新型固化土施工工藝研究

孫 躍

上海公路橋梁（集團）有限公司 上海 200433

要在不滿足建設需求的土體上進行工程建設，就必須對不良土體進行加固。土體固化/穩定技術已經有50多年的歷史，日本、美國等國家對固化劑研究已較成熟[1]。我國住房和城鄉建設部于1998年首次發布了土壤固化劑的行業標準，此后，各地工程開始陸續使用土體固化技術，并獲得了較好效果。

1 固化土的原理及固化劑的分類

凡能改善和提高土壤性能的材料，都可稱為土壤固化劑，摻入固化劑后所形成的土壤為固化土。

目前固化劑主要由水泥、石灰、粉煤灰等常見材料與穩定劑（無機鹽）拌和而成。針對不同性質的土壤，應選取不同的材料以及比例進行搭配，從而達到加固原土壤的效果。

我國將土壤固化劑分為液態（液粉）和固態（粉狀）兩類。液粉土壤固化劑是先將無機鹽配制成溶液，再將石灰、水泥等材料溶入其中，要求溶液中固體質量分數不大于3%，且沒有沉淀或絮凝現象。而粉狀土壤固化劑則是直接將粉狀無機鹽和石灰、水泥等材料拌和而成。目前我國主要使用的是液粉類的固化劑。

2 固化土施工工藝

2.1 固化土拌和攤鋪碾壓

這種方法是將固化劑摻入現場準備好的原狀土中，充分拌和配制成固化土，然后將固化土攤鋪、整平，再用壓路機進行碾壓[2]。其施工流程為：準備下承層（如有）→施工放樣→配制拌和固化土→攤鋪、整平→碾壓→養生。

使用該施工方法施工時需注意以下幾點要求：

1）現場所用固化素土要提前準備好，不能淋雨。拌和前要將土中的雜物清除干凈。

2）需精確計算單位質量固化土所需摻加的固化劑用量，嚴格控制固化土中的含水量。

3）根據拌和后的固化土松軟程度確定松鋪系數，一般取值1.4或1.5。

此方法與常規道路各基層施工類似，都可以總結為攤鋪、碾壓、養生這幾道工序。憑借其常規、易操作的施工方法，與其他地基加固相比更經濟的優點，固化土攤鋪加固已成為越來越多地基加固的首選方法。

2.2 就地淺層固化

該處理技術是一種利用固化劑對軟土等土體進行就地固化處理，使土體達到一定強度或其他使用要求的原位土體加固技術。與前文所述的攤鋪固化土的方法相比，此種方法無需將現場的素土挖出并清理雜質，也不需要攤鋪設備對固化土進行攤鋪，因此更加高效、節省費用。就地淺層固化所需的主要機械設備包括：前部強力攪拌頭（ALLU）、配套挖機、固化劑添加控制系統、后臺供料系統等。前部強力攪拌頭是一種專業型的攪拌設備，能夠將添加的固化劑均勻地拌入土體內部。固化劑添加控制系統安裝于后臺供料系統中，能夠實時控制固化劑的添加量，精確計量，減少浪費（圖1）。

圖1 就地淺層固化處理設備示意

3 工程實例

云鵑路（N2—B5）新建暨綜合管廊實施工程位于上海市浦東新區滴水湖北側，是集綜合管廊、道路、排水、橋梁為一體的綜合工程。因工程位置靠近黃海，土質狀況較差，多為軟土。工程橫斷面如圖2所示。

圖2 云鵑路工程標準橫斷面示意

本工程道路建在綜合管廊上方，由于綜合管廊頂面與道路路面的距離較小（不到2 m），若不對管廊兩側的原狀土作加固處理，則原狀土上方道路的沉降將大于管廊上方道路的，路面會出現明顯的縱向裂縫。因此本工程對管廊兩側的原狀土進行就地淺層固化的加固處理，處理深度為從路床頂面設計標高往下2.5 m。

3.1 施工準備

材料和設備進場后，先對設備進行組裝并調試，測試挖機動力系統和ALLU攪拌頭組裝完成后能否完成攪拌動作，自動定量供料系統能否完成不同固化劑的供料過程，誤差能否控制在允許范圍內，整套設備在新的施工環境下是否存在安全隱患。

攪拌設備啟動前，先對整套系統進行檢查，重點檢查以下幾點：所有螺栓和固定元件是否緊固；齒輪箱是否正確安裝；排水管是否正確安裝，確保管內壓力不大于0.3 MPa；攪拌頭與挖掘機之間的電纜連接完好。然后發動載體機械發動機，檢查機械工作狀態下的各項性能：以不同的角度傾斜攪拌頭，觀察攪拌頭能否完成相應動作，檢查液壓管能否自由移動；檢查攪拌頭上的轉筒是否在正常的工作方向上轉動；轉筒啟動后先進行不少于5 min的無負荷工作，目的是排出液壓系統中的空氣。之后停止攪拌轉筒并讓挖機熄火，檢查液壓系統是否有泄漏現象。最后測試自動定量供料系統，啟動供料電機并進行負荷運轉，檢測電機是否正常工作。

在現場實際施工過程中，要實時調整供料系統與攪拌設備噴料流量，保證正常下沉攪拌及上升攪拌時供料速率能夠滿足拌和要求。

3.2 施工工藝

淺層就地固化施工流程為：清表→劃分施工區域→固化劑調配→土體攪拌固化→碾壓、養護。

3.2.1 清表（路槽開挖）

清理需固化處理的區域內可能影響攪拌頭下沉攪拌的雜物，然后整平場地，設備進場后可先選取一個區域進行試攪，若土體較硬致攪拌頭難以下沉，可先將此部分土翻松后再進行攪拌。本工程場地原先是農田，只有少數農作物根莖殘留在土中，不影響攪拌頭下沉。

3.2.2 劃分施工區域

為精確控制固化土中摻加的固化劑用量，需將固化處理的區域進行放樣并劃分區域，劃分區域的尺寸一般為5 m×5 m（現場實際處理尺寸不一，按每個區塊25 m2劃分），根據該處理區域的固化處理深度及固化劑摻入量，計算固化劑用量的配比并進行調制，用固化劑自動定量供料系統設置固化劑摻入量。施工前可選取一塊區域作為試驗段，檢驗不同配合比的固化劑對土體加固的效果。

3.2.3 固化劑調配

根據試驗段施工結果及設計要求，現場實際固化劑摻加的質量分數定為7%。為方便現場施工，現場將粉煤灰和穩定劑按1∶1混合成粉煤灰混合料。固化劑為液態（漿劑），每桶漿液按水∶水泥∶粉煤灰混合料＝800∶750∶300的比例進行配制。

3.2.4 強力攪拌設備就地攪拌

采用強力攪拌頭對原位素土進行垂直上下攪拌并噴射固化劑。攪拌頭正向攪拌時，應勻速向下攪拌直至達到設計要求的標高；攪拌頭下降或提升的速率控制在10～20 m/s，固化劑的噴料速率控制在70～160 kg/min，具體速率根據現場實際操作情況做相應調整，保證施工過程中能夠均勻噴射攪拌。

本工程固化區域為道路下方綜合管廊圍護結構兩側的軟土，圍護結構為SMW工法樁。攪拌時應避免攪拌頭碰到原圍護結構。固化區域內還有橫向穿越管廊的四大管線（套管），攪拌時也應避免觸及。

3.2.5 邊固化邊推進

就地固化處理采用邊固化邊推進的形式進行（圖3），施工時按現場劃分的區塊進行細部控制，根據攪拌頭的施工截面，計算出每個區塊所需用的固化劑摻入量，攪拌過程應保證均勻噴攪。在每個區塊攪拌噴射施工完成后，需再進行整體性翻攪，從而避免攪拌頭噴攪不均勻的可能，相鄰區塊間的搭接寬度應不小于5 cm，避免漏攪，最終固化形成整體均勻的硬殼層。

圖3 邊固化邊推進示意

3.2.6 特殊區域的固化施工要求

已施工雨水管區域：固化施工時，應注意固化范圍，做好已完工設施的保護工作，保證安全距離。

管廊區域：固化施工時，應盡量縮小固化區域與管廊區域之間的空隙，并注意做好管廊的成品保護工作，不得觸碰、破壞管廊混凝土。

3.2.7 碾壓和養護

固化攪拌完畢后，固化土體需進行養護，本工程養護時間為14 d。若施工工期緊張，可在養護數天至一定強度后采用挖機或壓路機碾壓表面。若距離路床施工有較長時間，則最好覆蓋厚30 cm素土后再碾壓，以保護固化土體。

3.3 加固效果

采用十字板剪切試驗對固化14 d后的土體進行試驗，每1 000 m2測試1處，設計要求十字板剪切試驗不排水抗剪強度不小于100 kPa，實際現場檢測強度均值達到120 kPa，滿足要求。

4 結語

固化土憑借其經濟、環保、適用性強、施工方便等優勢[3]，逐漸在我國被廣泛推廣使用。但針對不同類型的土體，配制相對應的固化劑，仍是困擾巖土工程領域的難題。此外，結合現場實際，探尋更加高效的施工工藝，節省工程費用，同樣值得我們深入研究。