浅析填海造地区软基处理方案

2021-01-05柯河山

江西建材 2020年12期

关键词：浮筒侧限试桩

柯河山

华设设计集团股份有限公司厦门分院，福建厦门 361000

0 引言

随着社会经济的高速发展、城市化建设的需要，以及用地紧缺、征拆困难的条件下，沿海城市填海造地项目也逐渐增多，软基处理工程方案较多种，本文针对填海造地区软基处理工程（浮筒式水泥搅拌桩）方案进行分析。

1 工程概况

本项目位于福建省东南部厦门市境内东南部沿海翔安区莲河片区，是片区内一条南北走向主干路网骨架的重要组成部分，主要承担对外交通功能。本项目道路等级为城市主干路，设计速度为60km/h，道路标准断面红线宽度43m，道路全长约2.81km，其中软基处理范围约1.1km 在造地莲河吹填区。现状土地主要由农田、村庄、鱼塘、吹填区及村镇工业用地组成，其中北区主要包括农田、村庄和工厂，南区主要有吹填造地区，现状土地开发利用情况较少。

2 浮筒式水泥搅拌桩方案分析［1-2］

2.1 设计前期现状条件

项目在设计阶段时，软基处理范围位于造地莲河吹填区：场地原始地貌为海湾滩涂，主要为养殖鱼塘、盐田等，原始标高约在-1.0～2.0m 之间，该场地主要为吹填淤泥，标高约在5.5m。吹填淤泥分为三种状态：软塑状吹填淤泥、流塑状吹填淤泥、流泥，其中流泥的状态为最差含水量接近100%，流塑状吹填淤泥含水量达78%，软塑状吹填淤泥含水量接近60%；另外下伏原状淤泥含水量达65%；施工机械无法进场。

2.2 浮筒式搅拌桩简介

浮筒式搅拌桩（螺旋式淤泥固化机），是一种采用螺旋式淤泥固化机具有可以在滩涂地上行走的施工作业设备，主要包括海涂面行走系统、高压原料输送系统、旋转旋喷搅拌系统、双动力驱动系统组成，高压原料输送系统将连接旋转+高压旋喷搅拌系统，搅拌系统将固结剂与超软基础进行充分混合搅拌，在双动力驱动系统的作用下，滩涂面行走系统根据施工流程在软基上连续作业，最终实现软基的快速固结处理［3-4］。

在浙江已经有大量应用，与常规搅拌桩相比，浮筒式搅拌桩实现了可以在淤泥软土上、陆上及水上施工，对地基承载力无任何要求［4］，可直接在淤泥上施工无需满足60kPa 进场条件（减少砂便道），采用高压旋喷搅拌系统搅拌动力强，但搅拌桩水灰比高，水泥用量稍大，可提高成桩质量，缩短工期，优化造价。在福建属于新工艺产品应用较少，但在全国范围已经有广泛应用。

2.3 水泥搅拌桩试验设计方案

因本项目周边地块尚未形成，正处于大力开发时期，是片区进出场地的主要交通要道，交通量载荷力大，作为省市重点工程工期时间较紧迫，因此采用周期短、质量高满足设计要求的水泥搅拌桩处理方案。

鉴于本项目道路在吹淤造地范围内建设，其地质现状属流泥状态，与自然形成淤泥有所不同，在以往道路处理上没有类似经验可借鉴（在吹填造地未初步处理的条件下，直接用水泥搅拌桩一次性处理）；因此，开展试验路段施工，观测试验成果，有利于为全市道路软基处理提供参考经验［5］。

2.3.1 室内配合比试验方案

参照江苏连云港海相软土，宁波和温州吹填地基搅拌桩加固的水泥掺量，在高含水率工况下水泥掺量一般为15%～18%，考虑到吹填软土初始含水率能达到80%～100%，水泥掺量预估为18%以上。水泥土配合比初步方案如下：

（1）水泥用量：以15%为基准值，向上浮动3%、5%，即15%，18%和20%，成桩现场28d 强度在0.6MPa 左右；

（2）水灰比：按工程经验按0.7 取。

以15%，18%和20%的掺量对吹填土进行配合比试验，明确加固效果，进行现场试桩。配合比试验按7 天，14d 和28d龄期进行制备和测试。配合比试验期间主要开展无侧限抗压强度试验。获得最优配比后，以最优配比和掺量固化吹填软黏土，进行压缩和抗剪强度试验，为后续沉降计算和稳定性分析提供参数。

2.3.2 室内配合比试验结果

通过室内配合比试验方案，开展了室内配合比无侧限抗压强度试验，结果如下表1 所示：

表1 室内无侧限抗压强度结果 MPa

图1 室内无侧限抗压强度结果

根据图3，15%、18%、20%三个配比的水泥固化吹填土28d 强度分别为0.97、1.25、1.50MPa。考虑到现场施工搅拌均匀性与室内工况存在较大区别，可导致现场强度折减（传统搅拌桩现场强度一般为室内强度的1/2），设计现场目标强度为0.6MPa，经综合考虑选，取18%、20%配比开展现场试桩工作。

2.3.3 试桩工艺选择

本次试桩采用浮筒式水泥搅拌桩施工工艺。鉴于本项目软土层含水量高，孔隙比大，具高压缩性、高灵敏度的特点，根据相关地基处理经验及专业分析，拟提出大直径固化桩+水泥（掺入或添加适量外掺剂）方案，设计桩径0.8m，采用四搅两喷施工工艺。

2.3.4 试桩参数及要求

水泥搅拌桩处理深度按吹填高程+设计桩长控制。本工程水泥搅拌桩采用螺旋式淤泥固化机施工，其试桩要求如下：

（1）本次试桩水泥搅拌桩的原材料及水灰比：水泥采用强度等级为42.5 级的普通硅酸盐水泥，水泥掺量为18%和20%，水灰比0.7。

（2）外掺剂：根据室内试验结果添加适量外加剂。

（3）水宜采用饮用水，pH 值不得小于4。

（4）水泥搅拌桩采用双轴浮筒式水泥搅拌桩，采用四搅两喷，桩径0.8m，应进入持力层至少50cm。

（5）水泥搅拌桩中心间距为d=1.8m，呈正三角形布置。

（6）强度要求：水泥搅拌桩单桩承载力≥12 吨（0.8m 直径），复合地基承载力≥80kPa。桩体水泥土28d 齡期室内无侧限抗压强度不应小于0.8MPa，现场不得小于0.6MPa。

2.4 成桩质量检查

（1）搅拌桩质量控制应贯穿施工全过程，应坚持全程的施工监理。施工过程中随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、内外钻杆转速、搅拌机提升和下沉速度、停浆处理方法和单桩施工时间等。

（2）施工准备阶段应对原材料质量、计量设备、搅拌叶片的伸展直径和机械性能进行检查。

（3）施工前应检查桩位放样偏差，其容许偏差应控制在±50mm。

（4）施工过程中应检查桩架的垂直度、机架底盘的水平度、水泥浆比重、搅拌机提升和下沉速度以及钻机下沉最后30s 的电流和钻进速度等。

（5）单桩施工结束后，应对单桩水泥用量以及单桩施工时间进行检查，其中单桩水泥用量不得小于设计值，单桩施工时间不小于由工艺性试桩确定的时间。

2.5 桩身质量检测

（1）水泥搅拌桩成桩14 天后进行取芯进行室内无侧限抗压强度测试；28 天后再次芯进行室内无侧限抗压强度测试，并进行静载试验。在取芯过程中，宜同时进行标贯测试。

（2）检测位置及数量：随机抽取，检测数量根据水泥搅拌桩规范确定。

2.6 试桩结论

通过成桩质量检查、桩身质量检测、静载试验：无侧限抗压强度＞0.8Mpa；从单桩承载力检测结果来看，根据《建筑地基检测技术规范》［6］JGJ340-2015 第6.4.2 条规定，水泥搅拌桩竖向增强体单桩承载力特征值均取最大加载量的一半即120kN，实际大于120kN；根据《建筑地基检测技术规范》JGJ340-2015 第5.4.3 条规定，水泥搅拌桩单桩复合地基承载力特征值均取最大试验荷载的一半即80kPa，实际大于80kPa。结果表明无侧限抗压强度、单桩承载力和复合地基承载力均满足设计要求，在设计阶段可采用桩径0.8m、18%以上的水泥含量进行设计。

因吹填区主要为吹填淤泥，常规机械难以进场，本次采用浮筒式水泥搅拌桩一次处理进行设计（即未经过真空预压，机械直接进场进行搅拌桩施工）。它作为吹淤造地区域的道路软基处理方式，具有工期短，施工快捷，经济效益高等优点，处理效果综合优于传统方式，因此使用浮筒式水泥搅拌桩进行软基处理具有可行性，可做为该类吹填淤泥地基处理的一种优选方案。

3 比选方案分析

传统的施工方法中较为常见的是塑料板排水、堆载预压固结法，当在具体施工过程中的插塑料排水板、粗砂垫层和填土等环节容易导致质量问题，而且工期较长。设计单位采用水泥搅拌桩是出于在满足要求的基础上，从减少工期及优化造价方面考虑，本文针对填海造地区软基处理工程提出了以《浮筒式水泥搅拌桩》处理的设计、施工方案，且在吹填淤泥尚未预处理的情况下，常规机械无法进场施工，但本机械具有在吹填淤泥上直接进场施工的能力。