連云港石化產業(yè)基地公用工程島項目固化土回填技術應用

劉彬權，汪瀟

（1.西北電力建設第三工程有限公司，陜西 咸陽 712000；2.江蘇坤澤科技股份有限公司，南京 210000）

1 引言

連云港石化產業(yè)基地公用工程島項目一期工程位于連云港市徐圩新區(qū)，緊鄰黃海。我國漫長的海岸線上廣泛分布著海相軟土沉積，1128年，黃河奪淮河入黃海，大量泥沙入海，使得連云港海岸快速淤積，長達700a之久，直至1855年黃河北歸在山東東營入渤海。經查閱本項目巖土勘察報告，場地內分布的軟土為②層淤泥，厚度13.50～14.50m，平均13.95m，厚度及層位分布較穩(wěn)定，土質較均勻，含水率高達60%，有機質含量1.9%～3.6%，高壓縮性，工程性質差，作為建（構）筑物地基易產生不均勻沉降，基坑開挖、回填時極易產生坍塌或塑性擠出等不利影響。因此，基坑回填時，需對②層淤泥進行固化，嚴格控制固化劑摻量、分層碾壓，確保土體承載力特征值達到180kPa。

2 回填土及影響因素

本工程回填土采用淤泥固化土，需對基坑開挖出的淤泥摻入一定量固化劑，隨之進行反應，以達到設計的承載力強度。

回填土主要影響因素：

1）含水量。土方回填壓實施工中，控制最佳含水率是首要關鍵。試驗測得，淤泥經固化反應后的固化土最佳含水率為15%，遠低于原始淤泥的60%含水量，更有利于回填的密實。如果壓實條件相同，壓實質量會受填土的含水量影響。

2）鋪土厚度。虛鋪土厚度不應大于壓實機械振動、碾壓的影響深度，若虛鋪過厚，應增加機械碾壓遍數(shù)。

3）壓實功。壓實后填方的干密度與壓實機施加的功率有關。在壓實開始時，土壤的干燥密度急劇增加。當土壤的最大干密度接近時，壓力會顯著增加，但土壤的干密度幾乎保持不變。

3 土壤固化劑

土壤固化劑依據(jù)不同的作用機理可以分為：生物酶類、化學類。本工程采用化學類固化，將現(xiàn)場開挖的土方摻入固化劑，利用機械充分拌和均勻，得到改良土。拌和前，根據(jù)土質和設計要求，進行土樣抽樣試驗配合比，加入一定量的固化劑。固化土的配合比可根據(jù)使用要求進行調整，以調整其強度。本工程根據(jù)取樣結果，最終選用江蘇坤澤科技有限公司生產研發(fā)的KZJ-LO3型、摻量90kg/m3的無機復合型固化劑。該產品具有工期快、強度上升快、質量可控、施工成本低且具有良好的抗?jié)B性?；瘜W類無機復合土壤固化劑作用機理是利用膠凝材料的水解與水化反應；離子交換和中和反應；土壤固化劑的組分與土壤顆粒的火山灰反應。具有技術指標領先、施工方便、工期短且成本低的優(yōu)點，尤其在降低揚塵污染，守護藍天白云方面效果更為顯著[1]。

淤泥土固化的特性及其影響：在淤泥固化技術中，淤泥與固化物發(fā)生一系列水解和水化反應，產生大量的膠凝物質和結晶物質，將土壤顆粒膠結包裹在淤泥中，通過激發(fā)劑刺激土壤顆粒本身的活性，促進和穩(wěn)定反應過程，使污泥具有一定的結構強度等特性，并控制強度長期穩(wěn)定增長。再經過物理壓實后，可以形成一個由水化膠凝物為主、含水率穩(wěn)定、又略有空隙的整體類蜂窩狀膠合結構，這種結構在性質上與黏土完全不同，可表現(xiàn)出良好的整體強度，較好的水硬性、水穩(wěn)性及防滲性。

4 實驗結論

4.1 液、塑限試驗

未加固化劑的分散性黏土或普通土，加入固化劑后土的塑性指數(shù)增加，說明加入固化劑后黏性土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍更小，黏土更加不易被水侵蝕或裂解崩塌。

4.2 壓縮試驗

在不同含水率作用下，通過實驗可以看出，加入固化劑土體的壓縮性隨著土中含水率的增加而增加。這主要是因為土體在純凈水作用下土體結構形成崩塌，呈分散性?？梢钥闯?，土體中含水率增加會導致土體呈分散性，土體分散后呈粉末狀，為原有體積創(chuàng)造出更多的孔隙，降低其壓縮性。

4.3 直接剪切實驗

剪切實驗的實驗結果反映出，隨著固化劑的增加，土體抗剪強度的內摩擦系數(shù)和內摩擦角基本不變的情況下，黏聚力會隨之增加，這是因為固化劑增加土體黏聚力。剛開始固化劑對土體的影響并不是特別明顯，只有含水率增加到一定程度才會產生作用。隨著含水率的增加，抗剪性效果開始明顯。

4.4 滲透實驗

加入土壤固化劑后，土樣的滲透系數(shù)大大降低，滲透性明顯提高。但滲透系數(shù)的降低與固化劑的用量和養(yǎng)護周期密切相關。

養(yǎng)護周期一定時，固化土的滲透系數(shù)隨著固化劑含量的增加而降低；當含量一定時，固化土滲透系數(shù)的降低隨著齡期的增加而進一步加快。各齡期固化土的滲透系數(shù)與素土相比降低的比例為養(yǎng)護1d（67.5%～78.8%）＜養(yǎng)護4d（68.8%～86.7%）＜養(yǎng)護7d（72.9%～96.4%）＜養(yǎng)護14d（73.5%～97.7%）；尤其在摻量為1.0%和1.5%，養(yǎng)護14d時，滲透系數(shù)的值達到了5～8cm/s，較素土減少了2個數(shù)量級，極好地提高了土壤的抗?jié)B性能[2]。

5 試驗總結

通過上述實驗，得出以下結論：

1）在相同含水量的條件下，試件的強度隨著固化劑含量的增加而增加；

2）在固化劑用量相同的情況下，必然存在一個最優(yōu)的土料含水率，使得試件的抗壓強度達到最大，土料含水率大于或小于這個最優(yōu)土料含水率的試件抗壓強度會降低；

3）固化劑可極大地提高土體的強度，且隨著固化劑含量的增加，其強度指標繼續(xù)優(yōu)化，抗剪強度逐漸增大，無側限抗壓強度也逐漸提高；

4）加入土壤固化劑后，其膠結作用消除了土壤間隙，使土顆粒之間的連接力增強，提高了土體的緊密程度，更有助于回填土的材料質量；同時，養(yǎng)護時間越長，固化劑摻量越大，其膠結作用發(fā)揮越充分，土壤強度越大，從而使土樣中的滲透路徑減少，滲透系數(shù)降低。

6 結語

土壤固化劑能提高土壤的強度、穩(wěn)定性和抗?jié)B性。它不僅替代了傳統(tǒng)砂石地基材料，極大避免了開山采石和采砂，保護自然山體等不可再生資源，且資源化利用提高了淤泥的附和值，還改變了土體的抗?jié)B性，可防止廠房滲水后回填土下沉引起的設備沉降事故，消除回填土的負面影響，增加建筑物的強度與穩(wěn)定性，提高工程項目的質量與安全性。