王一凡 郭云漢

中國建筑土木建設(shè)有限公司 北京 100070

在新時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，我們不僅滿足于完成眼前的建設(shè)目標(biāo)，同時(shí)也追求滿足高效生產(chǎn)、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展需求。浜塘地段的傳統(tǒng)處理方法為，將浜塘區(qū)域的淤泥質(zhì)土挖出，再使用磚渣、素土等建筑材料進(jìn)行填埋，挖填及運(yùn)輸過程施工周期長，機(jī)械用量大，易造成污染，且淤泥土處理困難，缺乏磚渣等建筑材料，工程質(zhì)量把控困難。近年來逐步推廣的土體固化技術(shù)，在軟土地基中注入固化劑，將其轉(zhuǎn)化為具有足夠承載力的土質(zhì)結(jié)構(gòu)，減少了挖填的繁雜工序，節(jié)約了大量人力、物力且縮短了工期，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，同時(shí)避免了運(yùn)輸過程中的水土及揚(yáng)塵污染，減少場地占用和交通影響，降低對周邊的干擾，固化劑為工業(yè)廢料設(shè)計(jì)加工而成，促進(jìn)資源循環(huán)利用，且施工便利易把控管理，質(zhì)量得到提升[1-4]。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

上海市某新建高速公路工程，總長度為6.64 km，主線道路等級為高速公路，地面道路按城市主干路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)使用年限為100年。高速公路荷載標(biāo)準(zhǔn)按公路-I級設(shè)計(jì)，并同時(shí)滿足城-A級；地面道路按城-A級。設(shè)計(jì)安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1。道路抗震設(shè)防烈度為7度，橋梁抗震設(shè)防烈度8度，高速系統(tǒng)抗震設(shè)防類別為B類，地面系統(tǒng)城市主干路橋梁抗震設(shè)防類別為丙類。主線路寬38 m，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度100 km/h，匝道路寬12.5 m，雙車道，設(shè)計(jì)速度50 km/h。路基工程主要包括路床處理、明暗浜處理、臺后處理、路基拼寬處理等，明浜、暗浜處理均采用淺層土體固化技術(shù)。

1.2 建設(shè)條件

工程所在的上海市奉賢區(qū)為沿海區(qū)域，為亞熱帶季風(fēng)氣候地區(qū)，風(fēng)向?yàn)槌Ｄ陽|南風(fēng)，日照充足，雨水充沛。是上海市內(nèi)陸部分空氣質(zhì)量最好地區(qū)，空氣降塵量為市中心的1/10左右。常年平均氣溫16.1 ℃，年平均降雨量1 191.5 mm，平均無霜期225 d。全區(qū)地勢較為平坦，河網(wǎng)十分密集，表層土質(zhì)為軟塑土-可塑狀粉質(zhì)黏土，土層厚度在0.7～3.2 m范圍，河流及水塘河床土質(zhì)大多為淤泥質(zhì)土，該土質(zhì)含水高、壓縮性高，且易擾動、易變形，承載力極差，工程地質(zhì)條件差。

2 軟土地基固化設(shè)計(jì)方案

2.1 固化劑設(shè)計(jì)

選擇固化劑配比的基本要求包括：固化效率高、固化強(qiáng)度大、固化穩(wěn)定均勻、成本低污染小等。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及該地區(qū)周邊常見材料類別，該類地質(zhì)下固化劑使用的主要材料為水泥、粉煤灰及部分添加劑，設(shè)計(jì)固化劑類型為漿劑固化劑，主要成分配置的初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為摻量為8%，包括6%強(qiáng)度P.O 42.5的水泥及2%粉煤灰，漿液水灰比為1∶1。

對施工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行多次小規(guī)模取樣，現(xiàn)場土的密度取1.8 t/m3，按處理深度1 m，5 m×5 m的區(qū)域計(jì)算，配置水泥用量2.7 t，粉煤灰用量0.9 t。每桶漿液的配合比水∶水泥∶粉煤灰＝900 kg∶675 kg∶225 kg，水灰比為1∶1，按一桶漿液1.8 t計(jì)算，其中水0.9 t、水泥0.675 t、粉煤灰0.225 t。粉煤灰的粒徑不宜大于1.2 mm，其中超過45%的顆粒粒徑小于0.075 mm。粉煤灰中不得含有如團(tuán)塊、腐殖質(zhì)等雜質(zhì)，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置自動配料系統(tǒng)，配料偏差不超過0.5%。最佳配合比通過記錄對比誤差范圍內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行確定。

2.2 場地處理

本工程道路段設(shè)計(jì)為常見結(jié)構(gòu)，區(qū)域范圍內(nèi)浜塘共40余處，需進(jìn)行固化處理后進(jìn)行路基填筑，明浜地區(qū)在固化前需修筑圍堰圈定范圍，用水泵抽出地表明水，然后清理范圍內(nèi)影響固化施工的表面雜物。之后用素土或開挖出來的浜填土回填，直至標(biāo)高達(dá)到與周邊地面等高處。暗浜處理區(qū)域則直接進(jìn)行場地清表及整平即可。明浜區(qū)域共計(jì)回填土體37 226 m3，處理體積53 046 m3，需固化處理深度為0.77～2.60 m。暗浜處理面積27 674 m2，處理體積43 709 m3，固化處理平均深度為1.5～2.2 m。處理后對固化的區(qū)域進(jìn)行測量放樣，并劃分成5 m×5 m的多個(gè)待處理區(qū)塊，若施工區(qū)域靠近河道，則分區(qū)及斷面根據(jù)水體調(diào)整，部分區(qū)塊調(diào)整為更小的其他形狀區(qū)塊以方便施工。

2.3 設(shè)備組裝調(diào)試

施工主要設(shè)備為發(fā)電機(jī)、強(qiáng)力攪拌頭、挖掘機(jī)、漿劑自動控量設(shè)備及空氣壓縮機(jī)等。將強(qiáng)力攪拌頭與漿劑自動控量設(shè)備組裝成主體固化裝置，組裝完畢后進(jìn)行固化調(diào)試，測試其工作狀態(tài)是否正常，施工環(huán)境內(nèi)是否存在安全隱患，挖機(jī)的動力系統(tǒng)是否適用于強(qiáng)力攪拌頭并可以完成鉆進(jìn)攪拌施工，同時(shí)自動控量設(shè)備根據(jù)設(shè)定自動配給材料，驗(yàn)證產(chǎn)出的漿劑配比誤差在控制范圍內(nèi)。主體固化裝置試啟動過程按照以下順序及要求進(jìn)行：首先檢查所有配件及細(xì)部連接結(jié)構(gòu)，如螺栓、扣件、焊接接頭等，并復(fù)核齒輪組等動力結(jié)構(gòu)安裝正確，尤其要注意油箱的正確安放，燃料無缺失及安全隱患。然后查驗(yàn)排水管是否正確安裝，使管內(nèi)壓力穩(wěn)定在300 kPa以內(nèi)。均復(fù)核無誤后連接強(qiáng)力攪拌頭與挖掘機(jī)之間的電纜并安裝機(jī)械發(fā)動機(jī)。組合完成后通過向各角度傾斜強(qiáng)力攪拌頭來確保其能全方位均勻攪拌。最后是固化劑系統(tǒng)的檢查，出漿口液壓管能否自由移動，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動方向正常。機(jī)械驗(yàn)證無誤后調(diào)試配料系統(tǒng)，設(shè)置好固化劑的配比及流量，保證上下攪拌與供料的速度分別滿足相關(guān)要求。

2.4 攪拌固化

按照劃分的25 m2區(qū)塊進(jìn)行細(xì)部控制，由兩岸延長線固化，待固化區(qū)域強(qiáng)度達(dá)到設(shè)備承重要求后，作為設(shè)備站位區(qū)域固化下一層沿線區(qū)域，由此按照設(shè)計(jì)順序逐層從外向內(nèi)推進(jìn)固化處理。

經(jīng)過計(jì)算，確定單個(gè)區(qū)塊內(nèi)攪拌頭的施工數(shù)量，攪拌過程需確保噴攪均勻。每個(gè)區(qū)塊攪拌完成后還要進(jìn)行整體攪拌確保整體固化均勻，相鄰區(qū)塊之間重疊噴攪不小于5 cm的條形邊界區(qū)域來避免漏攪，最終整體均勻固化形成硬殼層。

攪拌施工的具體步驟為：首先攪拌設(shè)備豎直插入原位土，設(shè)備正向運(yùn)行勻速深入土體旋轉(zhuǎn)攪拌并噴射固化劑，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度后再反向運(yùn)行勻速提升，攪拌并噴固化劑，鉆進(jìn)與提升的速度均根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，確保滿足固化劑均勻噴灑攪拌。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)力攪拌頭攪拌裝置的轉(zhuǎn)速控制在25～100 r/min范圍內(nèi)，一般情況下保持在50～80 r/min，轉(zhuǎn)速低于25 r/min時(shí)，需減小下推力。施工期間系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)油工作溫度不得超過90 ℃。若遇到無法進(jìn)行垂直固化的硬土層，則采用挖機(jī)翻松土體后再進(jìn)行回填固化。

固化攪拌完畢后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)后采用機(jī)械壓實(shí)表面，若距下步施工時(shí)間較長，碾壓時(shí)另覆蓋厚30 cm的素土保護(hù)土體。

2.5 質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

土體固化質(zhì)量檢測主要包括2個(gè)指標(biāo)，固化厚度檢測及地基承載力檢測。厚度檢測通過靜力觸探試驗(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)域的長寬度用尺進(jìn)行量測，要求現(xiàn)場量測長寬度與設(shè)計(jì)寬度相差不超過10 cm。每個(gè)浜塘測試點(diǎn)至少1處，且1 000 m2不少于1處。靜力觸探錐尖阻力不小于0.8 MPa。

地基承載力檢測方法為，固化14 d后在處理區(qū)域?qū)? m×1 m的荷載板進(jìn)行荷載板試驗(yàn)，每個(gè)浜塘測試點(diǎn)至少1處，且1 000 m2不少于1處，承載力不小于100 kPa，或28 d按同樣方法承載力要求不小于130 kPa進(jìn)行檢測。

3 處理效果分析

以首件施工M7號浜塘作為參考，試驗(yàn)檢測后各區(qū)塊質(zhì)量均達(dá)標(biāo)，根據(jù)施工記錄參數(shù)表中固化劑漿液配比，施工過程中逐步減少固化劑中水泥用量比例，最終將摻量壓低至7.93%，其中水泥與粉煤灰占比變?yōu)?.85%與2.08%，提高了工業(yè)廢料粉煤灰的占比，降低了水泥用量，加強(qiáng)了資源的循環(huán)利用的同時(shí)節(jié)約資源，且未降低工程質(zhì)量。

為確保調(diào)整后漿劑的均勻噴攪，并提高施工效率，施工中逐步提高強(qiáng)力攪拌裝置的轉(zhuǎn)速，在鉆進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在65～70 r/min，高于此速度時(shí)會導(dǎo)致機(jī)油溫度升高至80 ℃，提升時(shí)控制轉(zhuǎn)速至40 r/min，攪拌頭提升或下降的速率均在0.05 m/s。噴漿速度控制在160～190 kg/min，噴漿量為270～290 kg/m3，能夠均勻噴灑攪拌。

4 效益分析

經(jīng)濟(jì)效益方面，采用就地固化處理技術(shù)代替換填，成本由清淤費(fèi)加換填費(fèi)用約300元/m3降至180元/m3，本工程96 755 m3固化區(qū)域節(jié)省成本過百萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。同時(shí)就地固化處理施工效率高，單個(gè)鉆頭每日可固化土體超過400 m3，本工程2組同步施工，116 d完成全部軟土地基處理，根據(jù)前期測算，若采用換填法，工期約為140 d，且未計(jì)算填筑材料缺失導(dǎo)致窩工的情況，工期效益明顯。同時(shí)本次地基處理經(jīng)檢測驗(yàn)收無質(zhì)量問題，施工過程中施工人員少，無安全隱患，管理效率顯著提升。

而更為顯著的是社會效益，采用淺層土體固化法全程無污染，并采用粉煤灰作為原料，實(shí)現(xiàn)了土資源循環(huán)利用，體現(xiàn)了綠色施工，得到了政府部門及業(yè)主單位的認(rèn)可和好評。

5 結(jié)語

淺層土體固化目前已逐漸大規(guī)模地應(yīng)用在軟土地基處理中，且固化漿劑種類配比也豐富多樣，與之搭配各種不同的攪拌噴漿方法。

不同施工方法的共同目的在于結(jié)合現(xiàn)場施工實(shí)際情況完成土體固化，從水土結(jié)構(gòu)、取材難度、承載要求等各個(gè)維度進(jìn)行比較，選擇最合理的施工方案，以充分發(fā)揮就地固化的優(yōu)勢，就地完成后續(xù)施工需求，減少污染并循環(huán)利用資源，達(dá)到綠色施工的總體目標(biāo)。