海底深層水泥攪拌樁施工工法

PAGEPAGE459海底深層水泥攪拌樁施工工法1前言海底深層水泥攪拌樁法(MarineBasedDeepCementMixing)，簡稱DCM，是一種地基改此方法適用于三跑道工地的泥層，特別是用于特有的污泥層(ContaminatedMudPit)中的成效。本工法詳述深層水泥攪拌法的使用過程、風(fēng)險(xiǎn)、條件及成效。深層水泥攪拌樁法是用于加固飽和軟粘土地基的一種新方法。DCM(水解及水化作用應(yīng)和碳酸化作用。最后使原土結(jié)合成具有整體性、水穩(wěn)和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。當(dāng)中所謂「深層」攪拌法是相對(duì)「淺層」攪拌法而言的。淺層意思為0.1m至3m深。深層意指為5m至60m196719741975法開始用于海床鞏固工程。

2工法特點(diǎn)(如DCM船)煩，包括大量挖掘海床、傾倒已挖掘的淤泥及對(duì)海洋生態(tài)的災(zāi)難性影響。船只就是流動(dòng)工作臺(tái)，作業(yè)行云流水相對(duì)其他土質(zhì)改善工程而言(如高壓噴射灌漿JetGroutMethod，甚至是大直徑灌注摩擦/端承樁)，海上DCM工程的主要機(jī)械與船只合二為一，整個(gè)施工流程并不需要額外搭建臨時(shí)工作臺(tái)，尤其是海上作業(yè)，搭建工作平臺(tái)的成本和難度無法與陸地施工相比。DCM船只能透過大型工作船的機(jī)理及概念，用船錨進(jìn)行簡單的移位和固定，使其工作流動(dòng)性達(dá)至高效。施工環(huán)保，不挖掘淤泥海床，大大減低對(duì)海洋的污染。換言之，在整個(gè)DCM作業(yè)中并不涉及疏浚工序，大大降低對(duì)海洋生態(tài)的負(fù)面影響。再者，在進(jìn)行DCM工程前將會(huì)在海床上鋪設(shè)一層約2m層，目的是保護(hù)現(xiàn)有海床及用作清洗DCM攪拌裝置的刀片之用。此外，在DCM工范圍將會(huì)設(shè)置浮泡式防漏網(wǎng)用來覆蓋，并且在DCM工作船上的攪拌裝置上安裝鐵籠式防漏網(wǎng)，大大減低攪拌海泥時(shí)可能泛起的顆粒，起到保護(hù)海洋環(huán)境的作用。適用范圍碎石層或巖層等擁有高承載力及強(qiáng)度的地質(zhì)層。就深度而言，一般為10m至50m過50m深度，攪拌裝置及船只需進(jìn)行強(qiáng)化和改裝。向承載能力。這項(xiàng)技術(shù)非常適合機(jī)場跑道建設(shè)及大型填海項(xiàng)目中前期地基穩(wěn)固工程。

工藝原理此工藝采用了實(shí)時(shí)船只監(jiān)測系統(tǒng)(AutomaticIdentificationSystemAIS)和實(shí)時(shí)潮汐監(jiān)測系統(tǒng)(PortableTideGaugePTG)，24小時(shí)全面監(jiān)測工地船只狀況，同時(shí)亦成立海上監(jiān)督小發(fā)生嚴(yán)重海事意外率更達(dá)至零。而在DCM4-3-2-1DCMDCM船只上所配備的攪拌裝置數(shù)量由4支至1船只于不同的位置施工，以達(dá)至進(jìn)度高效。設(shè)計(jì)原理也曾使用不同比例的生石灰摻入水泥及火山灰去制成不同的固化劑用以加固建筑物地基的年日本在長崎縣松島煤礦豎井開挖工程使用水泥灌漿法進(jìn)行止水。1917年美國開始用水泥拌合粘土作為道路基層，再于19201960年日本開始將此概念放入淺層泥土進(jìn)行原兩者都采用了深層水泥攪拌法去建設(shè)機(jī)場地基，如日本羽田機(jī)場，由此確定了DCM地基加固法的成效和概念。泥的水解和水化反應(yīng)是在具有一定活性介質(zhì)土的圍繞下進(jìn)行，所以硬化速度緩慢且作用復(fù)等。圖4.2-1水泥加固步驟建其他基建項(xiàng)目。成品可以是連續(xù)四方體的DCM墻又或是連續(xù)或斷續(xù)的「梅花形」DCM體，而形狀的取決是基于各項(xiàng)不同參數(shù)及早期設(shè)計(jì)而定。圖4.2-2DCM形狀

施工工藝流程及操作要點(diǎn)前期工序探土；土工布及鋪沙程序；水泥與原土實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)；攪拌裝置試驗(yàn)；工地試樁；正式進(jìn)行DCM工程；DCM樁正式進(jìn)行后取芯及壓力測試。前期工序探土前期工序及探土包括前期地質(zhì)鉆探(SiteInvestigation)、Coring、CPT(ConePenetrationTest)及VibrocoreCPT土質(zhì)狀況、密度及承載力等。而Vibrocore是鉆取海床下的樣板以作應(yīng)力測試(UCSTest)。以上三種鉆探能有效制訂DCM樁的長度，如competentstratum。使用原生泥土作出實(shí)驗(yàn)室混合及應(yīng)力測試，令數(shù)據(jù)更加可靠。土工布及鋪沙程序了保護(hù)現(xiàn)有海床及清洗將來DCM的攪拌刀片。水泥與原土測試實(shí)驗(yàn)經(jīng)過vibrocore試，以便取得一個(gè)參考應(yīng)力數(shù)值。

圖5.4-1質(zhì)檢步驟的效能來證明其可靠性。由于DCM工作船來自世界各地，每一艘船只的特性都不同，所以實(shí)行DCM工序。DCM工地試樁DCM試樁包括試用已批核的水泥配方鉆探至指定深度。以此測試出整個(gè)運(yùn)作流程所需的時(shí)間，并測驗(yàn)過程是否暢順無阻。試樁的作用是優(yōu)化較大規(guī)模的DCM。在DCM樁完成后的28日、56日及90日，需要為DCM樣本進(jìn)行UCSTEST。DCM樁需在28日前完成鉆探，并將芯板運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試。DCM施工在以上所有測試通過后，DCM施工方可正式開始，主要過程如下：移船–拖行及移動(dòng)船只到指定位置，透過使用全球定位儀(GPS)察儀做配合。鉆探–到位后，開始進(jìn)行DCM(19rpm)及穩(wěn)定速度(1.0m/min)開始鉆探，直至到達(dá)指定深度后(CSCompetentStratum)，再將鉆速放慢到0.3m/min。完成攪拌–在到達(dá)CS(DCM示用)、深度及位置是否符合圖則。DCM底部處理–到達(dá)樁腳后，DCM裝置會(huì)提高3m于CS層以上并開始使用DCM攪拌38rpm/0.6m。抽高DCM攪拌裝置，注射及攪拌水泥漿–在到達(dá)樁底后，再用DCM射水泥并向上抽高及攪拌，其抽高速度會(huì)因應(yīng)不同泥層而定，規(guī)范為BRN(BladeRotationNumber)不少于450次/0.68m/min。完成DCM–高壓水槍清洗攪拌裝置。此外，在DCM生產(chǎn)期間可能會(huì)遇到障礙物或硬土層。DCM工作船的設(shè)計(jì)并不適用于密度過高的泥層。因此，工法確立了DCM因阻礙物而停樁之準(zhǔn)則。停樁準(zhǔn)則：其基準(zhǔn)是取決于攪拌裝置遇上的電流值(ECV)及實(shí)際鉆速。置遇上硬泥層或其他泥層時(shí)，兩者關(guān)系將能以ECV及鉆探速度反映出。若攪拌裝置在某深度中顯示出不尋常的ECV而鉆速又未達(dá)到指定深度時(shí)(指定深度已前期CPT制訂出)，該DCM樁考慮為被阻礙或該泥層太硬。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)攪拌裝置到達(dá)約400～600A的時(shí)候，表示遇上硬土層。若電流值超過600A，所有攪拌工序?qū)⑼Ｖ?，以防攪拌裝置因太大扭力而損毀。取芯及壓力測試DCM根據(jù)香港首次進(jìn)行DCM標(biāo)準(zhǔn)，在LTP位置每50x50m取樣一個(gè)以及在Seawall位置每10m長度取樣一個(gè)。每個(gè)取芯直徑為100mm，并需要使用「三套管」(TripleBarrels)進(jìn)行鉆探以確保芯板完整。在取樣后，DCM芯需放石箱內(nèi)送去指定實(shí)驗(yàn)室才能剖開并根據(jù)Geoguide，合資格人士進(jìn)行目檢及編寫芯板報(bào)告。之后在DCM海堤每1m的芯板上選取3個(gè)200mm長的UCS樣板以作應(yīng)力測試。而在LTP(應(yīng)力轉(zhuǎn)移平臺(tái))位置則在取樣總長中平均取10個(gè)樣板作UCS測試。DCM船操作員需要認(rèn)識(shí)機(jī)理結(jié)構(gòu)，了解應(yīng)力層深度及樁底深度的分別，并使用不同的攪拌速度和水泥漿注射量去完成每一處的DCM。此外海上DCM船員一定要熟悉海事操作，包括如何進(jìn)行移船及應(yīng)對(duì)突如其來的天氣變化，方能安全及高效施工。材料與設(shè)備主要材料海上DCM船及他支援船，如拋錨船、拖輪、載客船或橫雞躉(吊運(yùn)船)等。行混合料與原土的攪拌以提升原土的承載力及強(qiáng)度。DCM工作裝置主要包括：控制室：是DCM工作船的大腦，控制一切行動(dòng)如水泥攪拌時(shí)間、數(shù)量、攪拌裝置攪速、深度及水泥漿注射速度等。包括以四門船錨輕微移位DCM船也由控制室操作。海水泵房(水缸)：海水泵房主要作用是抽取海水作為水泥混合之用。水泥漿儲(chǔ)缸及其他輸送裝置：此部份將在6.2及6.3部分詳述。DCM4螺旋裝攪拌桿的出漿口噴出水泥漿以建造DCM樁柱。DCM水泥配方水泥使用配方是其中一項(xiàng)最重要的項(xiàng)目指標(biāo)，這直接影響DCM水泥混合樁的強(qiáng)度表現(xiàn)和所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。一般而言，對(duì)水泥配方混合后所表現(xiàn)的UCS需要符合4個(gè)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)：800kN/m2(kPa)，及1400kN/m2W/C比率(如以建造DCM。工法推薦使用礦渣水泥(Portlandblastfurnacecement，PBFC)代替。PBFC水泥含有30～60%合有大量氫氧化鈉(石灰)，吸水性較高，雖然本身強(qiáng)度較OPC弱，但混合后28及90天的最后強(qiáng)度則較OPC強(qiáng)。水泥漿配制水泥漿配制主要是透過DCM船上的儲(chǔ)泥缸將水泥儲(chǔ)存(總儲(chǔ)存量約50～80t)DCM左舷或右舷，作為固定補(bǔ)給之用。水泥漿輸送和澆灌技術(shù)在了解上述裝置后，水泥澆灌技術(shù)是透過以下幾個(gè)步驟完成：水泥補(bǔ)給船輸送材料到DCM船上的儲(chǔ)泥缸；技術(shù)人員在控制室輸入指定配方量；海水跟水泥在攪拌缸混合；混合后的水泥會(huì)自由流動(dòng)至慢漿缸備用；使用壓力泵輸送水泥漿到攪拌裝置上；利用螺旋形裝攪拌裝置上的兩個(gè)出漿口作澆筑。圖6.4-1水泥漿輸送大樣質(zhì)量控制為符合合約要求及DCM品質(zhì)保證，質(zhì)量控制措施必須在此工藝中實(shí)行。當(dāng)中包括確保水泥品質(zhì)及DCM整體品質(zhì)等。主要分為三大類，DCM作業(yè)前、中及后。而其標(biāo)準(zhǔn)是跟據(jù)技術(shù)要求所訂，但水泥的標(biāo)準(zhǔn)基本上都按照歐標(biāo)，如EN197-1。DCM整體測試表7.1-1DCM整體測試DCM作業(yè)前DCM作業(yè)中DCM作業(yè)后水泥混合原土實(shí)驗(yàn)室測試工地試樁測驗(yàn)儀器檢測水泥儲(chǔ)存狀況報(bào)告及紀(jì)錄DCM建造指標(biāo)及參數(shù)鉆探取芯作UCS測驗(yàn)DCM施工位置水泥測試在水泥供應(yīng)船上直接取板(CementBinder)，并根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)EN197-1作出測試，當(dāng)中包括粉粒含量、密度、穩(wěn)定度、強(qiáng)度及化學(xué)測試。水泥漿現(xiàn)場密度測試(MudBalance)；水泥漿應(yīng)力測試磚(CementSlurryCube)。DCM船上裝置的檢測定期檢驗(yàn)船上裝置非常重要，裝置失準(zhǔn)會(huì)直接影響DCM樁品質(zhì)，大量的裝置需要定期檢驗(yàn)，包括：深度檢查；攪拌桿探入/出的速度；攪拌片轉(zhuǎn)速；水泥漿流量計(jì)；水泥攪拌缸重量儀；GPS定位儀測試。8安全措施安全施工。組應(yīng)與工程前線溝通和協(xié)調(diào)，從而制訂一個(gè)相互配合的安全施工機(jī)制。關(guān)的安全訓(xùn)練，使得前線及后場員工全面掌握安全危機(jī)及時(shí)處理。施工前進(jìn)行危害識(shí)別評(píng)估，制訂安全檢查時(shí)間表，以便施工時(shí)配合使用。及安全部門應(yīng)制定相關(guān)安全施工程序，并在各操作中提供適當(dāng)個(gè)人防護(hù)裝備作最后防線。門規(guī)定的海上作業(yè)安全條例(如香港海事工程的藍(lán)卡)，以確保所有員工清晰掌握海上作業(yè)的危險(xiǎn)性。域內(nèi)的潛在危機(jī)或其他海上交通安全信息。9環(huán)保措施已攪拌的水泥及原土，使其自然沉降回海床中；而第二層隔泥幕是安裝于DCM船的海面周圍，以作緊急防泄用途；最后一層是用作圍封工地范圍的隔泥幕。排放檢驗(yàn)后方可使用。面貢獻(xiàn)甚大。

10效益分析本工法海底DCM挑戰(zhàn)。DCM工藝取代了疏浚工程的傳統(tǒng)方法，兩者所需的支援船如錨船、載容船或是拖輪的海域帶來極大污染。DCM施工方法免除了疏浚挖掘，取而代之的是透過注射水泥漿攪拌及混合原土來增強(qiáng)DCM工藝的引進(jìn)，改變了整個(gè)填海工程的發(fā)展生態(tài)。當(dāng)首例DCM工程在香港機(jī)場三跑道成功后，政府推出東涌大型填海項(xiàng)目，使用DCM工藝作為土質(zhì)改善，禁止疏浚挖掘工程，足以證明DCM工藝在社會(huì)效益及環(huán)保等方面有著巨大成效。經(jīng)濟(jì)效益表10.2-1DCM工法與傳統(tǒng)疏浚方法的比較比較內(nèi)容疏浚挖掘DCM工法工序主要為