就地淺層固化技術(shù)穩(wěn)定性與可靠性研究

吳連盛

（上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司，上海市 200335）

0 引言

作為一種利用強力攪拌頭與固化劑對軟土、圍海造田吹填土、淤泥等軟弱土進行就地固化處理的工藝，就地淺層固化技術(shù)不僅能使土體達到期望強度，而且相比道路工程領(lǐng)域常規(guī)的土體置換或換填法處理工藝，其經(jīng)濟性和社會效益更佳[1-5]。然而由于道路工程領(lǐng)域大規(guī)模研究、引入和應(yīng)用該技術(shù)的時間不長，因而關(guān)于該技術(shù)應(yīng)用性的研究案例、資料和成果不多，尤其穩(wěn)定性與可靠性方面研究成果更少。

因此，課題組以公司在建的昆陽路越江及配套道路工程、S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）新建工程等工程為載體，在概要性梳理該技術(shù)工藝方案及流程等內(nèi)容前提下，探索該技術(shù)在不同公路工程項目中應(yīng)用的穩(wěn)定性和可靠性，以期為該類技術(shù)工藝推廣應(yīng)用提供客觀可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1 淺層固化實施設(shè)備與施工準備

（1）就地淺層固化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備簡介

關(guān)鍵設(shè)備為強力攪拌系統(tǒng)，主要由前部強力攪拌頭、配套挖機、后臺供料系統(tǒng)、固化劑混合添加控制系統(tǒng)等組成（見圖1）。前部強力攪拌頭是一種專業(yè)型的攪拌設(shè)備，能夠?qū)⑻砑拥墓袒瘎┚鶆虻匕韬腿胪馏w內(nèi)部。固化劑混合添加控制系統(tǒng)安裝于后臺供料系統(tǒng)中，能夠?qū)崟r控制固化劑的添加量，精確計量，減少材料浪費。

圖1 就地淺層固化處理設(shè)備

（2）施工準備

a. 現(xiàn)場核查。了解現(xiàn)場可利用的水源、電源、道路、堆場、臨時設(shè)施搭建場地及施工通道等；核對與核查各類公用事業(yè)地下管線位置、數(shù)量、口徑、深度及接頭形式，核對各種架空線桿位、高度，落實管線搬遷或加固處理；了解施工期間現(xiàn)場交通對施工影響程度，落實施工期間交通組織。

b. 施工測量。抽干浜塘水，進行原始地貌測量，測量前沿上口邊線一側(cè)布設(shè)里程樁。斷面寬度，采用鋼尺丈量，高程用水準儀觀測。為了確保土方計算準確性，設(shè)定縱向以10 m 為一個斷面進行測量。

（3）固化準備

a. 筑壩、抽干明浜水，清除浜內(nèi)雜物，回填浜塘土至路面結(jié)構(gòu)層底面以下0.3 m，且不高于原地面，然后再對浜底淤泥進行就地固化處理。

b. 對于暗浜，清除表面0.3 m，清除建筑垃圾，平整場地，固化處理的頂標高為清除垃圾后原地面標高，且不高于設(shè)計路面標高H-（80+A），然后進行就地固化，處理至暗浜土底標高。若浜土表層土含水率較低，影響整體施工進度，則先對表層土進行分層翻松處理，然后進行就地固化，處理至暗浜土底標高。

2 淺層固化施工技術(shù)工藝流程與關(guān)鍵要點

2.1 施工工藝流程

工藝流程主要由施工測量、配合比、固化施工和養(yǎng)護等工序組成（見圖2）。

圖2 就地淺層固化施工流程圖

2.2 施工方法

（1）劃分施工區(qū)塊

將待處理的浜塘區(qū)域進行放樣并劃分施工區(qū)塊，一般區(qū)塊劃分尺寸為5 m×5 m，并根據(jù)各處理區(qū)塊的處理深度以及固化劑配比數(shù)據(jù)，利用固化劑自動定量供料系統(tǒng)設(shè)置固化劑含量。

（2）強力攪拌頭就地攪拌

采用強力攪拌頭對原位土進行均勻攪拌。根據(jù)現(xiàn)場淤泥土樣含水率的高低以及固化劑形式，施工可采用垂直上下攪拌固化的方式（見圖3），攪拌設(shè)備直插式對原位土進行攪拌，攪拌設(shè)備正向運行逐漸深入攪拌并噴射固化劑，直至達到淤泥底標高，然后攪拌設(shè)備反向運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10～20 s/m，固化劑的噴料速率控制在70～160 kg/min。

圖3 就地淺層固化攪拌方式- 原位垂直上下固化式

（3）施工順序

就地固化處理采用邊固化、邊推進的模式進行，應(yīng)保證攪拌均勻，其強度滿足指標要求，各區(qū)塊之間應(yīng)有不小于5 cm 的搭接寬度，避免漏攪，見圖4。

圖4 邊固化邊推進的施工順序

固化處理底標高為至浜底淤泥以下良好土層至少50 cm，處理深度至少1.0 m 以上。寬度為坡腳外延伸1.0 m。浜塘需要設(shè)置圍堰排水，固化后浜坡再開挖臺階。

（4）特殊區(qū)域固化施工要求

a. 已施工雨水管區(qū)域

固化施工時，攪拌頭先從管道兩側(cè)呈45°角斜插至管道基礎(chǔ)底部完成固化，然后再補充垂直固化管道兩側(cè)的三角空白區(qū)，垂直固化距離管道基礎(chǔ)約0.3 m。

b. 承臺區(qū)域

固化施工時，攪拌頭貼近承臺施工，并注意做好承臺的成品保護工作，不得發(fā)生觸碰而破壞承臺混凝土。

c. 固化區(qū)域存在大面積建筑垃圾且靠近軌交線

施工單位應(yīng)及時匯報現(xiàn)場監(jiān)理、設(shè)計單位及業(yè)主，待設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況重新調(diào)整處理方案后方可進行后續(xù)的施工。

（5）碾壓和養(yǎng)護

固化攪拌完畢后，固化土體養(yǎng)護數(shù)天至一定強度（根據(jù)現(xiàn)場情況確定具體時間）后采用壓路機或配套挖機碾壓表面。

3 工程應(yīng)用情況

3.1 應(yīng)用載體與材料情況

（1）工程概況

昆陽路越江及配套道路工程全長3.5 km，其中橋梁長1.9 km，兩側(cè)接線道路長1.6 km，是連接上海市閔行區(qū)和奉賢區(qū)的南北向重要干線公路之一。S3公路（周鄧公路-G1503 公路兩港立交）新建工程，北起周鄧公路，順接S3 公路先期實施段，沿線穿越上海市浦東新區(qū)和奉賢區(qū)，南接規(guī)劃兩港大道，全26.64 km。兩個項目場地內(nèi)均存在大量的明浜、暗浜，需加固路基累計量超100 萬m3。

（2）工程環(huán)境

由于昆陽路越江及配套道路工程和S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）新建工程（見圖5（a）和圖5（b））等均位于上海市，因而兩個項目地形地貌、水文地質(zhì)和氣候條件情況基本相同，即外在影響因素基本相近。

（3）工程材料

兩項工程淺層固化的材料要求（含固化劑配比）基本相同：

a. 素土

耕植土、草皮土、有機土、淤泥、含有樹根、腐朽物質(zhì)及燒失量和易容鹽含量超過允許含量的土，液限大于50%、塑性指數(shù)大于26 的細粒土等，不得直接作為路基填料。外購?fù)练阶鳛樘钪牧闲杞?jīng)過野外取土實驗方可使用。

b. 粉煤灰

應(yīng)滿足Ⅱ級粉煤灰的技術(shù)要求，燒失量宜小于20%；燒失量超過標準的粉煤灰應(yīng)作對比試驗，分析論證后采用。粉煤灰的粒徑宜在0.001～1.18 mm 之間，小于0.075 mm 的顆粒含量宜大于45%。粉煤灰中不得含團塊、腐殖質(zhì)及其它雜質(zhì)。

c. 水泥

采用強度等級P.0.42.5 級及以上的普通硅酸鹽水泥（不過期、不受潮、不結(jié)塊），其性能必須符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）規(guī)定。水泥儲存時間超過三個月時應(yīng)重新取樣試驗，并按其檢驗結(jié)果使用，使用前報監(jiān)理工程師批準。

d. 土工格柵

采用雙向土工格柵，要求經(jīng)緯向極限抗拉強度不小于80 kN/m，2%延伸率時的抗拉強度不小于20 MPa。

e. 配合比

兩個工程的固化劑采用漿劑，每桶漿液的配合為：水∶水泥∶粉煤灰=900 kg∶675 kg∶225 kg，水灰比為1，摻量為8%（6%P.0.42.5 水泥+2%粉煤灰）。

3.2 應(yīng)用效果

在淺層固化作業(yè)完成28 d 后，課題組委托第三方檢測單位在昆陽路越江及配套道路工程和S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）新建工程各自淺層固化區(qū)域取10 個檢測點，并依據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DGJ08-11—2010）進行地基靜載試驗，試驗檢測結(jié)果表明：經(jīng)淺層固化處理后，昆陽路悅江隧道工程淺層固化區(qū)28d地基承載力超過設(shè)計要求值120 kPa，且達到設(shè)計要求的最大加載量240 kPa，也未發(fā)生破壞；S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）淺層固化區(qū)28 d 地基承載力也超過設(shè)計要求值120 kPa，承載試驗過程中各試驗點地基均未發(fā)生破壞。

此外，通過對兩個項目各點靜載檢測參數(shù)進一步分析（分別見圖6 和圖7），發(fā)現(xiàn)兩項工程淺層固化后的最大沉降量均未超過14 mm，回彈率在35%～50%之間、最大回彈量不足10 mm，充分表明該技術(shù)工藝在不同工程中的可靠與穩(wěn)定。

4 結(jié)論

在采用相同施工工藝、材料及配合比前提下，就地淺層固化技術(shù)工藝在兩個不同公路工程的應(yīng)用結(jié)果表明：

（1）該技術(shù)工藝所涉及材料、設(shè)備、流程及工序均簡要方便。

（2）處理后的路基承載力能夠滿足設(shè)計要求。

（3）處理效果可靠、穩(wěn)定。

因此，無論從經(jīng)濟角度，還是出于生態(tài)環(huán)?？紤]，就地淺層固化技術(shù)工藝都不失為一種高性價比的土體處理工藝。