劉彬權(quán)，汪瀟

（1.西北電力建設(shè)第三工程有限公司，陜西 咸陽(yáng) 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(chǎn)業(yè)基地公用工程島項(xiàng)目一期工程位于連云港市徐圩新區(qū)，緊鄰黃海。我國(guó)漫長(zhǎng)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(zhǎng)達(dá)700a之久，直至1855年黃河北歸在山東東營(yíng)入渤海。經(jīng)查閱本項(xiàng)目巖土勘察報(bào)告，場(chǎng)地內(nèi)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(zhì)較均勻，含水率高達(dá)60%，有機(jī)質(zhì)含量1.9%～3.6%，高壓縮性，工程性質(zhì)差，作為建（構(gòu)）筑物地基易產(chǎn)生不均勻沉降，基坑開(kāi)挖、回填時(shí)極易產(chǎn)生坍塌或塑性擠出等不利影響。因此，基坑回填時(shí)，需對(duì)②層淤泥進(jìn)行固化，嚴(yán)格控制固化劑摻量、分層碾壓，確保土體承載力特征值達(dá)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(duì)基坑開(kāi)挖出的淤泥摻入一定量固化劑，隨之進(jìn)行反應(yīng)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的承載力強(qiáng)度。

回填土主要影響因素：

1）含水量。土方回填壓實(shí)施工中，控制最佳含水率是首要關(guān)鍵。試驗(yàn)測(cè)得，淤泥經(jīng)固化反應(yīng)后的固化土最佳含水率為15%，遠(yuǎn)低于原始淤泥的60%含水量，更有利于回填的密實(shí)。如果壓實(shí)條件相同，壓實(shí)質(zhì)量會(huì)受填土的含水量影響。

2）鋪土厚度。虛鋪土厚度不應(yīng)大于壓實(shí)機(jī)械振動(dòng)、碾壓的影響深度，若虛鋪過(guò)厚，應(yīng)增加機(jī)械碾壓遍數(shù)。

3）壓實(shí)功。壓實(shí)后填方的干密度與壓實(shí)機(jī)施加的功率有關(guān)。在壓實(shí)開(kāi)始時(shí)，土壤的干燥密度急劇增加。當(dāng)土壤的最大干密度接近時(shí)，壓力會(huì)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(jī)理可以分為：生物酶類、化學(xué)類。本工程采用化學(xué)類固化，將現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的土方摻入固化劑，利用機(jī)械充分拌和均勻，得到改良土。拌和前，根據(jù)土質(zhì)和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行土樣抽樣試驗(yàn)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(jìn)行調(diào)整，以調(diào)整其強(qiáng)度。本工程根據(jù)取樣結(jié)果，最終選用江蘇坤澤科技有限公司生產(chǎn)研發(fā)的KZJ-LO3型、摻量90kg/m3的無(wú)機(jī)復(fù)合型固化劑。該產(chǎn)品具有工期快、強(qiáng)度上升快、質(zhì)量可控、施工成本低且具有良好的抗?jié)B性?；瘜W(xué)類無(wú)機(jī)復(fù)合土壤固化劑作用機(jī)理是利用膠凝材料的水解與水化反應(yīng)；離子交換和中和反應(yīng)；土壤固化劑的組分與土壤顆粒的火山灰反應(yīng)。具有技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先、施工方便、工期短且成本低的優(yōu)點(diǎn)，尤其在降低揚(yáng)塵污染，守護(hù)藍(lán)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(shù)中，淤泥與固化物發(fā)生一系列水解和水化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的膠凝物質(zhì)和結(jié)晶物質(zhì)，將土壤顆粒膠結(jié)包裹在淤泥中，通過(guò)激發(fā)劑刺激土壤顆粒本身的活性，促進(jìn)和穩(wěn)定反應(yīng)過(guò)程，使污泥具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等特性，并控制強(qiáng)度長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)。再經(jīng)過(guò)物理壓實(shí)后，可以形成一個(gè)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(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在性質(zhì)上與黏土完全不同，可表現(xiàn)出良好的整體強(qiáng)度，較好的水硬性、水穩(wěn)性及防滲性。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

4.1 液、塑限試驗(yàn)

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(shuō)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(yàn)

在不同含水率作用下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)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?yàn)橥馏w在純凈水作用下土體結(jié)構(gòu)形成崩塌，呈分散性?？梢钥闯觯馏w中含水率增加會(huì)導(dǎo)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(shí)驗(yàn)

剪切實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映出，隨著固化劑的增加，土體抗剪強(qiáng)度的內(nèi)摩擦系數(shù)和內(nèi)摩擦角基本不變的情況下，黏聚力會(huì)隨之增加，這是因?yàn)楣袒瘎┰黾油馏w黏聚力。剛開(kāi)始固化劑對(duì)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(huì)產(chǎn)生作用。隨著含水率的增加，抗剪性效果開(kāi)始明顯。

4.4 滲透實(shí)驗(yàn)

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(hù)周期密切相關(guān)。

養(yǎng)護(hù)周期一定時(shí)，固化土的滲透系數(shù)隨著固化劑含量的增加而降低；當(dāng)含量一定時(shí)，固化土滲透系數(shù)的降低隨著齡期的增加而進(jìn)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(hù)1d（67.5%～78.8%）＜養(yǎng)護(hù)4d（68.8%～86.7%）＜養(yǎng)護(hù)7d（72.9%～96.4%）＜養(yǎng)護(hù)14d（73.5%～97.7%）；尤其在摻量為1.0%和1.5%，養(yǎng)護(hù)14d時(shí)，滲透系數(shù)的值達(dá)到了5～8cm/s，較素土減少了2個(gè)數(shù)量級(jí)，極好地提高了土壤的抗?jié)B性能[2]。

5 試驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1）在相同含水量的條件下，試件的強(qiáng)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(gè)最優(yōu)的土料含水率，使得試件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，土料含水率大于或小于這個(gè)最優(yōu)土料含水率的試件抗壓強(qiáng)度會(huì)降低；

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

4）加入土壤固化劑后，其膠結(jié)作用消除了土壤間隙，使土顆粒之間的連接力增強(qiáng)，提高了土體的緊密程度，更有助于回填土的材料質(zhì)量；同時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，固化劑摻量越大，其膠結(jié)作用發(fā)揮越充分，土壤強(qiáng)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(jié)語(yǔ)

土壤固化劑能提高土壤的強(qiáng)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(kāi)山采石和采砂，保護(hù)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(shè)備沉降事故，消除回填土的負(fù)面影響，增加建筑物的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，提高工程項(xiàng)目的質(zhì)量與安全性。