淺層軟土路基就地固化效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)

肖育民XIAO Yu-min；劉春林②LIU Chun-lin；徐明江XU Ming-jiang；李濤LI Tao

（①?gòu)V州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司，廣州 510440；②廣州建筑股份有限公司，廣州 510030）

0 引言

軟土路基有機(jī)質(zhì)含量高、強(qiáng)度低、壓縮性高，無(wú)法滿足路基工程正常使用要求[1]。常用的軟土路基處理方法有復(fù)合地基法、排水固結(jié)法、密實(shí)法和固化劑穩(wěn)定法等[2]。對(duì)于淺層軟土，換填法是優(yōu)先方案，但存在原位軟土處置、換填方量大而工期短等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)綠色施工、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展的目的，基于固化劑穩(wěn)定法的就地固化技術(shù)在淺層軟土路基處理中得到大規(guī)模應(yīng)用。

軟土就地固化技術(shù)是一種采用水泥、活性礦物摻合料等固化材料對(duì)原位地基軟土進(jìn)行改性處理，從而形成滿足一定強(qiáng)度要求的軟基處理方法[3]。其基本原理是固化材料與軟土中化學(xué)成分、水發(fā)生反應(yīng)[4]后產(chǎn)生膠凝物質(zhì)，形成具有一定剛度和厚度的板體狀“硬殼層”，從而提高土體強(qiáng)度。板體狀“硬殼層”在土顆粒表面發(fā)揮類似梁的作用，可承擔(dān)彎矩和剪力并具有一定抵抗變形的能力，這種類似梁的作用被稱為“殼體效應(yīng)”[5]。土體中的“殼體效應(yīng)”可以均勻擴(kuò)散上部荷載，提高軟土路基整體承載力。淺層軟土就地固化技術(shù)具有施工工效高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、可滿足不同承載力要求以及可與其他軟土路基處理方法結(jié)合處理等優(yōu)點(diǎn)。

齊添等[6]選用水泥對(duì)廣州南沙有機(jī)質(zhì)軟土進(jìn)行固化處理，研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸對(duì)固化效果和水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響最大。熊勃等[7]通過(guò)正交試驗(yàn)研究水泥、石灰、石膏、膨潤(rùn)土和苛性鈉對(duì)廣州南沙淤泥的固化效果，并獲得固化材料的最優(yōu)復(fù)合配比。陳永輝等[8]通過(guò)十字板剪切試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)檢測(cè)就地固化后土體強(qiáng)度，得出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)強(qiáng)度與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度的比值分布在0.38-0.87 之間。張維等[9]通過(guò)動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、貝克曼梁彎沉儀試驗(yàn)檢測(cè)粵東濱海相軟土路基的就地固化效果。盧占偉等[10]運(yùn)用就地固化技術(shù)和復(fù)合地基法對(duì)泥漿池進(jìn)行施工處理并進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)際固化效果良好。藺媛媛[11]針對(duì)浜塘地段的淤泥質(zhì)土提出淺層土體固化技術(shù)方案，固化處理效果好，取得節(jié)能環(huán)保的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

近年，淺層軟土就地固化技術(shù)以其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在路基施工工程中逐漸得到大規(guī)模應(yīng)用。許多專家學(xué)者和技術(shù)人員不斷研究創(chuàng)新，將研究成果成功應(yīng)用于軟土路基加固。本文就某工程淺層軟土就地固化效果進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)，提出了相應(yīng)的后續(xù)施工改進(jìn)措施，可為類似工程項(xiàng)目施工提供借鑒價(jià)值。

1 淺層軟基就地固化處理

1.1 地質(zhì)概況

本項(xiàng)目位于廣州市白云區(qū)某產(chǎn)業(yè)園，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)特殊巖土主要為人工填土。根據(jù)鉆探結(jié)合調(diào)查資料，該填土為欠壓實(shí)-稍壓實(shí)狀態(tài)，土質(zhì)較疏松，孔隙比較大，壓縮系數(shù)較大，土質(zhì)不均勻。填土基本性能指標(biāo)如表1 所示。綜合考慮地基強(qiáng)度及變形的影響，當(dāng)軟土埋深較淺時(shí)，采用換填處治，對(duì)路床底面以下一定深度范圍內(nèi)軟土進(jìn)行挖除，并統(tǒng)一換填石屑；當(dāng)軟土埋深較大時(shí)，路床范圍換填0.8m 石屑，路床底面以下采用就地固化處治。為確定設(shè)計(jì)的固化劑配合比是否能滿足承載力設(shè)計(jì)要求，選取具有代表性的試驗(yàn)段進(jìn)行前期技術(shù)方案論證，為后續(xù)軟基就地固化施工方案和工藝流程提供依據(jù)。

表1 填土基本性能指標(biāo)

1.2 軟基固化方案

試驗(yàn)段取3 個(gè)5×5m 的固化區(qū)域，1 號(hào)區(qū)域按設(shè)計(jì)暫定固化劑摻量摻入6%水泥+4%粉煤灰（每立方土體摻入108kg 水泥和72kg 粉煤灰），2 號(hào)區(qū)域按7%水泥+4%粉煤灰（126kg 水泥和72kg 粉煤灰）摻入，3 號(hào)區(qū)域按5%水泥+4 粉煤灰（90kg 水泥和72kg 粉煤灰）摻入。三個(gè)區(qū)域就地固化完成后，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)固化效果進(jìn)行檢測(cè)。

2 固化結(jié)果檢測(cè)與分析

2.1 檢測(cè)方案

2.1.1 鉆芯法檢測(cè)

首先，采用鉆芯法檢測(cè)試驗(yàn)區(qū)就地固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、固化深度及固化效果。共鉆芯7 個(gè)孔，孔號(hào)分別為HK0+190#、HK0+195#、HK0+200#、JNK0+150#、JNK0+250#、JNK0+250 左#、JNK0+280#。在鉆孔的不同部位各取一組有代表性的固化土芯樣試件和土體芯樣試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，固化土體能取出完整芯樣時(shí)，要求其28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.2MPa。固化土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值按一組三塊試件強(qiáng)度值的平均值確定，單樁固化土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值取各段固化土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值中的最小值。固化效果根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)固化土芯樣特征進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，固化效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按表2 執(zhí)行。

表2 固化效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)路基軟土的固化處理效果，共3 個(gè)檢測(cè)孔，分別為CK0+240#、CK0+280#、CK0+320#。其中CK0+240#、CK0+280#的設(shè)計(jì)固化深度為3.70m，CK0+320#的設(shè)計(jì)固化深度為3.00m。若14 天標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N不少于4 時(shí)，可認(rèn)為軟基的固化處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

2.2.1 鉆芯法

鉆芯法檢測(cè)路基就地固化土的28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表3，固化深度結(jié)果和固化效果見(jiàn)表4，固化土鉆芯結(jié)果芯樣照片見(jiàn)圖1。

圖1 固化土鉆芯結(jié)果芯樣照片

表3 路基就地固化土28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表4 路基就地固化土固化深度和固化效果檢測(cè)結(jié)果

由表3、表4 和圖1 可知，各孔固化土芯樣水泥攪拌較均勻，膠結(jié)狀態(tài)較好。其中，HK0+195#孔固化土芯樣28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最小值為0.09MPa，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度值0.2MPa。JNK0+280#孔未取出完整柱狀固化土芯樣，無(wú)法進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)HK0+195#孔和JNK0+280#孔再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。若14天標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N 不小于4，則認(rèn)為固化處理滿足設(shè)計(jì)要求。

JNK0+150#、JNK0+250#、JNK0+250 左#孔固化土芯樣的28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最小值均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度值0.2MPa，表明固化處理滿足設(shè)計(jì)要求。HK0+195#孔實(shí)際固化深度比設(shè)計(jì)固化深度淺0.80m，JNK0+150#孔實(shí)際固化深度比設(shè)計(jì)固化深度深0.30m，其余受檢各孔實(shí)際固化深度與設(shè)計(jì)固化深度基本相符。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

軟土路基就地固化土14 天的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表5 所示，固化深度結(jié)果和固化效果如表6 所示，固化土芯樣照片如圖2 所示。由此可知，各孔就地固化土水泥攪拌均勻，膠結(jié)狀態(tài)好，固化效果同樣良好。各孔在檢測(cè)深度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N 均大于4，表明固化處理滿足設(shè)計(jì)要求。另外，各孔實(shí)際固化深度與設(shè)計(jì)固化深度基本相符。

圖2 固化土芯樣照片

表5 路基就地固化土14 天標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

表6 路基就地固化土固化深度和固化效果檢測(cè)結(jié)果

綜合鉆芯法和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果，為保證軟土路基就地固化效果都能滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)后續(xù)施工提出以下改進(jìn)措施：①針對(duì)部分固化深度不足的問(wèn)題，需確保攪拌深度超過(guò)設(shè)計(jì)固化深度不小于0.2m；②對(duì)于水泥攪拌不均勻、膠結(jié)狀態(tài)較差的情況，建議相對(duì)延長(zhǎng)軟土層攪拌及噴漿時(shí)間；③后續(xù)大面積就地固化固化劑摻量確定為6%P.O42.5R 水泥+4%F 類Ⅱ級(jí)粉煤灰（原狀土質(zhì)量百分比），原狀土性質(zhì)或含水量發(fā)生較大改變時(shí)，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整水膠比；④就地固化路基施工應(yīng)加強(qiáng)資料收集，對(duì)原狀土性質(zhì)、含水量、攪拌時(shí)間、供漿速度等施工參數(shù)進(jìn)行匯總對(duì)比，總結(jié)出一套完整成熟的動(dòng)態(tài)施工工法，為今后地基固化提供施工依據(jù)及指導(dǎo)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文依托廣州市某產(chǎn)業(yè)園淺層軟土路基就地固化項(xiàng)目，采用鉆芯法和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)區(qū)就地固化土的固化效果進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)，主要得出以下結(jié)論：①通過(guò)28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)、固化深度、芯樣照片等參數(shù)可有效綜合評(píng)價(jià)就地固化土的固化效果。②對(duì)于不能鉆取完整芯樣的工況，可結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)一步判定其就地固化效果。③為了保證全部軟土路基就地固化效果滿足設(shè)計(jì)，提出增加固化深度、延長(zhǎng)軟土層攪拌和噴漿時(shí)間以及采用動(dòng)態(tài)施工管理的技術(shù)措施。