新型化学加固技术YS工法在深厚超软基中的应用

娄云雷，刘　洋

（1.上海中船勘院岩土工程有限公司，上海200063；2.中交天航南方交通建筑有限公司，广东深圳518040）

新型化学加固技术YS工法在深厚超软基中的应用

娄云雷1，刘洋2

（1.上海中船勘院岩土工程有限公司，上海200063；2.中交天航南方交通建筑有限公司，广东深圳518040）

YS工法是一种环境保护型软基加固工艺。针对大面积深厚超软基加固中存在的问题，以工程实例为依据，采用YS工法DF固化剂产品对软基进行固化处理。从理论分析和工程应用两方面阐述了该工法显著的深厚超软基加固效果，具有良好的工程应用前景。

YS工法；DF剂；软基加固；边坡

超软土具有含水率高、孔隙比大、渗透性差、压缩性高、强度低等特点，难以满足工程建设需要，需对其进行特殊处理。工程建设中常用水泥类材料对超软土地基进行固化处理，而水泥类物质中多含有六价铬等多种有害物质。随社会各界对环境保护、资源循环利用等问题的重视，提出了YS工法。

YS工法是一种环境保护型软基加固工艺，所用的材料为DF固化剂。该材料可以快速改良高含水土层，增大土体的内摩擦角，形成长期稳定的固化体，且处理后的土壤形成不易劣化的颗粒形态，保持原土壤的酸碱性，不影响后期植物的自然生长。另外DF剂能大大降低土壤中的六价铬等重金属的析出，减少工程建设带来的环境污染问题[1]。

1　国内外发展现状

超软土地基化学加固做为一种软基处理的技术，本质上仍是一种特殊土的土壤固化技术。由于国情的差异，针对超软土固化技术的开发，国内外发展水平相差很大。

1.1国外发展现状

在日本、新加坡以及芬兰等一些国家，由于资源紧张，环境污染问题日益突出，为保持可持续发展，各国纷纷出台土壤、地下水等保护措施，并积极开发软土固化技术。

软基化学加固技术在国外工程建设中已大量运用，如日本伏木富山港疏浚填海工程、新加坡“长基”国际机场跑道工程、印尼P-C高速路建设工程等[2]。

YS工法就是在这种环保意识逐渐增强的过程中开发应用的。通过使用特殊加工材料DF剂，不仅可以解决以往水泥类固化材料的环境污染问题，其改良后的土壤还可以安全用于道路路基、河流堤坝、公园种植泥土、构筑物止水墙和挡土墙等工程建设中去。

1.2国内发展现状

近年来，由于国内围海造陆、航道疏浚以及滩涂开发等工程的兴起，软基化学加固技术随着工程建设的需要得到了快速发展，但整体而言，大面积吹填淤泥的深厚超软土地基的化学加固技术在国内尚属未攻克的技术难题，所面临的主要问题是：缺乏低价高性能的固化剂；缺少大作业量的表面固化施工专用机械；没有成熟的工程设计参数、施工及检测标准。

2011年，胡晓虎等人[1]介绍了YS工法在日本的成功应用事例，结合国内该工法的试验结果，对YS工法的可行性及适用范围进行了分析。由于其改良材料DF剂已完全实现国内生产，大大降低了采购成本，在国内软基改良可行性实验中取得了一定的研究成果。

2　加固机理

DF剂主要成分：粉煤灰、无水石膏、普通水泥和不溶出剂。YS工法加固深厚超软基过程中，DF剂通过粉喷施工技术和软土进行搅拌后，发生一系列物理、化学变化。

2.1加固过程中的化学效应

1）粉煤灰的水化反应

粉煤灰中的CaO与软土中的水分发生反应，生成Ca（OH）2。在碱性环境下，Ca（OH）2与黏土矿物释放出的SiO2和Al2O3相互作用生成水化硅酸钙（CSH）和水化铝酸钙（CAH）沉淀物。这两种物质为水硬性化合物，可作为胶结物改变土体的结构性，提高土体强度。

2）碳化反应的胶结作用

DF剂中的石膏遇水可分解出大量的SO42-离子，SO42-离子能溶解软土和粉煤灰中的方解石（CaCO3），CO32-离子在孔隙水中过饱后，将发生重结晶，生成无定型的方解石（CaCO3）和针状、纤维状的文石（CaCO3），这两种物质对土体有明显的胶结硬化作用。由于CaCO3的重结晶程度是随着时间逐渐发生的，故这种胶结作用将随龄期的增长而变大。

3）离子交换作用

粉煤灰和软土中方解石溶解后，产生大量游离状态的Ca2+离子，Ca2+离子与吸附在矿物颗粒表面的K+、Na+等阳离子发生交换作用，不仅能形成较薄的扩散层，减小双电层厚度，使得矿物颗粒之间排列更加紧密，另一方面也将促使矿物颗粒发生絮凝和凝聚，结合成更大更紧密的胶体形成沉淀，提高土体的强度。

4）其他一些胶结作用

土体中普遍含有Fe3+，在相应的条件下可形成铁质胶结，但由于铁质在土体中分布不均，铁质胶结作用只能在土体局部起作用[3]。

2.2加固过程中的物理效应

土体加固过程中涉及到的物理效应主要有：粉煤灰和石膏的吸水膨胀作用，可以挤密土体，提高土体的强度；不溶出剂对土体和粉煤灰中六价铬等重金属、有机污染物的固化作用。

3　工程应用实例

3.1工程背景

恒大海南海花岛项目位于海南儋州市排浦港与洋浦湾之间的海湾区，南起排浦镇，北至马井镇，拟在工程区域新建护岸、吹填造陆形成3个人工岛，通过联系桥连在一起，总圈围形成陆地面积7.53 km2，形成海岸线长39.44 km。拟建工程为海花岛1号岛DF区a、c港池。由于a、c港池开挖区域为深厚超软地基，为防止a、c港池开挖过程中边坡受土体侧向土压力影响，导致边坡失稳出现土体滑移现象，本次施工拟在YS工法的基础上采用DF剂粉喷桩对港池边坡进行加固处理。根据原勘察报告，a、c港池区揭露地层共分为4个工程地质层，如表1。

3.2港池开挖设计参数

以a港池开挖为例对其进行分析，采用DF剂粉喷桩进行港池边坡加固。粉喷桩桩径为600 mm，间距为600 mm，呈梅花形布置，加固深度为6.5 m，DF剂掺入量为65 kg/m3。加固范围及加固深度见图1。

3.3加固效果分析

为研究YS工艺在深厚超软基中的加固效果，采用十字板剪切仪对加固土体进行原位不排水抗剪强度测试，对比原状土和不同育龄期桩体抗剪强度的大小，对DF剂粉喷桩加固边坡进行稳定性分析。

表1　各土层物理力学指标Table 1 Physicaland mechanic proper tiesof soils

图1　港池边坡断面图Fig.1 Crosssection ofharbor basin slope

1）加固前后土体抗剪强度对比

选取3个DF剂粉喷桩D1、D2、D3，龄期分别为7 d、14 d、28 d，沿垂向每隔1m测定一数据，最深取得9 m的抗剪强度值。加固后土体不同深度的抗剪强度如图2。

图2　土体不同深度抗剪强度变化曲线Fig.2 Shear strength curve of soils in different depths

通过对图2分析可以发现：①桩体抗剪强度随着育龄期的增长而逐渐变大；②原状土的抗剪强度与深度呈正相关关系，而桩体的抗剪强度随深度的增加呈现先减小后增大的变化规律，这是由于粉喷桩施工结束后，表层加固土体的水分易于挥发，含水量的减少引起土体抗剪强度的增加。③不同龄期桩体抗剪强度平均提高了1.35倍、1.81倍、3.20倍，DF剂对软土加固效果显著。

2）边坡稳定性分析

DF剂粉喷桩加固边坡形成复合地基，复合地基等效强度指标计算公式为[4-5]：

式中：c1为DF剂粉喷桩黏聚力；c2为软土层黏聚力；m为DF剂粉喷桩的面积置换率；φ1为粉喷桩内摩擦角，取20。～24。；φ2为软土层内摩擦角；

K1为粉喷桩刚度，kN/m；K2为桩周软土层刚度，kN/m；β为桩沉降S1和桩周软土沉降S2之比，一般S1

本工程基坑安全等级为2级，按照相关规范，基坑边坡稳定安全系数应大于1.2。根据理正岩土系列软件边坡稳定性计算结果可知，开挖后的港池边坡是稳定的。利用YS工艺，进行DF剂粉喷桩加固边坡是可行的。

3.4经济性分析

本工程采用YS工艺对深厚超软基进行加固，所用DF剂为日本进口材料，价格约1 000元/t。由于DF剂掺入量为65 kg/m3，该工程所需材料价格为65元/m3。

4　结语

YS工法是一种新型环保软基化学加固工艺，本文介绍了该工法在国内外的发展现状和加固机理，并结合海花岛工程对其加固效果进行研究，可以看出，对深厚超软基边坡，采用YS工法进行加固处理是一种行之有效的方法。该工法安全可靠，施工方便，环境友好，在我国具有良好的应用前景。

[1]胡晓虎，张冠军，黄俊，等.YS工法改良建筑废弃泥浆及再利用技术[C]//地下交通工程与工程安全——第五届中国国际隧道工程研讨会.上海，2011. HU Xiao-hu,ZHANG Guan-jun,HUANG Jun,et al.Recycling technology onmodified constraction slop treat via YSmethod[C]// Underground transportation projects and work safety-Proceedings of China′s 5th international symposium on tunnelling.Shanghai, 2011.

[2]张和庆，谢健，朱伟，等.疏浚物倾倒现状与转化为再生资源的研究——中国海洋倾废面临的困难和对策[J].海洋通报，2004（6）：54-60. ZHANG He-qing,XIE Jian,ZHUWei,et al.Present situation of dredged material dumping and study of transforming dredged mud into regenerative resources-Difficulties in refuses dumping in China Seas and countermeasures to deal with these problems[J]. Marine Science Bulletin,2004(6):54-60.

[3]李飒，杨进良，王义安.粉煤灰粉喷桩加固软土地基机理及计算[J].天津大学学报，1999（5）：585-589. LISa,YANG Jin-liang,WANG Yi-an.Mechanization and design calculation of reinforcing soft soilfoundation with fly ash pile[J]. Journalof Tianjin University,1999(5):585-589.

[4]JTJ 179—2002，建筑地基处理技术规范[S]. JTJ 179—2002,Technical code for ground treatmentof buildings [S].

[5]JTJ147—2010，港口工程地基规范[S]. JTJ 147—2010,Code for soil foundation of portengineering[S].

App lication of YSmethod-a new chem ical reinforcement technology-to im prove deep and thick soft soils

LOUYun-lei1,LIUYang2
（1.ShanghaiCSEIGeotechnical Engineering Co.,Ltd.,shanghai200063,China; 2.CCCCTDCSouthern Communications Construction Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518040,China）

YSmethod isan environment-friend ly technology.Based on an engineering practice,DF hardening agent in the YS method wasused to consolidateand improve softsoilsby aimingatproblems in improvementofdeep and thick softsoils of large areas.Themethod had a remarkable effect on the reinforcement of ultra-deep soft soilswhich was expounded from theoretical analysisand engineeringapplication,and shallhavea good prospecton engineering application.

YSmethod;DF agent;soft soil improvement;slope

U655.544；U654

A

2095-7874（2016）06-0041-03

10.7640/zggw js201606010

2016-01-06

2016-02-23

娄云雷（1986—），男，河南商丘人，硕士，助理工程师，主要从事岩土工程方面的科研工作。E-mail：louylei@163.com