深厚層淤泥淺表層就地固化施工技術(shù)應(yīng)用

王海苗， 鄭先奇

(1.浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州 310014； 2.中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

1 工程概況

G25德清至G60桐鄉(xiāng)高速聯(lián)絡(luò)線湖州段第LTJ01標(biāo)段，起點(diǎn)樁號(hào)LK0+843，路線往東經(jīng)乾元鎮(zhèn)，鐘管鎮(zhèn)，線路全長(zhǎng)12.150 km。湖州段穿越杭嘉紹平原沿湖沿河地區(qū)，水資源豐富，地質(zhì)條件較差，軟土路段不均勻分布，軟土主要為流塑狀淤泥和軟塑—流塑狀淤泥土，軟土路基位于湖相沼平原區(qū)，地勢(shì)平坦，主要為水塘、河道，且水(魚、蝦)塘為片塘區(qū),處理范圍大。上部為湖沼積灰色、灰黃色軟塑—可塑粉質(zhì)黏土，厚度1～3 m。其組成為海積淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，局部夾薄層粉土、粉砂、流塑狀，厚度變化較大，局部路段相變軟塑—流塑粉質(zhì)黏土夾粉土；中部為沖湖積粉質(zhì)黏土，可塑，厚度較薄。

2 深厚層淤泥就地固化施工工藝原理

2.1 固化劑簡(jiǎn)介

土壤固化劑是近幾年來(lái)應(yīng)用于淤泥、軟土固化的一種膠凝材料，在淤泥中按照施工配合比摻入固化劑和水，經(jīng)攪拌、壓實(shí)，養(yǎng)護(hù)后得到混合料，當(dāng)其固化后的各項(xiàng)指標(biāo)滿足使用要求時(shí)，稱為固化穩(wěn)定體?？捎糜诠?、鐵路路基填筑，使用這種固化穩(wěn)定基層材料，承載力可靠，整體性好，早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)。并可就地取材，施工方便，工程造價(jià)低廉，土壤固化穩(wěn)定土基層不僅具有水泥穩(wěn)定土同樣的強(qiáng)度和耐久性，還解決了傳統(tǒng)筑路中不良土不能直接應(yīng)用于道路中的局限。

2.2 固化劑適用條件

固化劑可對(duì)含水量為100 %甚至120 %的軟弱土層進(jìn)行加固。對(duì)于有機(jī)質(zhì)土壤及腐殖土和酸性土壤(pH3以上)有著非常獨(dú)特的、優(yōu)良的固化作用，也可以將粉質(zhì)及粘性等超軟弱土壤固化成良好基礎(chǔ)，相比其它的軟土處理的施工方法，越是不良的土壤越是發(fā)揮出淤泥軟基就地固化的優(yōu)越性。

2.3 固化劑類型

固化劑按化學(xué)成份可分為無(wú)機(jī)型固化劑、有機(jī)型固化劑及復(fù)合型固化劑等；實(shí)際工程應(yīng)用之前，要進(jìn)行室內(nèi)施工試驗(yàn)，以確定固化的適用性。無(wú)機(jī)固化劑有水泥、粉煤灰、石灰、石膏、礦渣微粉等。無(wú)機(jī)固化劑宜適用于無(wú)特殊要求常規(guī)軟弱土的加固處理。有機(jī)固化劑有高聚類離子固化劑、有機(jī)酶蛋白固化劑、酸基化合物固化劑等。除特殊要求外，較少單獨(dú)使用有機(jī)固化材料對(duì)軟弱土進(jìn)行加固處理；早強(qiáng)或特殊土體等用途時(shí)可采用部分有機(jī)固化材料。復(fù)合固化劑有水泥類+有機(jī)類等。復(fù)合固化劑宜適用于腐殖質(zhì)或有機(jī)質(zhì)土等特殊要求的軟弱土[1]。

2.4 固化施工工藝原理

自然狀態(tài)下的土壤在干燥狀態(tài)下，土體具有一定的承載力，但在水作用下變成泥漿，究其原因在于土壤顆粒存在空隙，空隙中存在游離水，當(dāng)土體承壓時(shí)游離水可以釋放出來(lái)，使土體變成泥漿，喪失承載力。當(dāng)土壤和固化劑充分?jǐn)嚢瑁?jīng)過養(yǎng)護(hù)后，土壤顆粒間空隙由固化材料充填，使得土壤顆粒通過固化材料相聯(lián)并固結(jié)形成固化土板體，承載力明顯增大且耐久。

固化劑是以水泥為主料再加上其他輔料和封水劑形成的。以水泥為基質(zhì)，按一定配比添加粉煤灰等，混合均勻而制成一種復(fù)合型固化材料。本方案可在較低的溫度下正常凝結(jié)硬化，具有水穩(wěn)定性能好、溶出物少的特性將水泥摻入到土中后，在水的參與下水泥會(huì)發(fā)生水解和水化反應(yīng)，產(chǎn)生水合水化物，這些水泥水化物會(huì)與泥漿顆粒產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，形成水泥石骨架，該骨架具有整體性好、水穩(wěn)定性高和一定強(qiáng)度等特征，提高了土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，改變了膨脹性土原有的性質(zhì)，使其工程性質(zhì)得到了改善。

3 深厚層淤泥就地固化施工試驗(yàn)

3.1 固化施工試驗(yàn)段目的

LK6+300～LK6+400，固化長(zhǎng)度100 m，固化寬度20 m，固化深度1.0 m。LK7+250～LK7+350，固化長(zhǎng)度100 m，固化寬度50 m，固化深度1.5 m[2]，滿足水泥攪拌樁及預(yù)應(yīng)力管樁等樁基設(shè)備對(duì)地基承載力的要求。深厚層淤泥淺層就地固化處理的土的密度試驗(yàn)檢測(cè)平均值為1.58。固化施工試驗(yàn)路段主要目的是，為確定采用的固化施工配合比是否能滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

在試驗(yàn)路段上采用不同的配比形式，通過對(duì)強(qiáng)度和承載力的檢測(cè)，確定合適的配比，再進(jìn)行大面積固化施工。通過試驗(yàn)段施工，檢驗(yàn)施工設(shè)備以及施工工藝的適用性，確定固化劑施工配合比、每1 m長(zhǎng)度固化劑用量，為施工工藝的合理選擇提供依據(jù)，并獲得在該試驗(yàn)情況下強(qiáng)度指標(biāo)與承載力值之間的經(jīng)驗(yàn)公式。將滿足強(qiáng)度要求的固化劑摻量及匹配于承載力要求的強(qiáng)度檢測(cè)指標(biāo)，用于大規(guī)模施工檢測(cè)中[3]。

3.2 試驗(yàn)段施工工藝及方法

根據(jù)室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果，必須考慮到不同的地質(zhì)情況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn)，以驗(yàn)證室內(nèi)配合比，確定主要施工工藝指標(biāo)。分別選取3段，每段一個(gè)配合比。固化劑類型采用粉劑或漿劑，固化劑含量暫定為6 %～7 %，主要成分包括水泥、粉煤灰、礦渣微粉以及少量穩(wěn)定劑，具體配合比根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定(表1)。

表1 深厚層淤泥就地固化施工配合比 %

4 固化施工設(shè)備

4.1 強(qiáng)力雙輪銑型攪拌頭

強(qiáng)力攪拌頭是一種三維空間立體攪拌設(shè)備，利用與其配套挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌頭，攪拌頭按一定的角度對(duì)稱布置連接桿和噴嘴的左右兩側(cè)，攪拌頭按不同規(guī)格，其橫向投影長(zhǎng)度尺寸為1 300～1 800 mm，寬度尺寸為800～1 000 mm，豎向高度為800～1 000 mm，為了搭接合理，單次攪拌形狀在平面上為矩形，單次攪拌面積不小于1 m2，作業(yè)深度4 m，作業(yè)效率50～80 m3/h。自動(dòng)化供料系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種固化劑的同時(shí)供料。固化劑由自動(dòng)化供料系統(tǒng)通過漿液管道輸送進(jìn)入噴嘴，利用攪拌頭上螺旋分布的刀頭三維空間立體切削土體和轉(zhuǎn)動(dòng)，使固化劑和淤泥土體充分地拌和均勻(圖1)。

圖1 淤泥固化雙輪銑型攪拌裝置

4.2 配套挖掘機(jī)

用于提供攪拌頭攪拌與移動(dòng)時(shí)的動(dòng)力，根據(jù)所選用的強(qiáng)力攪拌頭本身的大小來(lái)適配挖機(jī)動(dòng)力，保證攪拌頭的液壓驅(qū)動(dòng)力和攪拌的穩(wěn)定性，與常規(guī)攪拌頭相匹配的常用挖機(jī)型號(hào)主要有 250和300或更大動(dòng)力的設(shè)備，上部連接桿的長(zhǎng)度不小于3 m，并根據(jù)加固深度要求可設(shè)置加長(zhǎng)桿，最大處理深度不小于5 m。液壓力控制在23～42 MPa，攪拌效率不小于50～100 m3/h。

4.3 后臺(tái)自動(dòng)化供料及固化劑添加控制系統(tǒng)

固化劑添加控制系統(tǒng)安裝于后臺(tái)自動(dòng)化供料系統(tǒng)中。能夠?qū)崟r(shí)控制固化劑的添加量，精準(zhǔn)計(jì)量，減少浪費(fèi)。并能實(shí)時(shí)記錄和保存固化劑用量過程，并形成報(bào)告。后臺(tái)自動(dòng)化供料固化劑配置能力5～20 t/h，固化劑的管道輸送距離可達(dá)700 m。

強(qiáng)力攪拌就地固化施工方法分為干法施工和濕法施工，后臺(tái)自動(dòng)化供料系統(tǒng)分為液體漿劑供料系統(tǒng)和干粉劑供料系統(tǒng)，液體漿劑設(shè)備壓力不小于 3 MPa，干粉劑設(shè)備壓力不小于 0.8 MPa，后臺(tái)自動(dòng)化供料系統(tǒng)應(yīng)可實(shí)現(xiàn)多種固化劑的同時(shí)供料。自動(dòng)定量供料系統(tǒng)宜安裝于后臺(tái)自動(dòng)化供料系統(tǒng)中，應(yīng)能控制固化劑出料量與出料時(shí)間、實(shí)時(shí)顯示并記錄打設(shè)區(qū)域的用料量，保證每次攪拌區(qū)間和整個(gè)區(qū)塊的固化劑用量，數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)和打印；并可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，達(dá)到固化劑噴料的自動(dòng)化和智能化，避免人為造成的資源浪費(fèi)(圖2)。

圖2 淤泥固化后臺(tái)供料系統(tǒng)

5 深厚層淤泥就地固化施工

5.1 施工準(zhǔn)備

5.1.1 土體固化施工前應(yīng)具備的具備條件

深厚層淤泥就地固化施工前應(yīng)具有，工程地質(zhì)勘察報(bào)告、施工設(shè)計(jì)圖紙、總平面圖或試驗(yàn)段平面控制圖、施工現(xiàn)場(chǎng)地理位置及毗鄰地面建筑、構(gòu)筑物、道路、管線，空中的高壓輸電線等相關(guān)資料。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)具備施工用水、用電、施工道路暢通等條件。應(yīng)完成場(chǎng)地毗鄰地面建筑、構(gòu)筑物、道路、管線，空中的高壓輸電線環(huán)境等保護(hù)措施。

5.1.2 科學(xué)、完整的土體固化施工方案

施工前應(yīng)進(jìn)行施工技術(shù)交底，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)交底、工程地質(zhì)勘察報(bào)告、施工的地理環(huán)境、施工試驗(yàn)段施工技術(shù)總結(jié)等編制施工方案，施工方案經(jīng)監(jiān)理單位審批。技術(shù)人員組織施工班組長(zhǎng)及工人進(jìn)行技術(shù)交底，落實(shí)施工方案的施工質(zhì)量、安全措施。軟基土體固化施工開工前需修筑進(jìn)場(chǎng)施工便道，在護(hù)坡道外側(cè)開挖臨時(shí)排水邊溝，確保施工區(qū)域不積水。設(shè)置獨(dú)立的路基臨時(shí)排水溝，不得與農(nóng)田排、灌溝渠合用，且施工期間不能積水。

5.1.3 測(cè)量放樣、劃分區(qū)域

對(duì)設(shè)計(jì)單位移交的導(dǎo)線點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)，施工前會(huì)同業(yè)主和監(jiān)理工程師進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)無(wú)誤后使用。按施工設(shè)計(jì)圖，進(jìn)行淤泥固化平面位置、原地面高程等有關(guān)測(cè)量放樣工作，測(cè)量放樣記錄等，報(bào)送建設(shè)單位和監(jiān)理單位審核批準(zhǔn)，同時(shí)填寫測(cè)量放樣報(bào)驗(yàn)單，經(jīng)建設(shè)單位和監(jiān)理單位審查簽認(rèn)?，F(xiàn)場(chǎng)的管理人員根據(jù)測(cè)量放樣的邊界線，將要進(jìn)行淤泥固化的區(qū)域進(jìn)行劃分，區(qū)域劃分尺寸一般長(zhǎng)寬為5～6 m。

5.1.4 攪拌機(jī)就位

組裝淤泥固化攪拌機(jī)，檢查主機(jī)系統(tǒng)的連接，液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、粉噴系統(tǒng)各部分安裝試調(diào)情況，后臺(tái)自動(dòng)化供料的灰罐、輸送管路的密封連接情況是否正常，做好相應(yīng)的調(diào)整和密封緊固工作，排除一切異常情況后，方可進(jìn)行操作?；夜扪b滿料后，將進(jìn)料口加蓋密封牢固。

5.2 淤泥固化攪拌

深厚層淤泥采用邊固化邊推進(jìn)的固化的方式進(jìn)行，就地固化拌和方式見圖3。強(qiáng)力攪拌頭對(duì)原位土進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆?。根?jù)現(xiàn)場(chǎng)淤泥土樣含水率的高低以及固化劑形式，施工采用上下垂直攪拌固化的方式，攪拌設(shè)備直接插入式對(duì)原位土進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌設(shè)備正向運(yùn)行逐漸深入攪拌并噴射固化劑，直至達(dá)到淤泥固化設(shè)計(jì)底部，然后攪拌設(shè)備反向運(yùn)行緩慢提升攪拌并噴固化劑，攪拌提升或下降的速率控制在10

圖3 深厚層淤泥邊固化邊推進(jìn)的固化方式

～20 s/m,固化劑的噴料速率控制在100～200 kg/min(粉劑)和80～150 kg/min(漿劑)。深厚層淤泥固化攪拌工序?yàn)殛P(guān)鍵工序, 應(yīng)保證攪拌均勻,其強(qiáng)度滿足指標(biāo)要求，各區(qū)塊之間應(yīng)有不小于5 cm的搭接寬度，避免漏攪。

5.3 碾壓和養(yǎng)護(hù)

當(dāng)固化穩(wěn)定體能達(dá)到平整要求時(shí)開始進(jìn)行整平壓實(shí)。平整壓實(shí)施工應(yīng)根據(jù)固化穩(wěn)定土的含水率和固結(jié)強(qiáng)度指標(biāo)，當(dāng)固化穩(wěn)定土的含水率較低時(shí)(一般低于60 %)，固結(jié)階段施工完成后即可整平壓實(shí)，如上午和下午收工前。而當(dāng)固化穩(wěn)定土的含水率較高時(shí)，由于固化穩(wěn)定土固結(jié)時(shí)間滯后，則可在第二天或第三天補(bǔ)充整平壓實(shí)。一般來(lái)說(shuō)，能提早整平壓實(shí)的就不要拖后，如整平壓實(shí)后出現(xiàn)大量表面開裂，說(shuō)明整平壓實(shí)時(shí)間太遲了。施工全過程宜在4 h以內(nèi)，避免在雨天情況下施工，固化穩(wěn)定土體養(yǎng)護(hù)數(shù)天至承載力達(dá)到攪拌樁或預(yù)應(yīng)力管樁施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)要求時(shí)，方可進(jìn)行水泥攪拌樁或預(yù)應(yīng)力管樁施工，一般固化后養(yǎng)護(hù)7～14 d可進(jìn)行水泥攪拌樁施工；固化養(yǎng)護(hù)14 d后可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工。

5.4 淤泥固化質(zhì)量檢驗(yàn)

就地固化處理路段需對(duì)固化后的強(qiáng)度、厚度和承載力進(jìn)行檢測(cè)。通過固化劑自動(dòng)定量控制系統(tǒng)控制施工過程中的配比，允許偏差不大于0.5 %。厚度檢測(cè)通過靜力觸探試驗(yàn)確定，要求處理厚度與設(shè)計(jì)厚度相差不超過20 cm。處理區(qū)域的長(zhǎng)寬度用尺進(jìn)行量測(cè)，要求現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)長(zhǎng)寬度與設(shè)計(jì)寬度相差不超過10 cm，測(cè)試點(diǎn)不少于3處。

利用十字板剪切試驗(yàn)對(duì)固化后的土體進(jìn)行試驗(yàn)，單個(gè)區(qū)塊或每300 m測(cè)試點(diǎn)不少于3處，14 d后不排水抗剪強(qiáng)度不小于80 kPa或28 d強(qiáng)度不小于100 kPa。

利用靜力觸探試驗(yàn)確定固化的土體的強(qiáng)度，單個(gè)區(qū)塊或每300 m測(cè)試點(diǎn)不少于3處，14 d后靜力觸探錐尖阻力不小于0.8 MPa或28 d錐尖阻力不小于1 MPa。

就地固化處理技術(shù)的承載性能試驗(yàn)。對(duì)固化后處理區(qū)域進(jìn)行荷載板試驗(yàn)，單個(gè)區(qū)塊或每300 m測(cè)試點(diǎn)不少于1處，14 d后承載力不小于100 kPa，或28 d后承載力不小于130 kPa。承載板尺寸不小于0.5 m×0.5 m。

6 質(zhì)量控制措施

根據(jù)淤泥固化土配方設(shè)計(jì)的要求，對(duì)摻加淤泥固化土的各種材料的質(zhì)量和數(shù)量要嚴(yán)加控制，確保質(zhì)量，力求計(jì)量準(zhǔn)確，符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

淤泥固化土攪拌時(shí)，力求達(dá)到最佳含水量，攪拌必須均勻，使各種材料混合充分，確保淤泥的固化效果。碾壓淤泥固化時(shí)，確保淤泥固化土的最大密實(shí)度。淤泥固化土攪拌后，應(yīng)及時(shí)覆蓋、養(yǎng)護(hù)，3 d內(nèi)要防止承重過大，防止損壞。施工期間要做好防雨措施，下雨應(yīng)停止施工。

淤泥固化時(shí)如有積水，勢(shì)必增加固化劑的用量，直接影響淤泥固化的效果，施工前排除淤泥表面積水是保證固化質(zhì)量的關(guān)鍵工作，因此在固化施工前要檢查施工區(qū)域的排水降水情況，檢查排水溝和集水坑的設(shè)置，及時(shí)用竹籬笆等材料對(duì)排水溝和集水坑進(jìn)行加固，防止坍塌影響排水效果。

7 應(yīng)用工程實(shí)例

G25德清至G60桐鄉(xiāng)高速聯(lián)絡(luò)線湖州段第LTJ01標(biāo)段,軟土路段主要分布在起點(diǎn)LK2+300路段以及LK5+800-終點(diǎn)段。多為水(魚)塘，處理范圍大，若采用清淤換填方案，清淤工程量大，且清除的淤泥需進(jìn)行堆棄處理，不利于生態(tài)環(huán)保。且沿塘軟基路段主要釆用水泥攪拌樁或預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理，無(wú)需對(duì)塘底淤泥全部處理，只需處理一定深度后形成硬殼層滿足攪拌樁或管樁設(shè)備施工即可。因此，結(jié)合軟土區(qū)水(魚)塘特點(diǎn)并綜合考慮施工難易程度、工程造價(jià)和環(huán)保等方面，采用土體淺層固化技術(shù)對(duì)塘底淤泥就地進(jìn)行固化處理，以便快速形成硬殼層，滿足水泥攪拌樁及預(yù)應(yīng)力管樁等樁基設(shè)備對(duì)地基承載力的要求。

8 結(jié)束語(yǔ)

采用深厚層淤泥淺層就地固化處理與傳統(tǒng)深厚層淤泥處理具有明顯的優(yōu)勢(shì)，深厚層淤泥淺表層就地固化，做到因地制宜使用原土，節(jié)約土資源。固化體具有良好的抗穿透性，抗浸出性，抗干濕性和抗凍融性。固化筑路的強(qiáng)度隨時(shí)間逐漸增強(qiáng)而不是減弱。泥沼固化施工采用部分專用設(shè)備。工程造價(jià)低廉，工程造價(jià)可以節(jié)省15 %～20 %。淤泥固化具有施工簡(jiǎn)單、耐久性好、質(zhì)量好、節(jié)約資源、經(jīng)濟(jì)合理、保護(hù)環(huán)境，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在廣大濱海濱湖深軟基處理施工具有良好的推廣應(yīng)用前景。