天津滨海地区软土固化技术现场试验研究

◎ 张吉 赵丹禄 天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司

1.引言

天津滨海地区软土地基存在为淤泥、淤泥质土等软弱土层，具有高含水率，高压缩性土，力学强度低等特点，呈流塑状态，是工程设计中需着重处理的软土层。为保证水工建筑物施工和后期使用的安全，以及控制施工加载过程中和加载后的抗滑稳定及沉降变形，必须考虑合理可行的地基处理方案。目前软土地基处理的方法很多，针对这种软弱的淤泥（质）地基，目前常用的处理方法有自重预压法、置换法、排水固结法、加筋法、桩基法、软土固化等。

软土固化技术是采用专用软基搅拌设备，把软基淤泥和固化剂充分拌合，形成固结板体，达到提高原有地基承载力、有效地减少地基变形和沉降的地基工程作业方法。该方法相对传统的水泥搅拌桩和高压旋喷桩等作业方法，具有施工速度快、工程造价低、对浅层地基处理效果好等优点[1]。

2.工程概况

软基固化处理技术以原有土质为基础，通过室内配合比试验和现场试验选择合理的固化剂配方，采用专用搅拌设备，把软基淤泥和固化剂充分拌合后形成固结体，固化后的土体强度指标明显改善，能提高原有地基承载力、有效地减少地基变形和沉降[2]。

天津港东疆港区东部岸线为保证水工建筑物施工安全，地基采用固化技术进行处理，为确定其可行性开展本次试验[3]。

3.试验要求

3.1 室内试验要求

采取不同的固化剂掺量，进行固化土试块（采用边长70.7mm的立方体，下同）的无侧限强度指标检测。为寻找最佳的固化剂掺量，探求固化土强度指标与固化剂掺量的关系，共设计有6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%和20%共计八种不同掺量，同时分室内标准养护、现场陆侧养护和现场海侧养护三种情况养护（其中现场陆侧、海侧养护仅取前三种掺量），测试7d、14d和28d龄期立方体试件无侧限抗压强度，从而为加固土设计指标的选取提供数据支持[4]。

假轴车辆一般是指在车辆原轴型的基础上自行加装车轴(一般为1组)的车辆。通常假轴车辆在行驶到收费站时，司机会将事先安装好的带有液压装置的假轴放下，以增加车辆的轴数和提高限载质量上限，从而通过称重设备的检测。这种行为会对高速公路的路基造成严重损害，增加高速公路运营及养护成本,且甄别难度很大，采用人工的方式甄别不仅费时费力，而且无法实现实时甄别。因此，对假轴车辆进行自动判别是收费稽查工作的重点和难点。

3.2 原位试验检测要求

①陆侧试验区取芯多为固化剂与原土松散混合状态，胶结情况不好，但其直剪试验和压缩试验指标明显优于未处理前原土体；

4）同掺量同龄期固化土试块，现场陆侧和海侧养护条件下试块无侧限抗压强度区别不大。

“王医生，这是我熟人，您帮忙照顾一下!”“陈主任，我是老李介绍来找您看病的，呵呵。”……医生与患者之间常常能听到这类对话。不少人认为，医院有熟人可以为自己提供方便，比如不用排队挂号、省去不必要的支出、医生看病时也会更尽心，这些好处让人们免不了有“进医院就得找熟人”的想法。

(4)深入配合施工现场。安排一位有经验的配合施工技术人员作为项目导师，带领其参加1个大型项目的站前、站后工程配合施工工作。在配合施工过程中解决现场问题，将现场实际与设计理论有机结合，帮助深入理解设计工作。

4.试验数据分析

4.1 室内试验检测

固化土试块无侧限强度指标检测依据规范《水泥土配合比设计规程》JGJ/T 233-2011进行，试件成型由固化土施工分包商在我公司实验室内完成。固化土试块设计有6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%和20%共计八种不同掺量，采取了室内标准养护、半圆体陆侧现场养护和半圆体海侧现场养护三种养护方式，其中半圆体陆侧现场养护和半圆体海侧现场养护仅试验前三种掺量。三种养护条件下各掺量固化土立方体试件7d、14d和28d龄期无侧限抗压强度试验数值结果（单位：MPa）如表1和图1所示。

图1 固化土无侧限抗压强度随掺量、龄期和养护条件变化关系

表1 固化土试块无侧限抗压强度值

图1以无侧限抗压强度为纵坐标，以掺量（百分比表示）为横坐标显示了固化土试块无侧限抗压强度随掺量和养护条件变化趋势。

固化土立方体试件无侧限抗压强度试验数值结果表明：

1）各养护条件下固化土试块无侧限抗压强度随掺量增加而增加；

4.2.1 东疆湾沙滩景区固化土原位检测

半圆体陆侧和海侧试验区达到7d、14d和28d龄期时，每区均进行三处标准贯入试验（无法进行十字板剪切试验），分陆侧与海侧分别统计各龄期下标准贯入试验击数延深度变化情况，如表3和表4所示。

3）东疆湾沙滩景区固化土原位钻孔取芯3处，并对圆柱体芯样进行无侧限抗压强度试验。

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3）相同掺量固化土试块，7d和14d龄期时标准养护条件下无侧限抗压强度低于现场养护，但是28d龄期时强度基本相当；

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2）原位试验和钻孔取芯深度应达到搅拌高程以下1.0m，标准贯入试验每1.0m进行一次。

已有的研究较少涉及安全评价的定量分析；另外，已有的定量研究在使用IWRAP MKII软件时，主要关注模型运行结果与实际是否相符，本文则侧重于以交通流分布函数的拟合度，即选择数据的分布函数这个起源，探究模型运行结果的可靠性，提出模型拟合优化的方法，提供更好应用IWRAP MKII软件分析水域风险的思路。

4.2 现场原位固化试验检测

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东疆湾沙滩景区固化土原状取样孔3组，深度3m，取样深度范围内芯样完整性较差，如图2所示。其中1#点芯样较完整，0-3m范围内均有固化土，0-0.5m内芯样可制取抗压试块；2#点顶部0-0.1m长度有固化土，其他部分为砂土，固化土芯样无法制取；3#点0-2m有固化土，2-3m范围内为砂土。芯样无侧限抗压强度试验检测数据如表2所示。

图2 钻孔取芯图

表2 芯样无侧限抗压强度值

4.2.2 半圆体试验区固化土原位标准贯入试验检测

2）标准养护条件下，固化土试块无侧限抗压强度随龄期的增加而增加；

表3 半圆体陆侧试验区标准贯入击数(N63.5)对比表

表4 半圆体海侧试验区标准贯入击数(N63.5)对比表

综合分析上述4.2.2节现场原位钻探取芯和标准贯入孔试验数据，海侧试验区指标优于陆侧试验区，具体表现情况如下：

1）试验区现场原位养护进行7d、14d和28d后均进行原位试验，每个试验区各龄期下进行3组标准贯入试验。

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②海侧试验区取芯呈不均匀、局部胶结良好状态，取芯试样可制作圆柱体试件进行无侧限抗压强度试验，取芯试样无侧限抗压强度结果数值显示取样深度和试验龄期对其强度值并无明显影响；

③标准贯入试验N63.5击数显示海侧试验区显著高于陆侧试验区，且陆侧试验区上部土体N63.5击数高于下部土体，海侧试验区固化深度内N63.5击数较为一致。

5.小结

通过本次天津东疆港区开展固化土技术试验阶段的室内试验和现场原位测试，得到如下结论：

（1）固化土室内立方体试块无侧限抗压强度试验表明，各养护条件下固化土试块无侧限抗压强度随掺量增加而增加；相同掺量固化土试块，7d和14d龄期时标准养护条件下无侧限抗压强度低于现场养护，但是28d龄期时各种养护条件下强度基本相当；同掺量同龄期固化土试块，现场陆侧和海侧养护条件下试块无侧限抗压强度无明显区别。

（2）固化土现场试验区原位试验结果表明，海侧试验区指标优于陆侧试验区，陆侧试验区钻孔取芯芯样多为固化剂与原土松散混合状态，胶结情况不好，但其室内直剪试验和压缩试验指标明显优于未处理前原土体；海侧试验区芯样呈局部胶结良好、但不均匀状态，且取样深度和试验龄期对试样圆柱体无侧限抗压强度无明显影响。

（3）标准贯入试验N63.5击数显示海侧试验区N63.5击数显著高于陆侧试验区，且陆侧试验区上部土体N63.5击数高于下部土体，呈现上硬下软状态，海侧试验区固化深度内N63.5击数较为一致。

6.结论

淤泥（质）地基目前常用的处理方法有自重预压法、置换法、排水固结法、加筋法、桩基法、软土固化等。通过本次试验研究，天津滨海地区软土地基淤泥、淤泥质土等软弱土层通过合理的固化剂配方，把软基淤泥和固化剂充分拌合后形成固结体，固化后的土体强度指标明显改善，能提高原有地基承载力、有效地减少地基变形和沉降[5]。后续相关工程可根据工程需要，合理选用地基处理技术。