固化技术在道路工程软基固化中的应用

固化技术在道路工程软基固化中的应用

刘全军

中铁一局集团第五工程有限公司 陕西省宝鸡市 721000

1 引言

随着我国经济的飞速发展，公路的基础建设也随之进入一个全新的发展阶段。目前，我国公路基础建设材料仍以沙石材料为主，尤其在东南沿海地区，由于地理条件的特殊性，其大量的软土地基通常依靠大量的天然石料填筑。但是随着我国对环境保护工程的要求不断提高，公路建设所需的天然石材开发受到严格的限制，因此土壤固化技术的发展具有重要的意义。

土壤固化技术可将土壤作为路基填料代替宕渣，其无论在技术方面还是经济方面都具有较大优势，主要体现为成本较低、节省工期、施工质量有保证。土壤固化剂可广泛地地应用于各种土壤砂石材料的固化，使固化后的固化土具有良好的强度兼具一定的抗渗性能，其稳定性可满足各等级公路软弱基础固化施工的技术要求。同时，固化技术相较于传统的施工工艺具有较为明显的优势就是其简便性，主要表现在可以就地取材，施工方便快捷，节省了大量的材料运输量，保护了生态环境，实现了可持续发展。

2固化技术在软弱土中的研究

2.1软土特征

在我国江浙沿海地区，软土地基分布广泛。其中绝大部分含水量较高，且含有一定的有机质。这些软土的主要特征为：天然含水率高、塑性指数大、天然孔隙比大、承载力低、渗透性、呈溯流状的土壤。由于其高压缩性和强度低的因素，软土不能直接用于工程建设。

2.2软土固化的特点及应用

在以往的工程实践中显示，如果软土中的有机质含量较高，那么在软土中单一地加入水泥进行固化处理的效果并不理想。例如，在浙江省玉环市S226省道玉环城区连接线工程（漩门至城南段）公路工程建设中，涉及到一段有机质含量较高养殖塘淤泥的固化处理。通过在实验室进行多次对比试验，发现若单纯采用水泥进行固化处理，即使掺入比达到10%，其7天抗压强度也很难达到0.6Mpa。但是 ，加入了固化剂和水泥联合配比的方案，其强度可大大提升，在掺入比在6%左右的时候，其7天抗压强度可达到1Mpa左右。由此可见，对于不同特性的软土，采用有针对性的固化剂和其他添加剂配比，不仅可以大幅度提升固化土的质量，还可以减少水泥的用量，有助于减少工程造价、也缩短了施工周期。

    目前，固化技术得到了越来越广泛的关注以及众多学者和专家的认可，同时，也有很多研究机构陆续展开了软基固化的研究及实验工作。从国内外的研究结果和实验资料来看，目前市面上固化剂的种类较为繁多，大致可归类为，无机结合料固化剂、有机化合物固化剂、高分子固化剂以及复合固化剂等。

3、软基固化在实际案例中的应用

该项目位于浙江省台州市玉环市，为新建道路。在该项目AK1+560~AK2+733段区域范围的地形地貌较为特殊，该部分原为海域，后经政府批准沿海筑坝后，用于养殖虾蟹等经济作物。该处养殖塘占地面积较大，位于线路范围内91.45万平方米。由于淤泥体量大，挖除及运输困难且会对周围环境产生不利影响。同时，玉环市没有专门用于存放工程废弃淤泥的场地。另一方面，如若采用超挖换填等流程的施工难度很大，处置费用、工期和环保问题都不能得到很好的解决。 因此经过多方考量，最终采用淤泥原位固化剂进行软基固化处理。该方案无须挖运淤泥，场地内废弃淤泥可直接就地固化。

3.1设计方案

图1 淤泥原位固化路基处理设计图

如图1所示，养殖塘段需要固化部分的总方量约为18.29万立方米。对于新建路段，首先进行清表处理，清除表水，挖除草根、芦苇等有机物。清表厚度根据现场标高和路床底的高差情况定夺。清表后进行路基部分的固化施工，固化范围相较于原道路设计范围外两侧拓宽3m，固化深度为2m。经过养护期后可进行下一道工序施工。

3.2施工流程

3.2.1施工准备

设备组装完毕后，需要对设备进行调试，测试其是否正常工作，是否在新的施工环境存在安全问题，挖机的动力系统和搅拌头的组装下是否可以完成搅拌过程，同时自动定量供料系统可完成不同固化剂的供料过程，同时质量控制差在允许的范围内。

3.2.2配合比设计

依据设计图要求，固化参数为水泥含量6%，粉煤灰含量4%，固化剂3Kg/m3。经试验试拌调整参量为水泥含量8%，粉煤灰含量6%，固化剂3Kg/m3。

3.2.3清表放样

首先排除塘内内多余水，然后对待固化处理区域上表面进行清表，随后进行放样。

3.2.4原位固化施工

采用原位垂直上下搅拌固化的方式对淤泥土进行固化处理，为保证搅拌的均匀性，在固化处理深度范围内垂直上下多次进行搅拌，不少于3个循环，搅拌过程中，高压输入固化浆剂（水泥95kg/m3 、粉煤灰71kg/m3 、固化剂3kg/m3、水256kg/m3），喷料速度控制80kg/min～150kg/min。同时，控制下降与提升的速率为10s/m～20s/m，如果速度太快会导致部分淤泥土难以与固化浆剂混合均匀，而速度太慢会导致固化浆剂集聚，造成固化浆剂结块，影响固化土的均匀性。因此根据实际情况，就地固化设备操作人员可以增加空搅次数，以保证搅拌均匀。施工期间，搅拌机械头插入相邻土体的间距为90cm，而机械头的宽度达到100cm，因此各固化区块之间有不小于10cm的搭接宽度，可有效防止漏拌。

3.2.5整形养护

待淤泥土就地固化结束后，先用挖机对表面进行简单的修整，然后让固化土原位养护28天。其承载力不小于100KPa，满足路基承载力要求。

3.3检测工作

该项目施工结束后，根据设计要求进行相关检测工作。质量检查内容及频率、质量要求等符合下表的规定：

表1 质量检查内容

3.3.1强度及地基承载力检测

圆锥动力轻型触探仪检测

试验应符合相关要求：

a、轻型圆锥动力触探仪作业时，应对测试土层连续向下贯入。

b、进行连续贯入采用的穿心锤落距应为50cm，并使其自由下落，锤垫距孔口的高度不宜超过1.5m。

c、以每贯入30cm的锤击数作为试验指标，以N10表示；遇密实土层，当贯入30cm的锤击数大于90击或贯入15cm的锤击数超过45击时，可停止试验。

试验区域选择及要求：

a、区域单块面积约30平方米。

b、对不同施工日期区域单块面积进行标注。

c、所有试验区域的施工配合比、施工工艺、水泥浆液用量，管道压力等基本一致。各机械操作人员必须是相同人员。

试验检测选择区域要求：

a、对不同施工日期区域进行不同龄期进行地基承载力检测。

b、同一块区域进行7天、14天、28天地基承载力检测。

表2试验检测结果对比汇总表

     对原状土和固化后的土取样进行试验检测，试验数据如下：

表3原状土和固化后的土取样试验检测结果

4、结论

资源型社会要求变废为宝、充分利用既有资源。本课题提出利用土壤固化剂改善以往废弃土源作为重载、软基道路基层或处理层的方法，很好地提高了原土的强度，大大减少了以往传统道路修建中采用的水泥、石灰、碎石的路用材料，就地利用现场土源，避免了远运、开山、加工等造成的资源浪费、环境污染，大大节省了社会资源；经综合效益分析，课题研究成果在降低工程造价的基础上，延长了道路寿命，在社会提倡资源再利用的条件下，必将取得巨大的社会效益。

参考文献

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