低填浅挖路段软弱粉砂土地基就地处置技术研究.pdf

119NO.3/JUNE.2023交通建设与管理 影响有影响的人 低填浅挖路段软弱粉砂土地基就地处置技术研究刘慧丽，金建军，郦鑫涛（浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310051）摘要：针对环杭州湾地区的地质特征，分析了现有地基处理和软土固化方法存在的不足。结合原位固化工艺，提出了低填浅挖路段软弱粉砂土地基就地处置工艺，向路基模板原位构造成的路基腔体灌注粉细砂，在粉细砂脱水后加入固化剂就地搅拌形成固化土路基。分别从固化剂材料、固化设备、主要步骤及经济效益分析等方面进行了分析，为该方法的推广应用提供了参考。关键词：粉砂地基；原位固化；低填浅挖；施工工艺中图分类号：U416 文献标识码：B 文章编号：1673-8098（2023）03-0119-030 引言在环杭州湾地区开发过程中，首先需要考虑该区特有地基条件。环杭州湾地区地基特征在于表层多为冲湖相、湖沼相的灰黄色可塑状粉质粘土，其下为海相灰、灰黑色淤泥质土，上部常分布有机质粘土和泥炭层；靠近钱塘江河口地段上部分布厚层冲海积粉土、粉砂，中部分布海相软土。同时，环杭州湾地区多以平原为主，交通建设过程中有诸多低填浅挖路段需要处理。而传统的处置方式多以换填法、复合地基、真空排水等方式进行处理，但施工过程存在诸多问题。真空排水工期长，且处置效果难以满足低填浅挖路段要求；复合地基处置方法的工程造价高；随着环保政策的影响，填料价格上涨，获取难度增加，换填法也难以开展。因此，开展低填浅挖路段软弱粉砂土地基就地处置的技术研究，可实现环杭州湾粉砂土地区的低填浅挖路段的高效且经济处理。1 现有固化方法分析通过添加固化材料，使粉细砂中的水和黏土矿物与固化材料进行物理化学反应，从而改善了粉细砂的工程性质，处理形成的粉细砂固化土作为路基填料使用1。该处理方法具有处理量大、处理时间短的优点，能消耗巨量的粉细砂，让沿海地区施工可以就地取材，实现了粉细砂的资源化利用，对环境保护和生态文明建设具有重要意义。目前有采用流态固化土进行路堤浇筑的技术，具体的施工方法是将粉细砂注入提前建好的粉细砂池中，加入固化剂，待成为符合规定的流态固化土后进行路堤浇筑2-3。与流态固化土路堤浇筑技术相比，本文采用的就地固化路基可原位形成，不需宕渣等填料。粉细砂固化后作为路基填料形成固化土路基，目前主要采用强夯法和振冲法。然而，强夯法施工过程中震动比较大，不适合用于离建筑物和构筑物比较近的区域，容易产生扰动和扰民。并且夯击能随着土层深度而衰减，其加固深度有限；而采用振冲法，一是需填料量大，工程质量不易控制和检验；二是能否有效解决场地的不均匀沉降问题，目前尚存在较大争论。碾压型固化土路基存在施工工序多，工期长，易受天气影响，造价高的问题，这些问题的存在影响了粉细砂固化土作为路基填料的大规模应用4-6。本文提出了向路基模板原位构造成的路基腔体灌注粉细砂，在粉细砂脱水后加入固化剂就地搅拌形成固化土路基的施工方法。相比碾压型固化土路基控制方法简单、工期短，且受天气因素影响小。2 固化剂选用材料2.1 石灰生石灰粉含钙量须达到 99%以上。120 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 2.2 碱渣碱 渣 的 主 要 成 分 为 CaCO3、CaSO4、CaCl2、NaCl、Mg(OH)2，各成分含量见表 1。2.3 矿渣矿渣为 S95 级矿渣，比表面积为 430 460 m2/kg，矿渣的主要成分见表 2。固化剂的最优配比为石灰碱渣矿渣=2 1 1。3 就地固化设备低填浅挖路段软弱粉砂土地基就地处置工艺采用强力搅拌装置，其主要部分如下。3.1 强力搅拌头强力搅拌头是一种专业型的立体搅拌设备，利用挖机液压驱动，2 个搅拌头按合理的角度对称分布在连接杆和喷嘴的两侧，实现三维立体搅拌，在旋转搅拌作业的同时通过后台供料系统将固化剂送至搅拌头出料口，使土体与固化剂同时搅拌的目的。目前国内强力搅拌头的主要参数：搅拌头按不同规格，其横向投影长度尺寸为 1300 1800mm，宽度尺寸为 800 1000mm，竖向高度为 800 1000mm，单次搅拌形状在平面上为矩形，便于连续搭接并形成板体，单次搅拌面积不小于 1m2；上部连接杆的长度不小于3m，并根据加固深度要求可设置加长杆，使最大处理深度一般不小于 7m；搅拌效率：50 100m3/h。当设计固化深度小于 1.2m 时，宜选用搅拌头高度不超过0.8m 的设备。自国外引进后，根据国内软土的强度、粘塑性等情况，对强力搅拌头的齿片或刀排等从尺寸和空间布置上都进行了调整，并且不同的土体采用灵活的布置形式，必要时对面层进行防粘处理等做了较多的改进，从而保证搅拌均匀克服抱团等通病。此外，还需满足不同深度的土层转速基本在要求的范围内。3.2 固化剂供料设备强力搅拌就地固化施工方法的供料形式可分为粉剂与浆剂。表 1 碱渣的主要化学成分及含量化学成分CaOSiO2Al2O3MgOSO3Fe2O3ClK2O质量百分数（%）42.706.952.367.8515.391.8816.200.63表 2 矿渣的主要化学成分及含量化学成分CaOSiO2Al2O3MgOSO3Fe2O3Na2OK2O质量百分数（%）33.9232.5117.699.652.990.940.550.54其中国外设备为粉剂，故其设备为粉剂供料设备。但通过现场试验测试发现，采用浆剂处理后的搅拌均匀性要优于粉剂，且无扬尘，环保性更好，故笔者也开发了浆剂固化剂供料设备。固化剂供料设备的供料压力不小于3MPa，并可实现多种固化剂的同时供料。固化剂添加控制系统安装于后台供料系统中，能够实时控制固化剂的添加量，精确计量，减少材料浪费，并能实时记录和保存固化剂用量过程，并形成施工报告。供料系统按操作使用分为手动和自动两种模式运转，其中手动模式为单元设备连续启动，主要用于维护和手动配料时使用。自动模式系统在设定的模式下依次启动，自动根据配方计算各种原料的重量，进行配料，配完后自动转到下一次配料。3.3 定位控制系统定位控制系统主要是控制搅拌头固化的路径，在施工过程中为搅拌空间姿态进行精准定位，自动呈现搅拌头的位置，控制搅拌头上升或下降的速率，与固化剂用量控制系统结合使用。主要是为了控制固化搅拌的全覆盖。4 就地固化主要施工工艺采取就地固化主要施工工序如下：4.1 洼地路基回填将工程粉细砂土等弃土，回填至待填筑地区，填筑高度可与设计填高相平。4.2 划分区域并根据该处理区域的固化处理深度及固化剂掺量计算固化剂用量的配比和调制，并用固化剂自动定量供料系统设置固化剂含量。4.3 固化剂调配固化剂采用浆剂施工，根据设计要求确定固化剂掺量，计算得出每立方米固化剂掺量。施工中每 25m2为一个控制单元，现场施工中根据处理深度来确定每单元的处理方量，根据处理方量来确定每单元的固化剂用量。121NO.3/JUNE.2023交通建设与管理 影响有影响的人 4.4 强力搅拌设备就地搅拌采用适宜的强力搅拌头对原位土进行垂直上下搅拌，具体的施工步骤如下：搅拌设备直插式对原位土进行搅拌；搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部，在搅拌头的垂直臂上，每 50cm 做一个深度刻度标志，便于现场控制搅拌深度；搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂，搅拌提升或下降的速率控制在 10 20s/m，固化剂的喷料速率控制在70 160kg/min，具体速率根据现场实际操作情况进行相应调整，满足施工过程能够均匀喷洒搅拌。当遇到硬土层无法进行垂直固化时，可采用原位翻松分层固化或者先用挖机辅助翻松固化回填的方法进行。就地固化处理采用边固化边推进的形式进行，施工时按5m5m 区块进行细部控制，根据搅拌头的施工截面，计算出区块所需用搅拌头的施工数量，搅拌过程应保证均匀喷搅。在每个区块搅拌数量施工完成后，需再进行整体性翻搅，从而避免每个头子喷搅过程中产生不均匀的可能，相邻区块之间应有不小于5cm 的搭接宽度，避免漏搅，最终固化形成整体均匀性硬壳层。图 1 现场试验图 4.5 碾压和养护固化搅拌完毕后，固化土体养护数天至一定强度后可采用挖机或压路机碾压表面，养护 28 天后开展相关质量检测。5 经济性分析采用就地固化处理工艺进行地基填筑，对该方法与宕渣路堤进行对比。以实际价格计算，就地固化施工费为 50 元/m3，固化剂配比以 6%进行计算，费用为 60 元/m3；宕渣 120 元/方，废弃土方处置费 50 元/m3。相比之下，每立方可节省造价 70 元。计算发现，就地固化工艺相较于传统宕渣填筑每方造价可节省40%，在经济性上更佳，且就地固化工艺可以推进建筑弃土资源化利用，对环境造成的污染较少。6 结语采用土体就地固化的方法，将工程废弃土方资源化利用是国内外处理废弃土方的主要途径之一。本文分析了现有施工中原位固化方法的不足，提出了采用地聚物固化剂的低填浅挖路段软弱粉砂土地基就地处置技术，大大提高了地基处理效率，降低了地基处理成本。参考文献1 李新宇，罗彪，罗正东.地聚物固化临江软弱土的试验研究及机理分析 J.公路，2022，67（7）：48-54.2 薛果.论道路软弱土基常用处理技术应用 J.四川建材，2021，47（4）：70+80.3 王海苗，郑先奇.深厚层淤泥浅表层就地固化施工技术应用J.四川建筑，2021，41（2）：231-234.4 蔡光华.活性氧化镁碳化加固软弱土的试验与应用研究 D.南京：东南大学，2017.5 王京伟，毛利,贾存威.淤泥固化桩软基处理技术在重载交通道路中的应用研究 J.珠江水运，2022（13）：58-60.6 梁建锋，黄擎洲，李富有，等.深厚泥浆池管袋围堰就地固化施工技术 J.建材技术与应用，2020（1）：41-43.