深厚層淤泥淺表層就地固化施工技術應用

王海苗， 鄭先奇

(1.浙江交工集團股份有限公司，浙江杭州 310014； 2.中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

1 工程概況

G25德清至G60桐鄉高速聯絡線湖州段第LTJ01標段，起點樁號LK0+843，路線往東經乾元鎮，鐘管鎮，線路全長12.150 km。湖州段穿越杭嘉紹平原沿湖沿河地區，水資源豐富，地質條件較差，軟土路段不均勻分布，軟土主要為流塑狀淤泥和軟塑—流塑狀淤泥土，軟土路基位于湖相沼平原區，地勢平坦，主要為水塘、河道，且水(魚、蝦)塘為片塘區,處理范圍大。上部為湖沼積灰色、灰黃色軟塑—可塑粉質黏土，厚度1～3 m。其組成為海積淤泥、淤泥質粉質黏土，局部夾薄層粉土、粉砂、流塑狀，厚度變化較大，局部路段相變軟塑—流塑粉質黏土夾粉土；中部為沖湖積粉質黏土，可塑，厚度較薄。

2 深厚層淤泥就地固化施工工藝原理

2.1 固化劑簡介

土壤固化劑是近幾年來應用于淤泥、軟土固化的一種膠凝材料，在淤泥中按照施工配合比摻入固化劑和水，經攪拌、壓實，養護后得到混合料，當其固化后的各項指標滿足使用要求時，稱為固化穩定體?？捎糜诠贰㈣F路路基填筑，使用這種固化穩定基層材料，承載力可靠，整體性好，早期強度高，后期強度持續增長。并可就地取材，施工方便，工程造價低廉，土壤固化穩定土基層不僅具有水泥穩定土同樣的強度和耐久性，還解決了傳統筑路中不良土不能直接應用于道路中的局限。

2.2 固化劑適用條件

固化劑可對含水量為100 %甚至120 %的軟弱土層進行加固。對于有機質土壤及腐殖土和酸性土壤(pH3以上)有著非常獨特的、優良的固化作用，也可以將粉質及粘性等超軟弱土壤固化成良好基礎，相比其它的軟土處理的施工方法，越是不良的土壤越是發揮出淤泥軟基就地固化的優越性。

2.3 固化劑類型

固化劑按化學成份可分為無機型固化劑、有機型固化劑及復合型固化劑等；實際工程應用之前，要進行室內施工試驗，以確定固化的適用性。無機固化劑有水泥、粉煤灰、石灰、石膏、礦渣微粉等。無機固化劑宜適用于無特殊要求常規軟弱土的加固處理。有機固化劑有高聚類離子固化劑、有機酶蛋白固化劑、酸基化合物固化劑等。除特殊要求外，較少單獨使用有機固化材料對軟弱土進行加固處理；早強或特殊土體等用途時可采用部分有機固化材料。復合固化劑有水泥類+有機類等。復合固化劑宜適用于腐殖質或有機質土等特殊要求的軟弱土[1]。

2.4 固化施工工藝原理

自然狀態下的土壤在干燥狀態下，土體具有一定的承載力，但在水作用下變成泥漿，究其原因在于土壤顆粒存在空隙，空隙中存在游離水，當土體承壓時游離水可以釋放出來，使土體變成泥漿，喪失承載力。當土壤和固化劑充分攪拌，經過養護后，土壤顆粒間空隙由固化材料充填，使得土壤顆粒通過固化材料相聯并固結形成固化土板體，承載力明顯增大且耐久。

固化劑是以水泥為主料再加上其他輔料和封水劑形成的。以水泥為基質，按一定配比添加粉煤灰等，混合均勻而制成一種復合型固化材料。本方案可在較低的溫度下正常凝結硬化，具有水穩定性能好、溶出物少的特性將水泥摻入到土中后，在水的參與下水泥會發生水解和水化反應，產生水合水化物，這些水泥水化物會與泥漿顆粒產生一系列的物理化學反應，形成水泥石骨架，該骨架具有整體性好、水穩定性高和一定強度等特征，提高了土的強度和穩定性，改變了膨脹性土原有的性質，使其工程性質得到了改善。

3 深厚層淤泥就地固化施工試驗

3.1 固化施工試驗段目的

LK6+300～LK6+400，固化長度100 m，固化寬度20 m，固化深度1.0 m。LK7+250～LK7+350，固化長度100 m，固化寬度50 m，固化深度1.5 m[2]，滿足水泥攪拌樁及預應力管樁等樁基設備對地基承載力的要求。深厚層淤泥淺層就地固化處理的土的密度試驗檢測平均值為1.58。固化施工試驗路段主要目的是，為確定采用的固化施工配合比是否能滿足設計承載力要求。

在試驗路段上采用不同的配比形式，通過對強度和承載力的檢測，確定合適的配比，再進行大面積固化施工。通過試驗段施工，檢驗施工設備以及施工工藝的適用性，確定固化劑施工配合比、每1 m長度固化劑用量，為施工工藝的合理選擇提供依據，并獲得在該試驗情況下強度指標與承載力值之間的經驗公式。將滿足強度要求的固化劑摻量及匹配于承載力要求的強度檢測指標，用于大規模施工檢測中[3]。

3.2 試驗段施工工藝及方法

根據室內配合比試驗結果，必須考慮到不同的地質情況，進行現場工藝性試驗，以驗證室內配合比，確定主要施工工藝指標。分別選取3段，每段一個配合比。固化劑類型采用粉劑或漿劑，固化劑含量暫定為6 %～7 %，主要成分包括水泥、粉煤灰、礦渣微粉以及少量穩定劑，具體配合比根據室內試驗并結合現場試驗確定(表1)。

表1 深厚層淤泥就地固化施工配合比 %

4 固化施工設備

4.1 強力雙輪銑型攪拌頭

強力攪拌頭是一種三維空間立體攪拌設備，利用與其配套挖掘機驅動攪拌頭，攪拌頭按一定的角度對稱布置連接桿和噴嘴的左右兩側，攪拌頭按不同規格，其橫向投影長度尺寸為1 300～1 800 mm，寬度尺寸為800～1 000 mm，豎向高度為800～1 000 mm，為了搭接合理，單次攪拌形狀在平面上為矩形，單次攪拌面積不小于1 m2，作業深度4 m，作業效率50～80 m3/h。自動化供料系統可實現多種固化劑的同時供料。固化劑由自動化供料系統通過漿液管道輸送進入噴嘴，利用攪拌頭上螺旋分布的刀頭三維空間立體切削土體和轉動，使固化劑和淤泥土體充分地拌和均勻(圖1)。

圖1 淤泥固化雙輪銑型攪拌裝置

4.2 配套挖掘機

用于提供攪拌頭攪拌與移動時的動力，根據所選用的強力攪拌頭本身的大小來適配挖機動力，保證攪拌頭的液壓驅動力和攪拌的穩定性，與常規攪拌頭相匹配的常用挖機型號主要有 250和300或更大動力的設備，上部連接桿的長度不小于3 m，并根據加固深度要求可設置加長桿，最大處理深度不小于5 m。液壓力控制在23～42 MPa，攪拌效率不小于50～100 m3/h。

4.3 后臺自動化供料及固化劑添加控制系統

固化劑添加控制系統安裝于后臺自動化供料系統中。能夠實時控制固化劑的添加量，精準計量，減少浪費。并能實時記錄和保存固化劑用量過程，并形成報告。后臺自動化供料固化劑配置能力5～20 t/h，固化劑的管道輸送距離可達700 m。

強力攪拌就地固化施工方法分為干法施工和濕法施工，后臺自動化供料系統分為液體漿劑供料系統和干粉劑供料系統，液體漿劑設備壓力不小于 3 MPa，干粉劑設備壓力不小于 0.8 MPa，后臺自動化供料系統應可實現多種固化劑的同時供料。自動定量供料系統宜安裝于后臺自動化供料系統中，應能控制固化劑出料量與出料時間、實時顯示并記錄打設區域的用料量，保證每次攪拌區間和整個區塊的固化劑用量，數據可存儲和打??；并可進行遠程操作，達到固化劑噴料的自動化和智能化，避免人為造成的資源浪費(圖2)。

圖2 淤泥固化后臺供料系統

5 深厚層淤泥就地固化施工

5.1 施工準備

5.1.1 土體固化施工前應具備的具備條件

深厚層淤泥就地固化施工前應具有，工程地質勘察報告、施工設計圖紙、總平面圖或試驗段平面控制圖、施工現場地理位置及毗鄰地面建筑、構筑物、道路、管線，空中的高壓輸電線等相關資料。施工現場應具備施工用水、用電、施工道路暢通等條件。應完成場地毗鄰地面建筑、構筑物、道路、管線，空中的高壓輸電線環境等保護措施。

5.1.2 科學、完整的土體固化施工方案

施工前應進行施工技術交底，根據設計圖紙、設計交底、工程地質勘察報告、施工的地理環境、施工試驗段施工技術總結等編制施工方案，施工方案經監理單位審批。技術人員組織施工班組長及工人進行技術交底，落實施工方案的施工質量、安全措施。軟基土體固化施工開工前需修筑進場施工便道，在護坡道外側開挖臨時排水邊溝，確保施工區域不積水。設置獨立的路基臨時排水溝，不得與農田排、灌溝渠合用，且施工期間不能積水。

5.1.3 測量放樣、劃分區域

對設計單位移交的導線點，水準點，施工前會同業主和監理工程師進行復核，確認無誤后使用。按施工設計圖，進行淤泥固化平面位置、原地面高程等有關測量放樣工作，測量放樣記錄等，報送建設單位和監理單位審核批準，同時填寫測量放樣報驗單，經建設單位和監理單位審查簽認?，F場的管理人員根據測量放樣的邊界線，將要進行淤泥固化的區域進行劃分，區域劃分尺寸一般長寬為5～6 m。

5.1.4 攪拌機就位

組裝淤泥固化攪拌機，檢查主機系統的連接，液壓系統、電氣系統、粉噴系統各部分安裝試調情況，后臺自動化供料的灰罐、輸送管路的密封連接情況是否正常，做好相應的調整和密封緊固工作，排除一切異常情況后，方可進行操作。灰罐裝滿料后，將進料口加蓋密封牢固。

5.2 淤泥固化攪拌

深厚層淤泥采用邊固化邊推進的固化的方式進行，就地固化拌和方式見圖3。強力攪拌頭對原位土進行充分攪拌均勻。根據現場淤泥土樣含水率的高低以及固化劑形式，施工采用上下垂直攪拌固化的方式，攪拌設備直接插入式對原位土進行充分攪拌，攪拌設備正向運行逐漸深入攪拌并噴射固化劑，直至達到淤泥固化設計底部，然后攪拌設備反向運行緩慢提升攪拌并噴固化劑，攪拌提升或下降的速率控制在10

圖3 深厚層淤泥邊固化邊推進的固化方式

～20 s/m,固化劑的噴料速率控制在100～200 kg/min(粉劑)和80～150 kg/min(漿劑)。深厚層淤泥固化攪拌工序為關鍵工序, 應保證攪拌均勻,其強度滿足指標要求，各區塊之間應有不小于5 cm的搭接寬度，避免漏攪。

5.3 碾壓和養護

當固化穩定體能達到平整要求時開始進行整平壓實。平整壓實施工應根據固化穩定土的含水率和固結強度指標，當固化穩定土的含水率較低時(一般低于60 %)，固結階段施工完成后即可整平壓實，如上午和下午收工前。而當固化穩定土的含水率較高時，由于固化穩定土固結時間滯后，則可在第二天或第三天補充整平壓實。一般來說，能提早整平壓實的就不要拖后，如整平壓實后出現大量表面開裂，說明整平壓實時間太遲了。施工全過程宜在4 h以內，避免在雨天情況下施工，固化穩定土體養護數天至承載力達到攪拌樁或預應力管樁施工設備進場要求時，方可進行水泥攪拌樁或預應力管樁施工，一般固化后養護7～14 d可進行水泥攪拌樁施工；固化養護14 d后可進行預應力管樁施工。

5.4 淤泥固化質量檢驗

就地固化處理路段需對固化后的強度、厚度和承載力進行檢測。通過固化劑自動定量控制系統控制施工過程中的配比，允許偏差不大于0.5 %。厚度檢測通過靜力觸探試驗確定，要求處理厚度與設計厚度相差不超過20 cm。處理區域的長寬度用尺進行量測，要求現場量測長寬度與設計寬度相差不超過10 cm，測試點不少于3處。

利用十字板剪切試驗對固化后的土體進行試驗，單個區塊或每300 m測試點不少于3處，14 d后不排水抗剪強度不小于80 kPa或28 d強度不小于100 kPa。

利用靜力觸探試驗確定固化的土體的強度，單個區塊或每300 m測試點不少于3處，14 d后靜力觸探錐尖阻力不小于0.8 MPa或28 d錐尖阻力不小于1 MPa。

就地固化處理技術的承載性能試驗。對固化后處理區域進行荷載板試驗，單個區塊或每300 m測試點不少于1處，14 d后承載力不小于100 kPa，或28 d后承載力不小于130 kPa。承載板尺寸不小于0.5 m×0.5 m。

6 質量控制措施

根據淤泥固化土配方設計的要求，對摻加淤泥固化土的各種材料的質量和數量要嚴加控制，確保質量，力求計量準確，符合設計要求，達到設計強度。

淤泥固化土攪拌時，力求達到最佳含水量，攪拌必須均勻，使各種材料混合充分，確保淤泥的固化效果。碾壓淤泥固化時，確保淤泥固化土的最大密實度。淤泥固化土攪拌后，應及時覆蓋、養護，3 d內要防止承重過大，防止損壞。施工期間要做好防雨措施，下雨應停止施工。

淤泥固化時如有積水，勢必增加固化劑的用量，直接影響淤泥固化的效果，施工前排除淤泥表面積水是保證固化質量的關鍵工作，因此在固化施工前要檢查施工區域的排水降水情況，檢查排水溝和集水坑的設置，及時用竹籬笆等材料對排水溝和集水坑進行加固，防止坍塌影響排水效果。

7 應用工程實例

G25德清至G60桐鄉高速聯絡線湖州段第LTJ01標段,軟土路段主要分布在起點LK2+300路段以及LK5+800-終點段。多為水(魚)塘，處理范圍大，若采用清淤換填方案，清淤工程量大，且清除的淤泥需進行堆棄處理，不利于生態環保。且沿塘軟基路段主要釆用水泥攪拌樁或預應力管樁進行處理，無需對塘底淤泥全部處理，只需處理一定深度后形成硬殼層滿足攪拌樁或管樁設備施工即可。因此，結合軟土區水(魚)塘特點并綜合考慮施工難易程度、工程造價和環保等方面，采用土體淺層固化技術對塘底淤泥就地進行固化處理，以便快速形成硬殼層，滿足水泥攪拌樁及預應力管樁等樁基設備對地基承載力的要求。

8 結束語

采用深厚層淤泥淺層就地固化處理與傳統深厚層淤泥處理具有明顯的優勢，深厚層淤泥淺表層就地固化，做到因地制宜使用原土，節約土資源。固化體具有良好的抗穿透性，抗浸出性，抗干濕性和抗凍融性。固化筑路的強度隨時間逐漸增強而不是減弱。泥沼固化施工采用部分專用設備。工程造價低廉，工程造價可以節省15 %～20 %。淤泥固化具有施工簡單、耐久性好、質量好、節約資源、經濟合理、保護環境，取得了良好的技術經濟效益和社會效益，在廣大濱海濱湖深軟基處理施工具有良好的推廣應用前景。