吹填土原位固化在中新天津生态城滨海旅游区项目中的应用

2015-03-05雷旭丽王林松

城市道桥与防洪 2015年10期

魏宏，雷旭丽，王林松

（天津城建设计院，天津市300122）

0 引言

吹填土又名冲填土，是在航道整治和疏浚时绞吸船把原状淤泥在水中搅拌成一定比例浓度的泥浆，经过水力吹填而成的沉积土。通过吸泥管吸取的海底泥浆具有含水含盐量高、孔隙比大、压缩性强和排水固结时间长等不良工程地质特征。

滨海旅游区位于中新天津生态城，濒临渤海。表层主要以吹填土为主，其浅层地质属第四纪海相为主的成因相类型。该地区土质呈现典型的“三高三低”特征，即高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度、低渗透性、低固结系数，是典型的软土，对道路沉降及稳定性影响较大。

同时，该地区软土含盐成份大，且沿地表以下深度及与海岸距离的不同，土体含盐量分布也不均匀，土体特性差异显著，对整个滨海旅游区的地基处理、场地排水、绿化排盐、土资源利用等等都是一个很大的挑战。

由于天津城建设计院先后中标中新天津生态城滨海旅游区东堤路项目，本文主要以滨海旅游区东堤路在建项目为研究对象，东堤路长度为3.1 km，城市次干路，固化土深度为1.5 m，满足工后沉降的要求。

以“吹填土原位固化技术”作为设计背景；“吹填土原位固化技术”作为一门新材料新技术，它的使用将大大降低投资成本，并能很好地解决土源就地利用问题。

1 吹填土特征

东堤路沿线场地是围海造陆的吹填区（见图1），吹填土厚度4.2～6.5 m，吹填年限约3 a，且未经过真空预压。同时吹填土以下还有3.6～5.7 m厚的浅海相沉积层（淤泥质粘土）。上述土层天然孔隙比大于1、天然含水量一般在35%以上，局部区域天然含水率高达50%以上、压缩系数大、透水性差、抗剪强度低等等，且均为流塑状态，地基承载力较低，其高含水率是该区域最为显著的特征，也是影响着其他性能的主要原因。

含水率的高低严重影响其力学性能。土体抗剪强度作为结构设计最重要的参数，受含水率影响较大，随着吹填土中含水率增大，其呈降低趋势。高含水率亦影响土体粘聚力，使土颗粒间作用力减弱。研究表明，淤泥的粘聚力与液限和含水率之差呈正比，表明粘聚力受含水率影响。

2 传统路基处理与固化土路基处理方案对比

根据天津滨海新区总体发展规划，除航道、港池外，5 m等深线内的海域将全部吹填成陆，目前已进入了吹填造陆的高峰期，吹填地域已由高滩涂向低滩浅海推进。由于吹填泥浆含水量高、容重小、孔隙比大、强度极低的特点，吹填后表面为流态，基本无承载能力，施工车辆无法进入场地施工。同时传统的真空预压方法在吹填后，需要经过自然沉积固结2～3 a，表层形成具有一定承载力硬壳后，才能使用机械进行地基处理，而处理加固还需近1 a左右时间，随着天津滨海新区快速发展建设对土地资源的迫切需求，传统的真空预压处理吹填地基的方法，无论在技术可性行上还是工期上都满足不了滨海新区快速发展的需要（见图2、图 3）。

图2 东堤路现场实景（一）

图3 东堤路现场实景（二）

另外，天津滨海新区缺乏真空预压处理方法中设置水平排水层所需的砂源。所以，目前天津滨海新区吹填超软地基处理技术的改进和创新己成为亟待解决的问题。

2.1 打坝清淤换填

打坝清淤换填山皮土。山皮土厚度应根据现场确定,满足施工机械能够施工作业即可，然后按序施做路基路面结构（见图4）。

特点：山皮土后期强度较低，工后沉降不满足规范要求且造价高。

图4 打坝路基处理方案图

2.2 真空预压浅层换填

先真空预压，达到交工验收标准后，清淤换填山皮土作为路基承托层，然后按序施做路基路面结构层（见图5）。

图5 真空预压浅层换填路基处理方案图

特点：真空预压工期较长，工期不能保证且造价高，后沉降能满足规范要求。

2.3 原位固化路基（见图6）

图6 原位固化路基处理方案图

特点：

（1）避免山皮土开山炸石，保护环境。

（2）避免石料运输对现状道路的损坏。

（3）避免清淤工程量，同时避免了淤泥运输与处置。

（4）固化土后期强度高。

（5）工期较短。

（6）工后沉降能够满足要求。

（7）造价相对较低。

综上所述：

结合天津滨海新区总体发展规划，以及滨海旅游区吹填土特点，冲填土原位固化技术能够很好地解决软土地基处理技术的要求。固化土技术在国内有多年的研究经历，但没有得到一个很好的推广。事实证明：固化土技术不论在固化剂本身的技术领域还是施工工艺领域，还是有一定的局限性，所以值得人们继续在这个领域研究和探索。

3 冲填土原位固化土原理与特点

3.1 固化剂材料

经过筛选比较，该课题拟采用粉质固化剂作为该课题的研究材料，主要成分为：水泥、矿粉，及其少量的石灰、激发剂、分散剂、表面活性剂。该固化剂所采用的各组分均为市售商品或容易得到的工业排放物，制作成本较低，同时进行淤泥固结处理时的掺加量少，固结体强度高、耐水性能好，可广泛地应用于清淤淤泥的固化处理、公路基层土的强化和水体底部泥层的防渗漏处理等。

3.2 固化原理

在冲填土中添加固化剂，进行搅拌混合，制成冲填固化土。掺入的固化剂与冲填土之间发生一系列物理、化学作用，产生的胶凝性水化物使松散的土颗粒胶结为一体．并不断凝结硬化，从而使冲填土分散的单元结构渐变为具有一定整体强度的结构。经该技术处理后的冲填土固化后孔隙比减小，含水率降低，压缩性减小，其强度和稳定性较之冲填土有极大幅度的提高。

3.3 固化土特点

（1）该固化剂适用于各种土质条件的表层、深层土体改良。人们常见的粉细砂、淤泥、淤泥质土、盐碱土、腐殖土等等，经过固化处理后均可达到良好的效果。它具备了水泥、石灰、粉煤灰等普通胶凝材料无法比拟的优良特性。

其次，该固化剂的应用范围极其广泛。经过固化剂处理后土体可以产生很好的力学性能（强度高、板体性好、耐久性好、收缩率低、水稳定性好等），并且具有很强的抗冻融性，所以它可以广泛应用到各类基建项目中。如道路基层和底基层（含城市主干路、一级公路）、高等级公路底基层及软土路基处理、铁路路基处理、大坝护坡防水墙（适用新建）、蓄水库库底防渗防漏、水渠渠底衬砌、水库坝顶道路、加固地基、学校操场、运动场、油田井场、停车场、大型承重货场、集装箱场地、机场、抗洪抢险快速造路（碾压4 h后即可通车）、快速治理城市翻浆道路、沿海地区的含盐淤泥处理等等。

（2）该固化剂是一种绿色环保、低碳可持续的新型材料。在工程中广泛使用固化剂既可以降低对常规建筑材料的大量依赖，从而减少对施工现场、周边运输路网，以及料源环境的污染和破坏，同时又可以节省大量能源、资源，是一种循环、可持续发展的新型首选材料，它的广泛应用将产生积极的社会效益。从今以后，也许人们不再需要采取“拆东墙补西墙”式的拙劣方法挖取其他土地资源来换取建设区域内的新增土地，而是直接把一片片淤泥潭固化成城市道路、休闲广场、楼房基础、集装箱码头等等；也许人们不再需要大肆开山爆破浪费资源和污染环境了；也许人们不再面临因为大量材料运输导致“建设一条路压坏周边两条路”的窘境了……

（3）该固化剂的使用受外界条件限制较小。由于固化剂的用量较少（一般在8%～14%之间），不会造成供料不及时影响工期的现象，同时也不会增加周边路网的交通运输压力；更主要的是它的使用基本不受天气条件限制：除了较大风雨天气均可作业，而且在冬季（极寒天气除外）施工基本不受影响。2010年1-3月份，唐山湾生态城八里滩上水渠中桥现浇排架的地基处理就是在最低-18℃的条件下施工完成的，经检测各项指标均达到或超过了设计要求，固化处理后的地基未经其他任何处理（一般情况下桥梁现浇排架下的地基都需要进行垫钢板、方木、加铺混凝土垫层等措施）而直接架设了排架，既满足了设计要求和施工的实际需要，同时又节省了大量资金和压缩了工期。

（4）该固化剂的使用可以取得很高的经济效益。采用固化剂处理后可以大大降低工程造价，这也是值得推广的重要因素之一。