公路软土路基就地固化设计方案与处理效果分析

2024-02-04刘孟良

黑龙江科学 2024年2期

刘孟良

(惠州交投公路建设有限公司,广东惠州 516000)

高速公路作为连接各地经济交流的重要纽带,在促进区域发展中发挥着重要作用。随着高速公路车流量的不断增加,部分路段急需改造升级。某项目地处广东,降水较多,土地含水量较高。受自然因素的影响,表面道路较厚,软土呈不均匀下沉。为了避免土地固化导致施工成本增大或无法施工等问题,需采用就地固化方式对公路进行施工。

1 工程概况

1.1 地区特征

该公路项目地处南亚热带,为华南沿海台风区,属海洋性季风气候,夏季天气炎热,降水较多,冬天气候干燥温和,全年温度较高,平均气温为21.8 ℃左右,年降水量达1700 mm左右。施工地区大多为池塘和水田(如图1所示),表层淤泥层达2～5 m,路基填土高度达2～4 m,地势较为平坦,施工范围与鱼塘梗高差约为3～4 m,主要为粉质黏土、软塑黏土。沿线分布河流交错,地下水分布受岩性、构造、地貌、植被等因素的影响。地下水含量较高,软土容易引起不均匀沉降,土地设计能力较差,施工难度较大[1]。

图1 施工地形Fig.1 Construction terrain

1.2 设计要求

项目工程设计为双向8车道,总长度约为350 m。采用修建高速公路的材料,安全等级为一级,对公路软土进行加固处理,通过就地固化缩短改造时间,节约人力、物力成本,减少对周边居民造成的影响,提升施工质量。

2 软土地基固化设计方案

利用机器将水泥、石灰、小石子等搅拌后用于施工场地,对软土地进行加厚,使其更加稳定,便于车辆通行。就地固化材料的厚度,设备与一般的软土地不同,需根据施工现场条件及经验进行配比设计,主要设备如表1所示,材料如表2所示。

表1 主要机械设备配备

表2 主要材料

水泥重量350×60×4×1.8×4%=6048 t,粉煤灰重量350×60×4×1.8×2%=3024 t。

2.1 设计流程

先进行测量放样,再对场地进行清洁排水,检测软基,如果检测结果不合格需重新划分区域,进行固化剂调配,就地进行搅拌施工,完成后再移步下一块区域,重复此步骤,待区域施工完毕后进行压实、整平养护,并对地形进行试验检测[2]。进行材料配合比设计,结合软土性质、材料及机械性质,合理配比小石子、水泥等材料。软土施工与处理方式有关,处理的土地厚度要根据施工现场土地的物理性质、车流量及承载压力进行科学规划,确保施工效果。确定科学合理的施工方式,包括水泥搅拌机、碾路机的选择是否合适,是否与施工方法相匹配,明确施工中的加水时间、搅拌时长、碾压次数及配比量。

2.2 施工前准备

清除施工区域的杂质,清除对下沉搅拌有影响的杂物。做好临时排水措施,确保施工区域能够顺利排水。进行横断面测试,划分出固定区域,如图2所示。按照横断面进行现场放桩,找准就地固化的使用宽度。在施工公路安装设备,对设备进行调试,确认系统可以带动设备进行搅拌,控制好误差量能。设备启动前,确定所有零件安装到位,保证齿轮箱、密封油、排水管的安装位置正确,压力不超过设定要求,将搅拌头与挖掘机之间的电缆接好,令发动机运动,通过不同角度的测试保证机械及转筒正常工作,转筒停止搅拌时熄灭载体的机械动力,确保液压系统不会泄露,电机进行负荷运转时确定连接电路正确,调整供料系统及搅拌设备,保证上升下沉的搅拌要求。

图2 最终划分区域Fig.2 Final zoning

图3 施工人员准备措施Fig.3 Preparation measures of construction personnel

2.3 搅拌固化

为了控制好施工现场,需根据设定的计划目标确定现场施工面积的大小,按照区域划分进行施工,在一片区域施工完成时,需使用测试机器对其进行检测,再继续下一段区域施工,不断重复。明确每个区域的搅拌头、挖掘机、储料设备数量,提升工程质量。完成一块区域施工后,需从整体进行翻搅,保证完整的固体化,避免漏搅,加速土地固化。要及时对土地进行养护及观察,保证施工区域的固体化符合设计需要,观测频率如表3所示。

表3 沉降观测频率

2.4 固化剂设计

采用浆剂型固化剂,结合施工材料及经验,根据科学方式计算,运用固化剂对地基进行加固。施工前对地段材料进行提取,测量土地湿度是否满足施工要求。固化剂的主要成分是水泥、粉煤灰等,施工地段含水量约为57.5%,按照设计要求软土路段的含水量最多为70%,需确保固化剂满足方案需要,提升固化效率。浆液应均匀融入土地,保证固化剂的充分运用,减少施工误差[3]。

2.5 场地处理

该项目所处地的水田、池塘、河流较多,需按照传统方式进行道路结构设计,故固化处理工作量较大。为确保水田池塘固化后与周围地面相平,需确认施工加固范围,抽出软土中的水,清除杂质,进行填埋。处理非主干道时,需清理表面,保持土地表面平整。通过现场测试得出加固处理面积,根据科学计算得出固化深度。

2.6 调试固化设备

对固化设备进行安装调试,其主要装置为搅拌头,可对浆剂进行自动计算。对固化设备进行试用,保证设备稳定施工,观察设备对周边环境的影响。在进行挖机动力系统测试时,确保合理使用搅拌头,提升搅拌能力。在计量机上进行给浆剂配比时,应严格按照行业标准进行,确定浆剂比例。严格检查系统装置,确保连接准确,零部件安装牢固。检查设备施工时齿轮轴是否能够正常运转,尤其是油箱是否存在缺油情况,及时排查,避免出现问题。检查设备的排水管是否安装到位,确保管内装置不超过规定要求。检查转筒是否能够安全运转,确保出浆口的液压管正常移动,符合器械安装标准。进行配料系统测试时,按照规定进行用料配比,合理计算使用量,确保土地固化效果及搅拌频率符合设计要求。

2.7 就地搅拌

就地搅拌一般采用垂直上下搅拌的方式,施工方式如图4所示。使用挖掘机翻松土地表层的土体,使用合适的搅拌头对土地进行搅拌。将搅拌设备垂直插入土地中进行搅拌,要把握好搅拌头的搅拌深度,令搅拌头不会垂直到距离地底太深的位置,搅拌头缓慢向下,直至到达最初预设的深度。为了保证底部搅拌效果,在即将靠近底部时适当放慢搅拌头的速度,令搅拌头停留在底部进行固化。

图4 就地搅拌施工方式Fig.4 In situ mixing construction method

图5 固化处理方式Fig.5 Curing method

2.8 施工质量验收

为了确保施工符合土地固化设计要求,施工完毕后需进行工艺效果测试。采取静力触碰试验,确保施工的实际厚度与设计标准的偏差不超过20 cm。确定了固化范围后,可使用量尺对道路的长和宽进行测量,确保道路施工差值不超过10 cm。加大对池塘水田处的测试力度,保证施工符合标准要求。完成道路固化处理后,对地基承载压力进行测试,利用荷载板测定土地承载力及固化土地的受力面积,测试结果合格,说明固化土中的固化剂分布均匀,与设定值偏差不大,可投入正常使用[4]。

3 处理效果

3.1 固化软土的性能

为了使固化土的物理性能达到最佳含水率及最大干密度,需确保固化剂掺量,与水泥进行配比试验。在对水的稳定性进行测试时,需分析最佳配比固化剂水稳定性的系数。固化剂中的物质会对土地产生一定的影响,对土地起到填充及稳定的作用,随着养护时间的增加,公路密实度增加,对公路的下沉作用减少。需对抗冻能力进行测量,当气温下降时,路基强度下降,可能出现公路断裂的情况。在公路中掺入一定的固化剂可使公路抗冻能力增加,相同的固化剂进行养护时间越长,抗冻指数越高,抗冻性越强[5]。

3.2 测试结果

道路施工结束后,软土固化程度增加,填土结构强度有所提升,道路稳定性更优,达到了稳定状态。采用重型设备将路面压实[6],由现场测验可知,道路施工数据处于合理范围,使用效果较好,可提升道路稳定性。在保证项目施工正常运行的情况下,工业废渣及水泥用量均有所减少,固化效果良好,施工过程更环保,实现了资源再利用。为了保证固化剂的配比调整不影响施工效率,对搅拌机转速进行调整,通过改变实验参数保证固化剂的充分搅拌。

采用就地固化进行处理,与传统方法相比,施工过程更简单,缩短了工期,降低了固化成本。软土地固化项目通过验收,测试结果与预期偏差不大,施工过程更安全,施工质量及工作效率得到了提升,避免了运输造成的环境污染问题,令工业废渣得到了重新利用。该技术将绿色环保理念贯穿于施工过程,提升了施工项目的社会效益。