用抗剪強度和地基承載力特征值的檢測指標。見圖3。

圖3 固化土+攪拌樁復合式基礎示意

設計方案為：

1）在軟土地基中進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，加強下部樁體的整體性，樁體受力更為均勻協調，減小局部樁體失穩破壞的風險。

3）現場施工過程中隨機抽取地基加固區域的原狀固化土進行現場試驗和室內試驗，利用試驗結果的承載力強度指標推算出復合地基的承載力強度指標，得到固化加固后的復合地基承載力是否滿足使用要求的檢測結論。

4.3 固化土基床材料

固化土具有承載能力高、原材料來源廣泛，造價低等特點，因此利用固化土代替部分碎石基床，解決了近年來砂石等建筑材料嚴重缺乏的難題，實現了淤泥在工程中“變廢為寶”的目的。依托工程中生態濕地段和階梯親水段應用“固化土基床”的結構形式，具體做法詳見圖4，具體設計方案為：a.按照使用荷載要求計算出固化土基床的承載力強度指標。b.計算固化土基床厚度和寬度。c.對壓實度提出要求。現場施工過程中隨機抽取基床區域的原狀固化土基床進行現場試驗和室內試驗，利用試驗結果的承載力強度指標推算出固化土基床的承載力強度指標，得到固化土基床承載力和應力是否滿足使用要求的檢測結論。

圖4 固化土替代塊石基床示意

4.4 固化土回填料

利用固化土強度高，流動性好，滲透性差的特點，可以作為回填料局部替代混凝土結構和回填土。依托工程中趕海拾貝段應用“固化土替代回填料”，具體做法見圖5，具體設計方案為：a.施工時采用異位攪拌固化法，在回填區域周圍完成固化土攪拌。b.將固化土泵送到回填區域。c.采用振動棒振搗，鋪設土工格柵，整平收面。

圖5 固化土回填示意

5 設計參數及檢測的確定

綜合分析試驗結果和工程經驗，同時考慮到依托工程項目工期的緊迫性，制定如下設計參數：

1）固化劑摻量為10 %，加固后土體7～10 d無側限抗壓強度不小于0.3 MPa，28d后無側限抗壓強度不小于0.6 MPa；

2）用于擋浪設施處的固化土滲透系數≤10-5cm/s。

固化土的主要檢測內容如下：

1）無側限抗壓強度檢測：在固化土拌合回填時，采用隨機留取試塊的方式進行標準養護和同條件養護，檢測不同齡期7 d、14 d、28 d、90 d，同時根據前續檢測結果確定是否需要更長齡期的檢測；

2）均勻性檢測：采用重型動力觸探檢測均勻性，要求變異系數宜小于0.35，最大值不大于0.5，同時結合7 d動探檢測結果初判是否可進行下一步施工。

3）滲透性檢測：滲透系數檢測，不同結構位置處的固化土的滲透系數指標不同。

6 工程檢測

6.1 檢測內容

檢測各段固化土施工質量，具體檢測指標為無側限抗壓強度、剪切強度指標（內摩擦角、黏聚力）、滲透系數、地基承載力、固化土下土體指標等。參考《吹填土地基處理技術規范》（GB/T 51064-2015）中11.4.4規定按約每1 000m2一組（每組至少6個試樣）試驗進行檢測，檢測點位結合現場實際工況盡量均勻布置。同時本次固化土檢測參考實體驗證性檢測，依據《水運工程混凝土結構實體檢測技術規程》（JTS 239-2015）中3.3.1規定本次檢測每段取10%且不少于5個試樣。

6.2 檢測結論

通過固化土圓錐動力觸探試驗和室內試驗結果表明，鉆孔芯樣多為固化劑與原狀土松散混合狀態，局部膠結良好、但呈不均勻狀態。

經檢測，生態濕地段、趕海拾貝斜坡堤段、階梯親水段和城市沙灘段、節慶廣場段、出挑段和酒吧街、銜接段固化土無側限抗壓強度基本滿足設計要求，抗剪強度均≥0.6 MPa，滿足設計要求。階梯親水段和城市沙灘段、方塊段、節慶廣場段經平板載荷試驗檢測，地基承載力特征值均不低于200 kPa，滿足設計提出地基承載力指標要求。通過室內養護試塊做滲透試驗，實驗數據表明：本工程固化土滲透系數在7×10-6～3.0×10-5cm/s之間。經檢測，本項目固化土工程力學指標基本滿足設計要求，但分布呈不均勻狀態，包含泥塊及建筑垃圾，施工單位應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工程指標。

7 結語

根據國內、外固化土應用現狀及現場試驗段試驗驗證，淤泥固化技術在景觀生態海岸工程中的應用是可行的。鑒于目前國內沒有專門的固化土技術相關設計標準，應參照現行的相關規范和標準，根據項目特點及試驗段試驗數據，對固化土結構承載力及變形提出相應控制指標和要求；通過對現場試驗段的施工經驗和效果的總結，進一步優化典型段施工的工藝參數，滿足使用要求；大規模施工前應分區域進行典型段施工并根據典型段施工后的檢測結果優化大規模施工參數。

本文依托實際工程，通過室內與現場原位試驗結合得出如下結論：

1）固化后的淤泥土無側限抗壓強度均隨齡期增長而增加；各養護條件下試塊無側限抗壓強度隨固化劑摻量增加基本呈線性增加。

2）淤泥固化技術在景觀生態海岸工程中的應用是可行的。

3）施工現場氣候與水文條件會對固化土強度產生影響，此外攪拌過程中均勻性不同的固化土強度差別較大，在固化土結構設計過程中有必要對施工攪拌后固化土的均勻性進行控制。

4）依托實際工程，總結出在景觀生態海岸工程中應用淤泥固化技術的完整設計流程及檢測標準。

5）“固化土+攪拌樁復合式基礎”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，與傳統的堆載預壓和真空預壓的地基處理方式相比，前期需額外進行試驗區試驗，根據試驗結果調整固化劑內各摻量材料的具體配比方案，待固化劑方案確定后，大規模施工過程中可以顯著加快施工進度，降低工程造價。

6）固化土可以局部替代塊石基床，固化土強度可根據使用要求調整，達到提高基床承載能力和減小沉降的目的。在景觀生態海岸工程中，固化后的土體在滿足強度要求的前提下相對于傳統的砂石料可塑性更高，可加工成多種形狀，滿足景觀生態海岸工程的要求，符合國家廢棄物循環利用和美麗中國的國家戰略。

7）固化土可以作為回填料局部替代混凝土結構和回填土，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，來源廣泛，造價低。