大规模陆地深层水泥搅拌桩溢出物处理方法

朱鼎，李翔

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290）

0 引言

香港国际机场第三跑道填海工程是在现有机场的北侧海域采用填海造地的方式进行的扩建工程，由于填海造地区域淤泥层厚度大、范围广，同时机场项目工后沉降要求严格，为了满足项目工期、质量的要求，软土地基处理采用了处理效果好的陆地深层水泥搅拌桩（Land Deep Cement Mixing，简称陆地DCM）[1]工艺。但陆地DCM 在实施过程中产生了大量不满足项目回填材料要求的泥水溢出物，无法直接作为回填材料使用，同时溢出物外运存在工程量大、成本高且无合适堆放场地的情况，如何快速处理溢出物[2]，已成为项目施工过程中面临的一大难题。

传统的陆地DCM 桩主要应用于基坑工程的止水帷幕、挡土墙，陆地DCM 桩的工程量一般较少，产生的溢出物少，对于陆地DCM 桩的溢出物处理的研究不多[3]，可供参考的资料较少[4]，常规做法都是作为建筑废料直接外运至建筑废料堆放区。本项目的陆地DCM 桩范围广，产生的溢出物工程量大，面对如此大量的溢出物外运已不可能，处理的思路便是废物利用，让溢出物成为合格的回填材料[5]。

本文主要分析如何有效利用大规模陆地DCM桩溢出物，通过对大规模陆地DCM 桩群溢出物的处理方法的探讨，可为后续类似项目提供相应的经验。

1 陆地DCM 桩溢出物概况

1.1 主要特点

陆地DCM 桩施工过程中产生的溢出物，含水率极高，刚刚产生阶段完全呈流态，基本以淤泥为主[6]，经过一段时间静置及晾晒后，表层部分会形成结块，有一定的承载力，但内部仍为承载力差、压缩性大、透水性差的软泥，长时间的晾晒堆放只能对溢出物表层有所影响，内部并无很大的改善。

1.2 工程量

本项目的陆地DCM 桩采用四轴搅拌设备施工，陆地DCM 桩的施工总面积约为208.6 万m2，工程量约为7.0 万根，参见图1 陆地DCM 桩施工区域。

图1 陆地DCM 桩施工区域Fig.1 The construction area of land-based DCM pile

本项目的陆地DCM 桩在+3.0 mPD（PD 为香港高程基准面）地面上进行施工，根据+3.0 mPD 以下回填材料的不同划分为两个区域，A 区为砂料回填区域，C 区为公共填料回填区域，因不同区域的陆地DCM 桩长、置换率[7]、回填材料不一样，导致陆地DCM 桩溢出物产生的量也不一样，根据前期的施工数据进行分析，陆地DCM 桩溢出物的总量为265 万m3，各区域的工程量见表1。

表1 陆地DCM 桩溢出物工程量表Table 1 The quantities bill of land-based DCM pile spoil

2 陆地DCM 桩溢出物处理

陆地DCM 桩完成施工后，不符合回填材料要求的溢出物堆放在原地，造成相应区域无法进行后续工序的施工，严重影响了后续工序施工计划以及回填材料组织计划的执行，导致相关区域无法按期交付，从项目实施过程分析来看，陆地DCM 桩溢出物的处理已成为相应区域的施工重点及难点。本项目作为大型的填海项目，承担消耗香港现有堆场公共填料的责任，因此大量的陆地DCM 桩溢出物外运至堆场的方案不可行，而且又没有其它可以堆放的场地，唯一的处理方向是就地处理，作为本项目的回填材料使用。由于本项目不同工序及区域均对回填材料有严格的要求，现有的陆地DCM 桩溢出物土性指标无法满足项目回填材料的要求，因此陆地DCM 桩溢出物的就地使用需要解决的问题便是如何改善陆地DCM 桩溢出物的土性特征[8]。

陆地DCM 桩溢出物处理的方法主要是在溢出物上添加一定比例的水泥浆、砂料进行均匀搅拌，溢出物处理施工流程图如图2 所示。

图2 陆地DCM 桩溢出物处理流程图Fig.2 The processing flow chart of land-based DCM pile spoil treatment

2.1 处理指标

陆地DCM 桩溢出物处理的方向是成为与公共填料类似的回填材料，在与设计方沟通后，确定陆地DCM 桩溢出物改良后的指标需满足如下参数要求：

1） 最大粒径：不超过250 mm；

2） 液限：不超过65%；

3） 塑限：不超过35%；

4） 细颗粒含量（＜0.063 mm）：不超过20%;

5） 28 d 抗压强度：不少于1 MPa。

2.2 处理配合比

根据软土土性改良的经验，结合项目现有资源，采用在陆地DCM 桩溢出物上添加一定比例的水泥浆、砂（机制砂或者海砂）进行搅拌，以此方法改善陆地DCM 桩溢出物的土性。因缺乏类似的施工经验，且陆地DCM 桩溢出物的土壤性质不一样，其它软土处理配合比不能直接用来指导施工，为了提高陆地DCM 桩溢出物土性处理的效果，采用现场试验的方法确定相关配合比及参数。

因为A 区、C 区+3.0 mPD 以下回填的材料不一样（A 区回填机制砂为主，C 区回填公共填料为主），陆地DCM 桩后溢出物的土性也不一样，根据多次试验最终确定A 区、C 区水泥浆、砂、溢出物配合比（质量比），具体参数如表2 陆地DCM桩溢出物处理质量配比参数所示。

表2 陆地DCM 桩溢出物处理质量配比参数Table 2 The quality ratio parameter of land-based DCM pile spoil treatment%

在上述配合比下对陆地DCM 桩溢出物进行处理后，各项指标均满足要求，其报告如图3、图4所示。

图3 28 d 抗压强度试验报告Fig.328 d compressive strength test report

图4 级配PSD 试验报告Fig.4 Grading PSD test report

根据上述施工参数对陆地DCM 桩溢出物进行搅拌，初步估计处理后陆地DCM 溢出物工程量为384 万m3，其中A 区98 万m3，C 区286 万m3。

2.3 陆地DCM桩溢出物处理施工

1） 施工分区及工程量计算

因为未经处理的溢出物承载力差，重型搅拌设备（挖掘机）无法在溢出物上面行驶，挖掘机只能在其覆盖范围进行搅拌处理。为了提高搅拌效率，需对大范围的拟处理的陆地DCM 桩溢出物区域进行施工分区，分区原则是保障每个区域内挖掘机都能进行有效地搅拌，本项目的分区平面示意图如图5 所示。

图5 陆地DCM 桩溢出物搅拌平面布置图Fig.5 The layout for spoil mixing of land-based DCM pile

现场完成相应的施工分区后需进行高程测量，利用土方计量软件计算每个小分区陆地DCM 桩溢出物的工程量，并根据各个区域的不同配合比计算出相应的砂料、水泥浆的用量。

2） 水泥浆、砂料的供应及搅拌

自带载重仪器的土方车将所需砂料运至搅拌区域的行驶通道内，挖机在搅拌过程中将砂料不断混合到溢出物里面。陆地DCM 桩造浆设备供应水泥浆，通过专用的供浆设备（自带计量设备）及输浆管将水泥浆输送到搅拌区域。挖机将溢出物、砂料、水泥浆均匀搅拌。

3） 取样检测

搅拌后的陆地DCM 桩溢出物按规定时间静置后，需要对已处理的陆地DCM 桩溢出物进行破碎，并根据要求进行取样，只有处理合格的溢出物方可用于回填，否则需进行重新处理，直至满足相关指标为止。

2.4 陆地DCM桩溢出物回填施工

处理合格的陆地DCM 桩溢出物可以作为回填材料在指定的区域及标高进行回填，其中+3.0 mPD 以下的回填施工，不需要碾压施工。在+3.0 mPD 以上回填施工时，需要用振动压路机进行碾压密实，其中A 区要求碾压后的密实度不小于90%，C 区碾压后的密实度不少于95%。

3 结语

通过采用添加一定比例的水泥、砂对陆地DCM 桩溢出物进行处理，可以有效地改善溢出物的土质特性，经过处理后的陆地DCM 溢出物28 d抗压强度介于1.1～9.0 MPa，碾压后的密实度介于95%～103%，其它相应指标均可满足设计要求。处理后的陆地DCM 桩溢出物可以充当回填材料，一方面解决了陆地DCM 桩溢出物带来的施工难题，另一方面为项目减少了回填材料的采购，特别是在本项目回填材料特别紧缺的情况下，缓解了项目材料组织的压力，也为后续采用类似地基处理工艺的填海项目提供经验。