过湿土处治技术的技术及经济性分析★

2013-03-07何明晋

山西建筑 2013年2期

何明晋文华

(西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳 621010)

0 引言

在潮湿多雨地区，雨季时间长、降水量大，加之地下水位高，地基土常常处于过湿甚至饱和状态，被称之为“过湿土”，其含水量高，承载力低，稳定性差，容易变形。施工时常常出现“弹簧”现象，无法压实;竣工后，在行车荷载的作用下，极易导致路基路面产生沉陷、变形、泛浆、失稳等破坏。以上问题导致雨季钻前工程施工工期长、成本高。根据现行路基设计施工规范，过湿土无法满足要求，往往只能做弃方处理，然而潮湿多雨地区缺乏优质填料，换填费工费时。即使换填，换填后的挖方区和弃土区都将破坏原有的生态环境，造成不利的环境影响和社会影响［1］。

目前，过湿土的处治办法，已有传统工艺竹排法。为进一步探索新的施工工艺，在满足路基具有一定的强度、耐久性和稳定性的条件下，达到提高施工效率、减少工期，节约工程投资，保护生态环境的目的，选取极具代表性的雅安地区过湿土为研究对象(如图1所示)，进行了“潮湿多雨地区钻前工程过湿土处治技术研究”。对作为路基填料的过湿土提出了掺灰法、综合掺灰法(真空预压法或电渗法+掺灰)的施工工艺，经现场实验验证，路基软土经过加固稳定后平均弯沉值小于290(10-2mm)，能达到路用要求。

为对研究中提出的施工工艺与传统施工工艺进行比较与评价，本文从现场施工的角度对这三种工艺进行技术及经济性分析，从定性及定量方面做具体的比较，以期对同类技术的应用提供依据及参考。

1 过湿土处治技术分析

1.1 竹排法

针对雅安地区盛产竹子的特点，经常采用竹排、竹笼加填碎石的方法(本文称作竹排法，见图2)。该方法具体的处理措施为:在回填压实后，部分铺设二层竹排(竹排采用斑竹直径40～50一顺一丁铺筑，并用竹条绑扎)，然后铺设一层300 mm厚竹笼装大碎石夹砂石嵌缝压实(竹笼采用竹条编织，竹条宽度30，竹条间距150～200)，最后铺设80 mm厚泥结碎石填充并压实面层;其余场面做300压实厚夹砂石。之后对面层再做普通路面处理。该方法工艺成熟，可因地制宜的在钻前工程中，简便易行，无需特殊设备，任何工地均可使用，但是要耗费大量的竹子及石料，并且土方的调运会极大的使工期延长。

图1 雅安地区过湿土整体状况图

图2 竹笼

1.2 掺灰法

当过湿土含水量在30%以下时，对雅安地区过湿土采取如下几种不同掺灰的改良措施:当含水量为27%～30%时，采用掺加(3%～4%)水泥+(7%～8%)石灰进行改良;当含水量为24%～27%时，采用掺加(5%～6%)水泥进行改良;当含水量为22%～24%时，采用掺加(3%～4%)水泥+(5%～7%)石灰+(0.014%～0.016%)固化剂进行改良;当含水量小于22%时，采用掺加(3%～4%)水泥+(0.014%～0.016%)固化剂进行改良。现场掺灰处治过湿填料见图3。该处治技术工艺不是很复杂，应该注意外掺剂与过湿填料应保证充分的拌合，可以采用人工初拌与旋耕机拌合相结合的方法进行。

图3 掺灰处理过湿填料

1.3 综合掺灰法

当含水量在30%以上时，掺灰法的应用效果不是很明显，故需要首先对过湿填料先采取物理降低含水量的方法，即真空预压法或电渗法，使含水量降到一定范围之后，再采用掺灰的处治技术进行改良处理［2］。

电渗法主要利用外加直流电场增强土料脱水能力的原理，使土体中的孔隙水在电场作用下由正极流向负极，达到降低过湿土含水率的目的(如图4所示)。

真空预压法是在一定条件下，饱和软粘土在抽真空作用下导致孔隙水的排出、土体体积的减少和有效应力的增加，产生固结现象。具体施工要点见图5。

1.4 技术对比分析

对上述三种处治技术的分析如表1所示［3-5］。

图4 电渗降低含水量方案示意图

图5 真空预压法示意图

表1 处治技术分析

2 过湿土处治经济性分析

2.1 竹排法经济性能分析

通过实地调研所得的费用清单，前期竹排法中双层竹排的包干处理费用为26元/m2，单层竹笼的处理费用为40元/m2，后期维护费用为前期费用的30%，由此可知，竹排法的综合费用为86元/m2左右。

2.2 掺外加剂改良处理法经济性能分析

对于掺外加剂改良技术，通过取样分析，可以取松土的密度为1.42 g/mm3，材料的市场价格通过查询可知:复合硅酸盐水泥价格约为380元/t，生石灰价格260元/t，EN-1固化剂的价格为180元/kg。取拌合均匀后松土约为75 cm高(分层压实)时过湿填料处理压实厚度为50 cm，则按以下分析［6］:

当含水量为27%～30%时，采用掺加(3%～4%)水泥+(7%～8%)石灰进行改良，水泥和石灰用量分别取中间数值，即3.5%和7.5%，此时水泥用量为31.5 kg，价格大约为11.97元/m2，生石灰用量为67.5 kg，价格大约为17.55元/m2。加上机械台班费及人工费(按35元计)，此时处理每平方米的价格大约为64.5元。

当含水量为24%～27%时，采用掺加(5%～6%)水泥进行改良，水泥用量取6%，此时水泥用量为54.0 kg，价格大约为20.52元/m2。加上机械台班费及人工费(按35元计)，此时处理每平方米的价格大约为55.5元。

当含水量为22%～24%时，采用掺加(3%～4%)水泥+(5%～7%)石灰+(0.014%～0.016%)固化剂进行改良，水泥、石灰和固化剂用量分别取中间数值，即3.5%，6%和0.015%，此时水泥用量为31.5 kg，价格大约为11.97元/m2，生石灰用量为54.0 kg，价格大约为14.04元/m2，固化剂用量为0.135 kg，价格大约为24.3元/m2，加上机械台班费及人工费(按35元计)，此时处理每平方米的价格大约为85.3元。

当含水量小于22%时，采用掺加(3%～4%)水泥+(0.014%～0.016%)固化剂进行改良，水泥和固化剂用量分别取中间数值，即3.5%和0.015%，此时水泥用量为31.5 kg，价格大约为11.97元/m2，固化剂用量为0.135 kg，价格大约为24.3元/m2，加上机械台班费及人工费(按35元计)，此时处理每平方米的价格大约为71.3元。

2.3 电渗及真空预压法经济性能分析

含水量大于30%时，要采用电渗法或真空预压法将含水量降低至30%以下，之后用掺外加剂改良技术进行处理。与含水量已达标填料直接填筑压实相比，电渗排水法增加的费用主要是直流电源购置费、电极材料的消耗及加工、安装费、防雨措施费。如电源采用直流焊机，则焊机还可用于其他焊接工程，做到一机多用;如电渗用于集中料场处理过湿土，电极材料可以多次使用，降低成本，电渗增加的费用可从施工质量和时间获得补偿。电渗法的耗电量约为3.6 kW·h/m3。通过调查分析计算，其处治费用大约为15元/m2～30元/m2，同时其处理面积越大，费用越低。钻前工程的电渗法费用取20元/m2。因此通过与掺外加剂改良技术的结合，当含水量为27%～30%时，其处治总费用大约为84.5元/m2。

真空预压法的费用主要由电费、密封墙费用及塑料排水板费用构成，其中电费占70%以上。通过调查分析计算，结合市场上的一些报价，其处治费用大约为80元/m2～100元/m2，同电渗法一样其处理面积越大，费用越低。真空预压法的费用与处治时间和处理深度成正比。考虑到钻前工程中，真空预压法的处治时间为普通软基处理工程的1/8～1/4、加固深度为普通软基处理工程的1/9～1/5，因此，钻前工程的真空预压法费用取25元/m2。因此通过与掺外加剂改良技术的结合，当含水量为27%～30%时，其处治总费用大约为89.5元/m2。

2.4 处治技术经济性比较分析

过湿土处治费用与竹排法费用情况如表2所示。由表2中的数据统计可知，当现场土体含水量不大于30%时，采用掺灰法处治的费用基本低于竹排法费用;当土体含水量大于30%时，采用电渗法或真空预压法结合掺灰法处治的综合费用略高于竹排法费用;从总体上看，过湿土处治费用与竹排法费用基本持平。

3 施工工期分析

以雅安市雨城区北郊乡大石村的莲花2井为例，对潮湿多雨地区过湿土处治的施工工期进行分析。在钻前工程施工期间遭遇了降雨、降雪等不利天气，其中雨天占54 d、雪天占15 d，两项合计为69 d，不利天气的天数占总工期的53%。

若采用真空预压法或电渗法先对饱和过湿土进行含水量控制，之后再进行掺灰法施工，在施工过程中，真空预压法和电渗法受天气的影响较小。尤其是真空预压法，降雨时在地表汇集的雨水可以作为覆水荷载作用在密封膜上，可以加快土体的固结，增强真空预压的处治效果。因此，在雨雪天气，过湿土处治可以照常施工，真空预压法或电渗法处理后采用掺灰法处治，整个施工过程采用流水施工，这样较之竹排法可节约工期20 d～30 d，换言之，可节约工期15%～23%。

4 环境评价分析

从环境影响和占地方面考虑，竹排法可以减少临时占用耕地，对周围环境的影响小，不会影响修建公路两边农田的产量，对当地的水环境、大气环境基本没有负面效应;且施工工艺简便易行，由于是手工编织，施工期间噪声污染较小。掺灰法最主要问题是掺灰材料的保管，再者掺料的拌合过程中主要使用旋耕机来进行拌合，可能产生部分噪声，但相对于挖掘机、压路机、装载机及其他运输车辆来说施工产生噪声可以忽略不计，其余方面和竹排法基本差不多。此外，路邦EN-1土壤固化剂的使用不仅可以提高路基的水稳定性，增强路基的承载能力，而且可以减少养护维修成本，延长道路的使用寿命。土壤固化剂在浓缩状态下无挥发性，不燃烧，有强烈刺激酸味。液体呈酱棕黑色，稀释后无任何危害，对生态无破坏、对环保无影响。