論重型DCM船對海底深層土體的處理工藝

張敬?！》妒棱?/p>

摘 要：DCM工藝作為免挖式的填海工藝，可有效增強(qiáng)海床以下污泥的硬度，形成穩(wěn)固的地基便于上部海堤及填海拓地工程的進(jìn)行，將填海工程對海洋及周邊生態(tài)環(huán)境的影響降到最低。本文將通過對國內(nèi)首艘重型DCM船“DCOC-1”在香港機(jī)場項目的應(yīng)用為實(shí)例，對船舶在海底深層土體的處理工藝進(jìn)行簡要分析，總結(jié)施工中的質(zhì)量控制成果，為DCM工程的施工積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：DCM;重型DCM船;深層土體;地基處理

中圖分類號：U674.3? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）04-0066-03

1引言

上世紀(jì)70年代，日本首先將DCM工藝運(yùn)用到地基處理中，最初采用的拌合材料為生石灰，之后水泥漿因具有更好的攪拌加固效果而被廣泛應(yīng)用。到80年代末，DCM工藝僅在日本和北歐地區(qū)被應(yīng)用。但在隨后的幾十年里，北美和歐洲也開始大規(guī)模推廣該技術(shù)。香港國際機(jī)場和東京羽田機(jī)場是DCM工藝成功應(yīng)用的典型案例。作為國內(nèi)首艘重型DCM船，“DCOC-1”在香港國際機(jī)場項目中充分展現(xiàn)其設(shè)備優(yōu)勢，在海底深層土體的施工中不斷改進(jìn)工藝，為DCM施工提供了一定的經(jīng)驗(yàn)參考。

2 DCM工藝

2.1工藝介紹

深層水泥攪拌（Deep Cement Mixing，DCM）工藝是指在工程建設(shè)中，通過將水泥漿等拌合材料注入與切削處理后的土體充分?jǐn)嚢?，并基于水泥與軟土的一系列物理和化學(xué)的反應(yīng)過程形成水泥土以獲得高強(qiáng)度地基的施工工藝。香港國際機(jī)場項目因回填完成后興建上部結(jié)構(gòu)，因而需要具備更高承載力的地基。如圖1所示。

2.2工藝原理

DCM工藝原理是通過水泥漿與擬固化的土體充分拌合后，水泥顆粒表面的礦物很快與飽和軟土中的礦物質(zhì)和水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成具有膠化作用的氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物懸濁液，凝結(jié)后形成水泥土的膠結(jié)強(qiáng)度。如圖2所示。

2.3工藝流程（見圖3）

3 現(xiàn)場施工

3.1地質(zhì)情況

在船舶進(jìn)駐施工區(qū)之前，現(xiàn)有海床會鋪設(shè)2m厚度的砂墊層，一是為避免施工時將海床淤泥攪起對周邊水質(zhì)產(chǎn)生污染，二是在處理機(jī)上提時通過在砂墊層內(nèi)進(jìn)行攪拌翼清洗，將附著的泥塊留在砂墊層內(nèi)。

根據(jù)設(shè)計文件要求，“DCOC-1”在施工DCM樁時，需依次穿過海水、砂墊層、淤泥層，并且進(jìn)入持力層（硬質(zhì)黏土）6m，形成完整DCM樁。如圖4所示。

根據(jù)取出的土樣分析，持力層區(qū)域2～3m范圍內(nèi)的土體質(zhì)地堅硬，外觀呈黃褐色，為砂性粉質(zhì)黏土。該類土體具有強(qiáng)度高、粘結(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在施工中不易攪拌打散。

因此，持力層區(qū)域的黏土處理即為DCM樁施工的重要質(zhì)量點(diǎn)。

3.2工藝曲線

根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況，“DCOC-1”在施工時按照合同文件要求和本標(biāo)段其他已施工船舶的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，按照如下W曲線進(jìn)行施工。如圖5所示。

該曲線在施工時重點(diǎn)考慮對持力層上部2m范圍以及樁端的處理。前者主要為保證噴漿前粉質(zhì)黏土的充分?jǐn)嚢?，以加?qiáng)其與水泥漿的結(jié)合性;后者是加強(qiáng)樁端的土體攪拌，保證其攪拌質(zhì)量。

3.3質(zhì)量控制

3.3.1 成樁取芯分析

“DCOC-1”配備的雙處理機(jī)屬重型處理機(jī)，自重大且對堅硬地質(zhì)的處理能力強(qiáng)。在施工過程中，處理機(jī)嚴(yán)格按照W曲線的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行施工。但由于前期經(jīng)驗(yàn)不足，對船舶的各項參數(shù)反映特別是電流值的重視程度不夠。在貫入到達(dá)持力層上下2～3m范圍內(nèi)時，電流持續(xù)在500A以上的高位值未能作出有效反應(yīng)。通過對成樁取芯，發(fā)現(xiàn)電流值較大的部位含有較多的黏土泥包，表明處理機(jī)未能對持力層范圍內(nèi)的土體進(jìn)行充分切削攪拌，故夾雜在芯樣中，導(dǎo)致成樁效果不理想。如圖6所示。

3.3.2 工藝改進(jìn)

通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以及對芯樣質(zhì)量、土體狀況的重新分析，并結(jié)合成樁的電流情況，“DCOC-1”船舶處理機(jī)通過控制轉(zhuǎn)速（切削次數(shù)BRN）和水泥漿（水）流速來提高DCM樁體的攪拌質(zhì)量。

（1）優(yōu)化設(shè)計參數(shù)

① 土體切削次數(shù)BRN

“DCOC-1”處理機(jī)在處理土體中每1m的切削次數(shù)BRN為：

BRN = ∑M*（Nu/Vu + Nd/Vd）

式中 ∑M —— 處理機(jī)攪拌翼數(shù)量（片） ;

Nu? ?—— 處理機(jī)貫入時的轉(zhuǎn)速（r/m）;

Vu? ?—— 處理機(jī)貫入時的速度（m/min）;

Nd? ?—— 處理機(jī)提升時的轉(zhuǎn)速（r/m）;

Vd? ?—— 處理機(jī)提升時的速度（m/min）。

根據(jù)項目設(shè)計要求，待處理樁體中每1m的土體攪拌次數(shù)不得低于900次（噴漿后）。通過分析發(fā)現(xiàn)，處理機(jī)的攪拌翼數(shù)量、轉(zhuǎn)速以及提升/貫入速度均會對土體的切削次數(shù)產(chǎn)生影響。重型DCM船“DCOC-1”配備有四軸雙處理機(jī)，攪拌翼結(jié)構(gòu)為3層6片式，其最大轉(zhuǎn)速可達(dá)60 r/min，提升速度在0.1～2.4 m/min。

② 攪拌后噴漿（L/min）

“DCOC-1”在處理機(jī)貫入時，噴水并切削攪拌。待土體攪拌均勻后，進(jìn)行噴水泥漿摻合。四軸式處理機(jī)共設(shè)有8個噴漿口，每根攪拌軸的噴漿口與泵倉內(nèi)的4臺活塞泵相連，保證處理機(jī)貫入和上提時均可進(jìn)行噴漿攪拌。

在施工中，“DCOC-1”可根據(jù)現(xiàn)場DCM樁設(shè)計參數(shù)和配合比等進(jìn)行噴漿流速的調(diào)整，其噴漿流速為：