淺談大面積不均勻軟土就地固化施工工藝控制

何凱陽

摘要：在工程建設(shè)中，經(jīng)常會遇到大面積不均勻軟土地基，處理方案主要分表層處置和深層處置，本文主要探討淺層軟土處置施工質(zhì)量控制，以達(dá)到設(shè)計地基承載力要求。目前普遍使用的軟土淺層處置方案有換填、拋石擠淤、排水砂墊層等，結(jié)合某高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)際案例，對該工程淺層軟基處置采取新工藝就地固化施工，因該法尚未全面推廣應(yīng)用，針對各種土層其各項工藝參數(shù)尚不明確和成熟，因此十分有必要對該工法的施工工藝控制進(jìn)行研究，以期為今后大面積推廣應(yīng)用借鑒參考。

關(guān)鍵詞：大面積不均勻軟土;就地固化;施工工藝

1工程概況

某高速公路改擴(kuò)建工程線路中心總長約為12km，項目主要施工內(nèi)容包括改擴(kuò)建路橋涵、新建路橋涵隧、新建和改擴(kuò)建互通和南北服務(wù)區(qū)等，其中南北服務(wù)區(qū)總占地面積123876㎡，軟基處置面積達(dá)64487㎡，處理深度平均約2.5米。

2 施工方案

2.1施工方案比選

針對這種大面積軟土路基項目部進(jìn)行了方案比選，傳統(tǒng)的淺層軟土處置采用清淤換填方式，棄土方量大，因該項目位于深汕合作區(qū)，臨時用地征地困難，棄土費(fèi)用高;采用拋石擠淤方案，受環(huán)保督察影響，石材來源困難，且不經(jīng)濟(jì);項目部經(jīng)過多方調(diào)研采取了綠色環(huán)保的就地固化施工方案，該方案不需要將淤泥廢棄，僅需要將樹根雜草清除，采取固化劑進(jìn)行原位攪拌固化，施工工期短，不受雨季影響，成本低，綠色環(huán)保，且無需大面積開挖，對既有高速邊坡影響小。

2.2施工準(zhǔn)備

工程施工開始前，主要針對以下幾方面進(jìn)行了準(zhǔn)備工作。一是技術(shù)準(zhǔn)備，包括測量放樣、網(wǎng)格劃分以及試驗(yàn)段方案和交底等;二是材料準(zhǔn)備，主要包括固化劑用水泥、粉煤灰，土壤改良劑等合格檢驗(yàn)，配合比試配;三是現(xiàn)場準(zhǔn)備，包括粉罐基礎(chǔ)、用水用電、場地平整，樹根雜草清除、管線挖探和排水作業(yè)以及固化深度挖探等內(nèi)容;四是設(shè)備準(zhǔn)備，主要包括船式挖掘機(jī)、攪拌機(jī)、壓路機(jī)。五是信息化準(zhǔn)備，采用先進(jìn)的自動控制配合比，并自動上傳材料使用數(shù)量至基于GIS一體化平臺手機(jī)和電腦端。

2.3施工原理

施工采用就地固化系統(tǒng)，由強(qiáng)力攪拌頭、船式挖掘機(jī)、固化劑供料系統(tǒng)和儲料設(shè)備以及控制系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)通過后臺自動定量（進(jìn)行設(shè)備標(biāo)定）供料控制系統(tǒng)控制進(jìn)料及輸料，將后臺料倉內(nèi)的固化劑混合后，通過安裝于挖掘機(jī)上的強(qiáng)力攪拌頭的粉噴或漿噴裝置輸出;在攪拌頭的強(qiáng)力攪拌下，將輸出的固化劑與土體均勻拌合，從而達(dá)到就地固化的目的[1-2]。

2.4施工流程及方法

一是區(qū)域劃分。場地經(jīng)清表挖除樹根等有機(jī)雜物后，采用挖機(jī)整平并開挖排水溝，用白色石灰劃分處理模塊將欲進(jìn)行處理的區(qū)域進(jìn)行放樣劃分網(wǎng)格區(qū)域，網(wǎng)格尺寸分為兩個尺寸，分別為30×20m驗(yàn)收網(wǎng)格，5m×6m的處置模塊（圖1），由于攪拌頭單次作業(yè)可固化面積為130×105cm，同時保證每個區(qū)域不少于5cm的搭接寬度，因此攪拌固化點(diǎn)間距布設(shè)為125×100cm，如遇斷面變化較大的區(qū)域，處理區(qū)塊可做相應(yīng)調(diào)整，以方便施工。

二是固化深度及范圍確定。固化深度及范圍確定通過測量放樣，確定填土區(qū)域范圍，固化范圍為坡腳線以外2m，固化深度采取挖機(jī)現(xiàn)場挖探結(jié)合動力觸探確定，以深度不大于4m為準(zhǔn)，若大于4m需采取軟土深層處置方案。

三是固化劑試配。采用的固化劑主要成分為水泥+粉煤灰+改良劑，改良劑摻雜量為土體天然重量的5-10%左右。同時，對于含水率小于70%的路段，設(shè)計固化劑配比為4%水泥+2%粉煤灰，對于含水率約大于70%的路段，固化劑摻量采用6%的水泥+4%的粉煤灰[3]，本工程選取2塊6×5m區(qū)塊作為試驗(yàn)塊按照4%+2%和6%+4%的配比進(jìn)行試驗(yàn)，以確定該軟土情況下固化效果及承載力，現(xiàn)場根據(jù)固化土壤有機(jī)質(zhì)含量變化情況重做試驗(yàn)塊適當(dāng)調(diào)整固化劑比例。

四是就地攪拌施工。攪拌設(shè)備采用直插式設(shè)備，對原位土進(jìn)行攪拌（圖2）。攪拌設(shè)備正向運(yùn)行逐漸深入攪拌并噴射固化劑在攪拌頭，強(qiáng)力攪拌頭機(jī)械臂上需標(biāo)注刻度線，且攪拌頭下降深度不少于設(shè)計底部以下20cm，以控制攪拌頭進(jìn)入土層深度，保證攪拌深度直至達(dá)到固化設(shè)計底部;為保證底部固化效果，在靠近底部0.5m范圍內(nèi)攪拌頭升降速度適當(dāng)放緩，控制在10s～20s/m，并保持?jǐn)嚢桀^在底部停留時間控制在10s左右。同時進(jìn)行固化劑的噴涂，固化劑噴料速率位于146-236Kg/min，每個小區(qū)塊攪拌時間控制在3.5～7min，進(jìn)行四噴四攪，每個小區(qū)塊上下攪拌各3次，前2次邊噴漿邊攪拌，第3次不噴漿只攪拌，每個小區(qū)塊攪拌完成后每個驗(yàn)收區(qū)塊再整體攪拌一次，以確保噴涂的均勻。

固化施工采用信息化控制系統(tǒng)（進(jìn)行固化系統(tǒng)稱重設(shè)備、壓力表進(jìn)行標(biāo)定）連接既有GIS信息化一體化平臺，自動控制配合比，實(shí)時上傳數(shù)據(jù)，后臺實(shí)時監(jiān)控，確保施工質(zhì)量。

2.5固化養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)

固化攪拌完畢后，用挖機(jī)壓平、收面，然后鋪塑料薄膜覆蓋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（圖3），養(yǎng)護(hù)天數(shù)一般為固化后7天，14天后即可進(jìn)行車輛通行。

2.6質(zhì)量檢測

施工完成后，按照要求，對固化區(qū)域進(jìn)行質(zhì)量檢測，主要檢測兩個指標(biāo)：固化土體強(qiáng)度和深度。檢測方法為輕型動力觸探和挖探，具體為：

（1）采用輕型動力觸探試驗(yàn)，28d每30cm深度的實(shí)際擊數(shù)不得少于22擊，每個區(qū)塊不少于6個點(diǎn);

（2）就地固化深度檢測，采用挖檢法，每20m一個斷面。

2.7存在問題及分析

經(jīng)施工總結(jié)發(fā)現(xiàn)軟土就地固化方案能滿足設(shè)計地基承載力要求，主要存在的質(zhì)量問題有（1）存在漏攪拌區(qū)域。（2）攪拌不均勻，各深度層次強(qiáng)度不一。（3）有機(jī)質(zhì)含量大的區(qū)域比有機(jī)質(zhì)含量少的區(qū)域固化效果差。（4）攪拌速度和噴漿速度不匹配。針對以上問題，具體總結(jié)措施如下：（1）嚴(yán)格控制攪拌區(qū)域和搭接寬度。（2）嚴(yán)格控制攪拌速度，并確保單次攪拌固化劑用量。（3）對不同有機(jī)質(zhì)含量的土層進(jìn)行試驗(yàn)塊，確定最佳配比，進(jìn)行線性內(nèi)插。（4）做好輸送速度和泵送壓力參數(shù)匹配試驗(yàn)。經(jīng)總結(jié)最佳的輸送壓力與速度關(guān)系曲線以及各深度范圍各攪拌次數(shù)下最佳攪拌速度和時間見下：

3就地固化質(zhì)量保證措施

3.1建立完善的質(zhì)量保證體系

為確保就地固化施工質(zhì)量，建立以項目經(jīng)理為組長的質(zhì)量監(jiān)察體系。質(zhì)量監(jiān)察體系負(fù)責(zé)項目的工程質(zhì)量檢查及施工質(zhì)量監(jiān)察工作。項目經(jīng)理部設(shè)安全質(zhì)量監(jiān)察部，作業(yè)隊設(shè)安全質(zhì)量檢查室，配專職質(zhì)檢工程師，工班設(shè)兼職質(zhì)檢員，形成體系完善、責(zé)任明確的質(zhì)量檢查體系。項目經(jīng)理部設(shè)試驗(yàn)室及專職試驗(yàn)人員，根據(jù)建設(shè)單位及監(jiān)理要求制定試驗(yàn)工作實(shí)施細(xì)則，通過先進(jìn)的檢測試驗(yàn)手段，配合工地質(zhì)檢工程師和監(jiān)理工程師進(jìn)行全面的施工質(zhì)量控制。在此基礎(chǔ)上，對各部門的工作進(jìn)行分解，實(shí)行三級質(zhì)量管理體系，制訂“強(qiáng)化質(zhì)量管理，嚴(yán)格操作規(guī)程，消滅質(zhì)量通病，實(shí)現(xiàn)工程創(chuàng)優(yōu)。”的方針，確立“從消滅質(zhì)量通病入手，嚴(yán)格執(zhí)行‘規(guī)范’和‘驗(yàn)標(biāo)’為著眼點(diǎn)，以強(qiáng)化現(xiàn)場管理為龍頭”的創(chuàng)優(yōu)思路，將克服質(zhì)量通病作為質(zhì)量管理的首要內(nèi)容。

3.2加強(qiáng)對原材料和設(shè)備的質(zhì)量管理

項目管理人員與技術(shù)人員加強(qiáng)了對材料的質(zhì)量控制，主要包括以下幾個方面：（1）水泥質(zhì)量控制：在水泥進(jìn)場前，對水泥材料的合格證書和質(zhì)檢報告進(jìn)行審核，并進(jìn)行抽檢試驗(yàn)，合格后方可入場;（2）水：拌合用水需經(jīng)化驗(yàn)檢測，水質(zhì)良好，方可用于混凝土施工;（3）設(shè)立專門的混凝土質(zhì)量控制機(jī)構(gòu)，制定制度，加強(qiáng)對原材料進(jìn)場的監(jiān)督與控制。

除了材料外，工作人員對設(shè)備方面也加強(qiáng)了質(zhì)量控制。對于所有的在用計量器具、儀器均進(jìn)行定期檢定，確保相關(guān)指標(biāo)參數(shù)合格后方能繼續(xù)投入使用。項目設(shè)專人負(fù)責(zé)計量工作，設(shè)立帳卡檔案，儀器設(shè)備由工地中心試驗(yàn)室指定專人管理。

3.3加強(qiáng)對施工結(jié)果的質(zhì)量檢測

在施工完成后，工作人員以每2000㎡為一個檢測區(qū)塊，并以固化土的輕型動力觸探方法進(jìn)行固化土強(qiáng)度的檢測，每個區(qū)塊檢測8個點(diǎn)，在28天內(nèi)，每30cm深度的實(shí)際擊數(shù)為25擊。由此，分別對就地固化后的第7天、第14天和第28天的承載力進(jìn)行分析，為后續(xù)的工作提供參考依據(jù)。同時，就地固化厚度檢測，采用挖檢法，每20m為一個斷面。

3.4加強(qiáng)施工過程中的安全管理措施

一方面，管理人員組織編制各項施工方案和安全技術(shù)措施，在施工前對施工單位進(jìn)行技術(shù)交底和安全技術(shù)交底工作。另一方面，施工現(xiàn)場安排專職安全生產(chǎn)管理人員進(jìn)行跟蹤管理，及時發(fā)現(xiàn)并糾正和消除施工中出現(xiàn)的危險因素與違章操作行為。并沿線設(shè)立明顯的施工標(biāo)志牌、危險源標(biāo)志牌、安全告知標(biāo)牌、安全警示牌、交通標(biāo)志牌和安全注意事項宣傳欄等。

結(jié)語

整體來看，大面積不均勻軟土就地固化施工工藝控制工作是一項綜合性較強(qiáng)的工作，在實(shí)際工作中，特別需要注重對固化區(qū)塊搭接處這種薄弱部位的質(zhì)量控制管理。同時，在各環(huán)節(jié)的工作中，還需要加強(qiáng)對原始數(shù)據(jù)信息的采集和分析，在分析中不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的工作提供重要的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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