公路软土路基就地固化设计方案与处理效果分析

2022-10-17蔺媛媛

交通世界 2022年27期

蔺媛媛

（徐州市公路工程总公司，江苏徐州 221000）

0 引言

公路施工遇到浜塘地段时，多采用换填的传统方法进行处理，即将其中的淤泥质土挖除后，再通过砖渣和素土等材料进行填埋。但该方案的挖土和填埋工艺耗时长，机械需求量大，且过程易造成环境污染，同时还存在淤泥土处置不便、砖渣等建材短缺以及施工质量较难控制等问题。鉴于此，土体固化技术应运而生，其通过在软土地基中注入固化剂，直接使软土就地转化为具有一定承载力学性能的土体结构，避免了挖土和填埋的工艺过程，既缩短了工期，也节约了大量的人力物力投入，经济优势显著。与此同时，土体固化技术还避免了传统运输土体时产生的扬尘和污水泄漏现象，节约场地使用，减少对交通和周边环境的影响。另外，固化剂由工业废渣生产获得，有助于实现废物再利用，在便于施工质量控制的同时，有效提升施工质量。

1 工程概况

1.1 设计标准

某新建高速公路项目设计总长约为6.5km，主线道路采用高速公路等级，地面道路设计为城市主干路，设计安全等级为一级，服役年限设定为100年。在荷载标准方面，主线道路设计为公路-I 级，且符合城-A 级要求，地面道路设计为城-A 级。结构重要性系数取1.1。在抗震设防烈度方面，道路、桥梁分别为7度、8度，抗震设防类别高速公路为B类，地面道路设计为丙类。

该项目主线路设计宽度为38m，设计时速100km/h，建设标准采用双向6 车道。其中，匝道设计为双车道，总宽度为12.5m，设计时速50km/h。本次项目的主要内容包括路床与台后处置、路基拼宽等，遇到明浜和暗浜时均采用浅层土体固化技术开展加固处理。

1.2 建设条件

项目所处区域为我国东部沿海，属于亚热带季风气候地区，光照丰富，雨量充沛。全年平均气温约为16℃，年平均降雨量1 200mm 左右。施工区域地势相对平坦，表层填土厚度最大达3m 以上，主要性质为软塑土-可塑状粉质黏土。

周边环境河流交错，河床土质大多属于淤泥质土，具有高含水量、高压缩性的特性，施工过程中易发生受扰动和变形现象，工程位置所处地质条件较差，土体承载能力极低，对项目施工造成了相当大的困难。

2 软土地基固化设计方案

2.1 固化施工技术流程

固化施工工艺流程见图1。

图1 固化施工工艺流程

2.2 固化剂设计

考虑项目施工现场地质特点、以往施工经验以及附近可用材料等因素，确定此次固化剂的类别设计为浆剂型固化剂，所需材料主要包括粉煤灰、水泥和添加剂等。按照初步标准对固化剂的配比进行设计，根据配比时的固化效率、固化强度要求，兼顾稳定性、均匀性、造价成本以及环境污染性等，最终确定浆液水灰比为1∶1，胶凝部分材料掺量为8%，其中水泥采用42.5级别普通硅酸盐水泥，掺量6%，粉煤灰掺量2%。

通过多次取样和测试，确定施工范围内现场土体密度按1.8t/m³计，处理深度取1m，施工面积为5m×5m，则共需配备粉煤灰约0.9t，水泥使用量为2.7t。根据水灰比和掺量，考虑每桶浆液质量1.8t，则每桶浆液需要水0.9t、粉煤灰0.225t、水泥0.675t。在原材料选择过程中，控制粉煤灰粒径不超过1.2mm，并保证粒径小于0.075mm的颗粒比例至少在45%以上。同时，粉煤灰中不应含有不利于施工的杂质，如腐殖质等，且不得出现结团成块。根据配比要求选用自动配料系统，保证称量误差在0.5%以内。通过对比所记录的误差允许内的相关试验结果，从而确定最优的配合比。

2.3 场地处理

本项目道路结构采用传统设计形式，施工区间涉及浜塘众多，达40 多个，需要对其采取固化处理后开展路基填筑施工。对于明浜范围，需事先进行围堰施工圈定固化范围，再将其中的明水抽出，然后将影响固化施工的废弃杂质等清除干净，最后采用素土或挖出来的可用浜填土进行填筑，保证回填标高与附近地面相齐平。而对于暗浜范围，则直接开展地表清理和整平处理。经计算，本项目明浜范围内需要处理体量为5.3 万m³，回填土方约为3.7 万m³，固化施工深度为0.77～2.60m。暗浜范围内需要处理体量为4.3万m³，处理地表约为2.7万m³，固化施工深度为1.5～2.2m。完成前期处理工作后，在需固化范围内放线定位，将待施工区域划分为边长5m 左右的分块，若固化地块临近河流，则根据实际情况调整分块大小，如采取更小面积或异形分块等，以保证施工安全。

2.4 设备组装调试

固化施工装置包括强力搅拌头、浆剂自动计量机等，另外还配备挖掘机、发电机以及空压机等（见图2）。强力搅拌头与浆剂自动计量机组成主体框架，完成拼装后开展固化调试工作，确保运行状态正常、周边环境稳定。测试挖机动力系统的运转能力，保证与搅拌头适配并具备钻进搅拌能力。浆剂自动计量机按照设计的配比实现自动给料，需确保配制的浆剂比例符合相应要求。

图2 固化搅拌系统

固化施工的主体装置应当根据设计顺序和要求进行试启动：先检查系统零配件和连接情况，确保螺栓、焊接头与扣件等牢固可靠，再检查齿轮轴的动力传输体系，特别是油箱安装，排除安全隐患。然后复核排水管的安装情况，保证管内压力不超过300kPa。完成上述检查确认工作后，将搅拌头通过电缆连接至挖掘机，并配备好发动机。完成组装后测试搅拌头的各项工作性能，保证其能以不同角度倾斜并具备全方位搅拌性能。最后复查固化剂体系，核实转筒是否能正常转动，出浆口的液压管应能自由移动。器械安装符合要求后，对配料系统进行测试，合理设定固化剂的配方和用量，使其匹配固化工艺中的搅拌频率和供料速度。

2.5 搅拌固化

根据设计划分的分块面积进行局部控制，沿两岸延长线边固化、边推进，完成一个分块区域的固化施工并达到机械承载要求后，将其用于机械的站位场地，继续开展下一步的固化，以此顺序由外向内逐步推进，完成土体固化（见图3）。在施工过程中，需要计算确定单个搅拌区域内的搅拌头数量，搅拌时应保证匀速喷浆。每个区块搅拌结束后需要在整体层面再次翻搅，保证土体充分固化。邻近分块间的边界应搭接喷搅至少5cm宽，防止漏搅，使土体最终固化成为硬壳层。

图3 边固化、边推进示意图

软土固化搅拌工艺的具体流程如下：将搅拌器械垂直插入原位软土中，正向匀速下挖，边搅拌边喷射固化剂，掘进至要求标高后反向进行提升，提升过程中保持搅拌并喷射固化剂。掘进与提升速度根据现场实际情况调整，保证固化剂喷射均匀，搅拌充分。一般情况下，强力搅拌头的转速介于50～80r/min 之间，当转速低于25r/min 时，应控制下推力不宜过大。固化施工期间，器械内部机油温度不得大于90℃。掘进过程中遭遇硬土时，应先用挖机翻松后再行固化。

固化搅拌完毕后开展养护工作，至固化体强度满足规范要求，然后平整土体表面。若固化后的下一道工序等待时间较长，则可用厚300mm 的素土对固化体进行覆盖保护。

2.6 质量验收标准

在土体固化施工完成后，衡量其工艺效果的指标主要为固化厚度和地基承载力。其中，固化厚度主要有静力触探试验测定，检测的固化厚度与设计要求厚度偏差不得超过20cm。而对于固化范围，则用量尺进行长度和宽度测量即可，与设计要求的尺寸偏差均不得超过10cm。对于存在浜塘的区域，每处至少测试1点，且1 000m2区域内不少于1 处测点。静力触探锥尖阻力至少为0.8MPa。

地基承载力的测定流程为：在完成固化施工的区域，于14d后进行荷载板试验，板尺寸为1m×1m，浜塘区域每处至少测试1 点，1 000m2区域内不少于1 处测点，要求承载力不低于100kPa；或者在同样的测试方案下，要求固化土体的28d承载力不低于130kPa。

3 处理效果分析

对于固化处理效果，以首件处理的B1 号浜塘为分析对象，其具体施工参数记录如表1所示。其中，根据实际施工情况，固化剂浆液中的水泥掺量逐渐减少，最终控制在8%左右，粉煤灰掺量有所上升，占比约为2.08%，水泥比例则下降调整为5.85%，如此，在保证固化效果的基础上，工业废渣粉煤灰得到了更多的消耗，水泥用量减少，实现了资源的再利用，取得节能环保的社会效益。

表1 首件施工记录参数表

同时，为保证固化剂配比调整后仍能保证喷搅均匀，不影响施工效率，施工期间对强力搅拌机的转速进行调整，于掘进搅拌时控制在65～70r/min，此转速下油箱温度不超过80℃，满足要求，而在提升搅拌时则将转速调为40r/min。搅拌头的提升或下沉速度均控制在0.05m/s。喷搅过程中流量控制在160～190kg/min之间，喷浆量为270～290kg/m³，实践证明该工艺参数下，固化剂喷射均匀，搅拌充分。