公路軟土路基原地固化技術(shù)方案分析

王朝頂

摘要 某高速公路工程，因浜塘地段范圍較廣，存在大量的淤泥質(zhì)土，為提高道路建設(shè)的質(zhì)量，現(xiàn)需采用固化技術(shù)改善淺層土體狀況，提高道路基底承載能力。文章以工程項(xiàng)目實(shí)踐為例，為實(shí)現(xiàn)浜塘地段的淺層軟土固化，采用的主要方案包括完善固化劑設(shè)計(jì)、優(yōu)化固化攪拌系統(tǒng)組裝、加強(qiáng)攪拌噴漿參數(shù)控制等，旨在提高軟土路基強(qiáng)度，以達(dá)到路基基底承載能力的要求。

關(guān)鍵詞 公路項(xiàng)目；土體固化；軟基處理；技術(shù)要點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào) U416.02文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）09-0075-03

0 引言

當(dāng)前的工程實(shí)踐中常使用傳統(tǒng)換填的公路施工方案進(jìn)行浜塘施工，將路基中的淤泥質(zhì)土挖除，再利用素土、磚渣完成填埋施工。該施工辦法需要使用大量的機(jī)械設(shè)備，挖土和填埋過(guò)程耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，任務(wù)量大，對(duì)環(huán)境的破壞性強(qiáng)，因此，應(yīng)妥善處置淤泥土，并及時(shí)配備充足的施工材料，保障施工的質(zhì)量和效率?；诖耍F(xiàn)工程施工引入了土體固化技術(shù)，通過(guò)注入固化劑直接改善軟土地基的土體結(jié)構(gòu)狀況，提高軟土地基的承載力，有效縮短工期，減少人力和物力的投入，提高項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

某新建公路全長(zhǎng)6.5 km，道路主線(xiàn)為高等級(jí)公路，連接道路為城市主干道，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，目標(biāo)服役年限為100年，主線(xiàn)道路荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-I級(jí)，滿(mǎn)足城市道路設(shè)計(jì)-A級(jí)需要。該工程設(shè)計(jì)主線(xiàn)路寬38 m，為雙向6車(chē)道，時(shí)速設(shè)計(jì)100 km/h。該工程施工現(xiàn)場(chǎng)存在大量明浜和暗浜，施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為路床填筑區(qū)域、結(jié)構(gòu)物臺(tái)背區(qū)域和拼寬路基等，為加固地基，應(yīng)采用淺層土體固化技術(shù)。

1.2 建設(shè)條件

該工程地處亞熱帶季風(fēng)帶，年均溫16 ℃，光照充分，降水量大，年均降雨量約為1 200 mm。道路建設(shè)所處地勢(shì)相對(duì)平坦，其表層有大于3 m的軟塑土－可塑狀粉質(zhì)黏土厚填土。周?chē)拥辣姸?，互相交錯(cuò)，其中河床多為含水量高、壓縮性強(qiáng)的淤泥質(zhì)土。該工程建設(shè)所處地質(zhì)環(huán)境條件較差，土體承載能力不足，面臨的施工難題多，影響項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)度。

2 軟土地基固化設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)流程

軟土地基固化施工工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2 固化劑設(shè)計(jì)

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，整合周邊可利用的施工材料，結(jié)合過(guò)往施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)選用漿劑型固化劑加固處理地基，主要使用的施工材料有水泥、粉煤灰和添加劑等。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，現(xiàn)需保證固化劑配比方案設(shè)計(jì)合理，以滿(mǎn)足固化強(qiáng)度需要，提高固化效率?？紤]到水泥固化的均勻性和穩(wěn)定性，兼顧成本造價(jià)和環(huán)保原則，最終選用1∶1的漿液水灰比，其中膠凝材料的摻量為8%[1]。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)試和取樣工作后，確定施工范圍為5 m×5 m。為達(dá)到目標(biāo)要求的土體密度值1.8 t/m3和處理深度l m，應(yīng)使用0.9 t粉煤灰和2.7 t水泥為原材料進(jìn)行混合料復(fù)合，并合理確定水灰比，計(jì)算得出每桶漿液的重量為1.8 t，其中包括0.225 t的粉煤灰和0.675 t的水泥。

2.3 場(chǎng)地處理

該工程設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)的道路結(jié)構(gòu)，施工范圍內(nèi)包括40多個(gè)浜塘，固化處理的工程量大。處理明浜時(shí)，為確保回填標(biāo)高與周?chē)牡孛纨R平，應(yīng)先通過(guò)圍堰劃定固化施工的范圍，再抽出明水，清除浜內(nèi)的雜土，再采用現(xiàn)有的可用填土進(jìn)行路基填筑。

處理暗浜時(shí)，應(yīng)先清理地表，再做整平施工。通過(guò)測(cè)量得出，該項(xiàng)目約有53 000 m3明浜區(qū)域和43 000 m3的暗浜區(qū)域，暗浜范圍需要處理地表約27 000 m3，固化深度1.5～2.2 m[2]。

2.4 固化設(shè)備組裝與調(diào)試

強(qiáng)力攪拌頭和漿劑自動(dòng)計(jì)量機(jī)是固化裝置的主要設(shè)備，完成拼裝后，應(yīng)進(jìn)行固化調(diào)試施工，以維護(hù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，并確保周邊環(huán)境不受到破壞。測(cè)試挖機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行能力時(shí)，確保攪拌頭與設(shè)備的配合良好，以提高其鉆進(jìn)攪拌能力。漿劑自動(dòng)計(jì)量機(jī)給料配比時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)合理確定漿劑比例。

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行固化主體裝置的啟動(dòng)測(cè)試：首先，檢查系統(tǒng)的連接狀況，螺栓、焊接頭與扣件等零部件是否齊全且安裝牢固；其次，要檢查動(dòng)力傳輸系統(tǒng)內(nèi)的齒輪軸是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，尤其是油箱的使用情況，及時(shí)排查風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；再者，檢查排水管是否安裝到位，并確保管內(nèi)壓力小于300 kPa；最后，復(fù)核固化劑系統(tǒng)中轉(zhuǎn)筒的運(yùn)行狀態(tài)，保證出漿口能自由移動(dòng)液壓管，實(shí)現(xiàn)行業(yè)規(guī)定的器械安裝標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)配料系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要明確固化劑的配方并合理計(jì)算用量，保證固化效果、攪拌頻率和供料速率均能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[3]。

2.5 攪拌固化

為實(shí)現(xiàn)施工工序的全面控制，需結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)，來(lái)確定施工分塊面積。施工過(guò)程中應(yīng)采用邊固化邊推進(jìn)的施工辦法，沿著兩岸的延長(zhǎng)線(xiàn)進(jìn)行施工。每完成一個(gè)分塊區(qū)域的固化施工后，需對(duì)機(jī)械承載力進(jìn)行檢測(cè)，然后將其應(yīng)用到機(jī)械的站點(diǎn)場(chǎng)地中，繼續(xù)下一階段的固化施工。施工過(guò)程中同樣從外到內(nèi)推進(jìn)，來(lái)完成所有區(qū)域的固化施工（如圖2）。施工時(shí)應(yīng)明確單個(gè)攪拌區(qū)需要的攪拌器數(shù)量，并確保噴漿速度均勻。每完成一個(gè)分塊區(qū)域的攪拌工作，都需從整體層面再次翻攪，確保土地完全固化。相鄰塊體間的交界處應(yīng)有最少5 cm寬的搭接噴攪，以避免漏攪情況的發(fā)生，以實(shí)現(xiàn)硬殼層的土體固化效果[4]。

軟土固化攪拌技術(shù)應(yīng)當(dāng)按照以下流程開(kāi)展：先將攪拌設(shè)備豎直插入施工現(xiàn)場(chǎng)軟土中，保持勻速正向下挖，在攪拌過(guò)程中噴射固化劑，待掘進(jìn)到達(dá)要求高度后再進(jìn)行逆向提升。提升時(shí)應(yīng)不斷攪拌和噴射硬化劑，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理調(diào)節(jié)掘進(jìn)和提升的速率，確保固化劑均勻噴射并充分混合。通常，高強(qiáng)度攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度為50～80 r/min，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度小于25 r/min時(shí)，應(yīng)保持合適的下推力。固化施工過(guò)程中應(yīng)始終保持設(shè)備內(nèi)的潤(rùn)滑油溫度低于90 ℃，掘進(jìn)時(shí)若遇到堅(jiān)硬土體，必須用挖掘機(jī)先將其翻松，再進(jìn)行固化作業(yè)[5]。

完成固化攪拌施工后，還需及時(shí)進(jìn)行道路養(yǎng)護(hù)，保證固化體的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)土體表面平整。若還需要等待較長(zhǎng)時(shí)間才能開(kāi)展下一道工序，則需使用300 mm厚的素土覆蓋已完工的固化體[6]。

2.6 質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

為確保土體固化效果符合設(shè)計(jì)要求，施工完成后應(yīng)測(cè)試工藝效果。可采用靜力觸探試驗(yàn)，確保實(shí)際厚度與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過(guò)20 cm。確定固化范圍時(shí)，可以使用量尺測(cè)量其長(zhǎng)和寬，并保證尺寸與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)間的偏差在10 cm范圍內(nèi)。應(yīng)加大浜塘區(qū)域的測(cè)試力度，每處浜塘最少設(shè)置一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，并保證1 000 m2范圍內(nèi)不得少于一處測(cè)點(diǎn)，靜力觸探錐尖阻力不低于0.8 MPa[7]。

測(cè)定地基承載力的具體流程：固化處理完成后，應(yīng)等待14 d，再進(jìn)行荷載板試驗(yàn)。選用1 m×1 m規(guī)格的荷載板，每個(gè)浜塘區(qū)域最少設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，并保證1 000 m2范圍內(nèi)不少于1處測(cè)點(diǎn)。

3 處理效果分析

現(xiàn)針對(duì)B1號(hào)浜塘區(qū)，需根據(jù)其施工參數(shù)情況，檢驗(yàn)固化處理的效果，具體如表1所示。試驗(yàn)得出以下結(jié)論：施工實(shí)際中應(yīng)逐步降低固化劑漿液中水泥的摻量，最終將其控制在8%左右，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高粉煤灰的摻量，控制占比在2.08%左右，且水泥占比控制在5.85%左右?；诖?，增加工業(yè)廢渣粉煤灰的使用率，減少水泥使用量，在節(jié)約資源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)固化施工的效果[8]。

此外，合理調(diào)整固化劑配比，保證水泥能夠均勻噴攪，合理調(diào)節(jié)強(qiáng)力攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證掘進(jìn)攪拌的速度在65～70 r/min范圍內(nèi)，控制油箱溫度不高于80 ℃，提高施工效率。提升攪拌時(shí)，應(yīng)保持40 r/min的轉(zhuǎn)速，提升或下沉攪拌頭的速度為0.05 m/s，噴攪流量為160～

190 kg/min，噴漿量為270～290 kg/m3。經(jīng)檢驗(yàn)，使用該工藝參數(shù)，其施工效率最高，且固化劑的噴射效果更好[9]。

4 效益分析

該項(xiàng)目施工使用了淤泥質(zhì)土就地固化辦法，與傳統(tǒng)換填施工工藝相比，具有工藝簡(jiǎn)單，工期短、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)調(diào)查，傳統(tǒng)的清淤換填方法價(jià)格為300元/m3，固化工藝的價(jià)格為180元/m3，該工程共有96 000 m3的固化區(qū)域，共節(jié)省了上百萬(wàn)的施工費(fèi)用。

此外，就地固化工藝可以有效縮短工期，提高施工效率。且并沒(méi)有加上因填筑材料不足造成的工期延誤天數(shù)。由此可見(jiàn)，軟基處理固化施工的施工效率更高[10]。

目前，該軟土地基固化工程已在無(wú)安全隱患和質(zhì)量問(wèn)題的前提下順利完成竣工驗(yàn)收，顯著提高了管理效率。由此可見(jiàn)，淺層土體就地固化處理施工工藝，可以有效提高工業(yè)廢渣、粉煤灰等施工材料的利用率，節(jié)約了資源，避免了因運(yùn)輸和處理淤泥質(zhì)土造成的環(huán)境破壞，充分踐行了綠色環(huán)保的施工理念，提高了社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

該文以某軟土地基的固化工程為研究對(duì)象，分析了淺層土體的就地加固辦法。軟基固化施工時(shí)，應(yīng)充分考察施工現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)條件和氣候狀況等，并根據(jù)施工設(shè)計(jì)的承載力目標(biāo)，合理制定原材供應(yīng)方案，最終確定最佳的施工方案，以提高軟土地基的加固效果，在踐行節(jié)能環(huán)保施工原則的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)的綜合效益提升。

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