土壤固化劑在富流灘船閘改擴建工程中的應用研究

倪西海，黎海波，楊正武

(四川港航建設工程有限公司，成都，610039)

引言

高液限土在我國分布廣泛，主要包括軟土、膨脹土、紅粘土、有機質土等。具有天然含水率高、塑性指數高、液限高，強度低，水穩性差、施工困難等不良特征。

高液限土填筑路基，最簡單有效的方法是將其廢棄，但這樣做不僅需要為這些棄土找堆放場地，造成大面積土地占用，還需要尋找工程性能良好的土，導致消耗巨大、環境破壞的問題。由此，尋找合理的改良方案顯得十分重要，通過大量研究，高液限土的改良方法主要有[1]：

(1)物理加固法：是用機械、施工工藝改進的方法，對填筑土體進行加固，并沒改變土體的固有性質。

(2)化學加固法：是加入外加劑，使土質的固有性質發生改變。

(3)綜合加固法：是在土壤中加入外加劑，再結合物理加固法，改變土體的力學特性。

對于不能滿足要求的高液限土，為提高其強度特性，使其在路基中達到規范標準要求。國內外研究人員采用物理加固等措施，對高液限土改良進行過大量探究，并取得一定效果，相關研究成果有：

廖俊棠[2]通過對山區高液限土地基處治施工技術研究，提出土工格柵加筋墊層和碎石樁等施工工藝和質量控制標準；

仇益梅[3]根據高液限土的膨脹量將高液限土分為五類，并針對每種土樣提出了相應的施工方案，使其滿足路基填筑要求；

Wenhui Zhang等[4]采用石灰改良高液限土，結果表明，隨著生石灰慚摻量增加，高液限粘土的最佳含水量、塑性和CBR值均有所提高，而最大干密度、液限、塑性指數均降低，改良土的CBR值及塑性指數均滿足路基填筑要求；

Blanck G等[5]通過對ES、LS等3種有機固化劑對改良土的研究發現，0.002%的ES及2.0%的LS摻量下對改良土的壓實特性有很大改善。

1 工程概況

富流灘樞紐位于渠江下游廣安市岳池縣羅渡鎮河段，是渠江航道四川段七級航運梯級規劃自上而下的最后一級，上游與四九灘電站尾水銜接，下游尾水與草街航電樞紐回水重疊。工程開發任務以發電為主，結合航運。正常蓄水位213.8m，相應庫容2.07億m3，調節庫容830萬m3，具有日(周)調節性能，電站裝機39MW，船閘等級為Ⅳ級，尺寸為120m×12m×2.5m。富流灘系閘壩樞紐，擋水建筑物自左至右為左接頭壩、溢流壩、泄洪沖砂閘、電站主廠房、船閘上閘首、右岸接頭壩。

富流灘船閘改擴建工程位于原樞紐工程的左岸，緊鄰左岸接頭壩，為新建二線船閘一座，船閘為Ⅲ級船閘，船閘最大工作水頭11.8m，有效尺寸為200.0m×23.0m×4.2m(有效長度×寬×門檻水深)，可通行1000t級船舶。船閘由上引航道、上閘首、閘室、下閘首和下引航道組成，閘室尺寸為180m×23m×4.2m，船閘順水流長度約990m。

2017年下半年受環保大環境影響，市面上砂石價格大幅度上調且短時間內無法采購到貨。為保證2017年12月堤頂道路能夠順利竣工，項目部與設計單位、項目前期籌備組、監理單位、實驗室充分溝通交流，決定在回填中試用新材料、新技術，用易孚森固化土取代傳統施工方法，路基采用2%水泥+98%土+0.015%穩定劑的配比。

2 經濟效益分析

針對固化土用作路基回填，代替原設計中的路基連槽石換填方案。經濟對比，結果如表1。

表1 經濟對比

由表1對比分析可知，固化土用于路基回填建設的經濟效益非常顯著。

3 固化劑的施工工藝

3.1 室內試驗部分

3.1.1 材料

對現場膨脹土進行取樣篩選，清除雜物和大顆粒。加入0.1‰～0.3‰固化劑，摻入水泥量為1%～6%，確定試塊尺寸為100mm×100mm×100mm。確定試塊質量并計算出其中土、水、水泥、土壤固化劑的分別含量。

3.1.2 成型試塊

試塊尺寸確定采取100mm×100mm×100mm，采用人工成型壓實法按94%的壓實度成型。采用液體土壤固化劑，將水泥和土攪勻后，與固化劑混合物和水攪拌至均勻，最后分三次盛入模具夯實造型。靜置24h后拆模、編號，進入養生。

3.1.3 養生拆模

拆模后量取試塊質量，并以塑料薄膜包裹，以相對濕度95%，相對溫度20℃±2℃的環境標準養護。根據試驗要求，養護齡期劃分為7d、14d和28d不等。待養生期的最后一天，稱量試塊的質量，然后以水面高過試塊表面2.5cm的標準完全浸泡試塊于水中。試塊養生期質量損失標準：大試塊不超過10g，中試塊不超過4g，小試塊不超過1g，不能滿足上述規定條件的試塊要作廢。通過閱讀相關文獻，聽取易孚森固化土廠家代表的建議，進行了無側限抗壓強度多組配合比的試驗研究。其中固化劑摻量分別為0‰、0.1‰、0.12‰、0.15‰、0.18‰、0.2‰、0.25‰，水泥摻量分別為6%、5%、4%、3%、2%、1%，含水率分別為16%、13%、10%、8%。

3.1.4 優化劑量分析

(1)固化劑摻量的無側限抗壓強度劑量影響

含水率13%，水泥摻量2%，不同固化劑摻量固化土28d無側限抗壓強度見表2、圖1所示。

表2 固化劑不同摻量固化土28d無側限抗壓強度

圖1 固化劑不同摻量固化土28d無側限抗壓強度

由圖1所示，添加固化劑后28d無側限抗壓強度顯著提高，0.15‰的固化劑添加可獲得大于50%的無側限抗壓強度提升；0.15‰固化劑摻量后，雖然強度也增長，但幅度顯著減小。綜合考慮，0.15‰是固化劑摻量的最優化經濟參數。

(2)含水率的無側限抗壓強度劑量影響

0.15‰固化劑摻量，不同含水率的28d固化土無側限抗壓強度實驗結果表明：隨含水率的變化，28d固化土無側限抗壓強度也隨之變化。高于13%含水率時，隨著含水率的增大，抗壓強度反而降低。只有低于13%含水率時，隨著含水率的增大，抗壓強度也增大，最高可以達到1.65MPa強度值。因此，13%左右是取得良好固化效果的含水率較佳取值。

(3)水泥摻量的無側限抗壓強度劑量影響

基于0.15‰的固化劑摻量和13%含水率，不同水泥摻量的28d固化土無側限抗壓強度測量結果顯示：28d無側限固化土抗壓強度隨水泥摻量的增多而增高，說明伴隨增加水泥摻量，水化作用后的水泥越來越多地產生膠狀物，固化土的抗壓強度自然也會伴隨增高。當由1%水泥摻量增加到2%水泥摻量時，抗壓強度發生明顯增長；2%水泥摻量后，雖然固化度也增長，但幅度顯著減小。因此2%是取得良好固化效果的水泥摻量較佳參數取值。

(4)鋪筑試驗路

①合理選用壓實機具按壓實度要求，確定壓實遍數。

②確定路基寬度內每層虛鋪厚度。

③確定彎沉值能否達到設計要求。

3.2 現場施工部分

復合固結土的施工要點可用“足、勻、實、蓋”來表示。“足”即使用固化劑和膠結材料要用足設計的量；“勻”即指拌和要均勻；“實”即碾壓要密實；“蓋”即覆蓋養生。施工操作簡單，具體操作如下。

3.2.1 施工前的準備工作

(1)計算土壤的含水量是否與固化劑混合料的標準含水量相符；

(2)結合配合比以及道路的寬與長、最大干密度、路基厚度來確定固化劑與水泥的使用量。

3.2.2 道路施工放樣

布設道路路基的中線，標樁在直線段上每隔15m～20m左右設置，平曲線段每隔10m～15m設置，同時在兩旁的路肩邊緣設置標樁并且標記樁號，之后將相應樁號的路基邊緣設計標高測量出來。

3.2.3 水泥、素土的拌和

水泥使用路拌機或者旋耕機拌和均勻，不能出現沒有拌和完全的素土夾層。人工處理邊邊角角，需拌和兩次，之間的寬度相互重疊20m。最大粒徑不能超過50mm，超過須打碎，無法打碎的需要篩除。粒徑過大時，應通過翻曬、機械砸碎、路拌機破碎等方式，降低土塊粒徑。

3.2.4 固化劑稀釋后的溶液噴灑

在灑水車上裝好水，之后倒入固化劑的濃縮液，根據天然含水量來確定稀釋濃度，如果素土的含水量低，那么稀釋后濃度的取值就要低，反之亦然。結合施工日的氣溫，把固化劑的稀釋液噴灑在水泥土上，要求噴灑均勻；保證固化劑的量均勻且合適，同時混合料的含水量要高出標準含水量的1%～2%。當道路的縱坡超過20%時，需要密切配合，以防固化劑濃縮液流失，導致配合比不均勻。

3.2.5 路基整形

使用路拌機拌水泥土，把混合料充分拌和之后，使用推土機來回推壓兩次，之后再使用平地機將固化土刮平整。如果道路處于平曲線段，刮平的時候應從里到外；如果道路處于直線段，刮平的時候則應從兩旁向中心。路基的整形過程，工作人員需要使用水準儀來控制不平整地段的濕鋪標高，禁止在道路較低處做薄層補貼。

3.2.6 碾壓

當混合料的路基整形完成后，在其最理想的含水量的時間內壓實路基，如果路基的表層含水量不夠，應該先灑水，再壓實。碾壓過程中重疊的部分是1/2的輪寬，至少重復碾壓四次，直至后輪超過兩段的接縫位置，再使用壓路機將其壓實成光面，嚴格控制壓路機，使之速度低于3km/h。道路沒有碾壓成型時，禁止做急剎車或調頭的動作，直至符合壓實度的標準為止，即碾壓的路基表面沒有明顯的車輪痕跡。基層固化土混合料碾壓時靠近擋土墻一側壓路機無法碾壓到位的地方必須用小型夯實機具進行夯實。

3.2.7 養護

當路基碾壓結束后，立即噴灑養生水并采用薄膜覆蓋保濕養生，養生期為7d，養生期內必須封閉交通禁止車輛通行。

4 現場施工質量控制注意事項

(1)路拌法中使用灑水車進行實地噴灑時，如果均勻度不足，而且噴灑過程中泄露較多，全部用旋耕犁或者圓盤犁來拌料很難大面積地攪拌均勻，以至于施工時出現軟漿問題，最終路面干燥之后固化地不夠均勻。根據室內和工地試驗結果來分析原因，最好在條件合適的情況下通過場拌法來解決，如果不得不使用路拌法的時候，則應輔以刮平機來大面積地拌和。

(2)土壤中的天然含水量并非一成不變，拌和過程中的用水量可稍高于理想含水量的2%～3%，以此控制土壤含水量。

5 結論

(1)對現場壓實度、強度等指標進行檢測，各項檢測結果達到國家、地方現行規范要求的合格標準，合格率100%。

(2)壓實度共抽檢121個，壓實度均大于設計指標94%，合格率100%；抽取芯樣2組，芯樣完整且四周均勻致密，路基無側限抗壓強度最低值為1.63MPa，已達到道路底基層無側限抗壓強度標準。

(3)路基回彈彎沉檢測2組，路基彎沉值為≤264mm，符合設計要求(≤300.5mm)。

(4)采用固化土代替原設計換填方案，經測算，工程造價節約了87.2萬元。