就地淺層固化技術穩定性與可靠性研究

吳連盛

（上海公路投資建設發展有限公司，上海市 200335）

0 引言

作為一種利用強力攪拌頭與固化劑對軟土、圍海造田吹填土、淤泥等軟弱土進行就地固化處理的工藝，就地淺層固化技術不僅能使土體達到期望強度，而且相比道路工程領域常規的土體置換或換填法處理工藝，其經濟性和社會效益更佳[1-5]。然而由于道路工程領域大規模研究、引入和應用該技術的時間不長，因而關于該技術應用性的研究案例、資料和成果不多，尤其穩定性與可靠性方面研究成果更少。

因此，課題組以公司在建的昆陽路越江及配套道路工程、S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）新建工程等工程為載體，在概要性梳理該技術工藝方案及流程等內容前提下，探索該技術在不同公路工程項目中應用的穩定性和可靠性，以期為該類技術工藝推廣應用提供客觀可靠的數據支撐。

1 淺層固化實施設備與施工準備

（1）就地淺層固化技術關鍵設備簡介

關鍵設備為強力攪拌系統，主要由前部強力攪拌頭、配套挖機、后臺供料系統、固化劑混合添加控制系統等組成（見圖1）。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和入土體內部。固化劑混合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，減少材料浪費。

圖1 就地淺層固化處理設備

（2）施工準備

a. 現場核查。了解現場可利用的水源、電源、道路、堆場、臨時設施搭建場地及施工通道等；核對與核查各類公用事業地下管線位置、數量、口徑、深度及接頭形式，核對各種架空線桿位、高度，落實管線搬遷或加固處理；了解施工期間現場交通對施工影響程度，落實施工期間交通組織。

b. 施工測量。抽干浜塘水，進行原始地貌測量，測量前沿上口邊線一側布設里程樁。斷面寬度，采用鋼尺丈量，高程用水準儀觀測。為了確保土方計算準確性，設定縱向以10 m 為一個斷面進行測量。

（3）固化準備

a. 筑壩、抽干明浜水，清除浜內雜物，回填浜塘土至路面結構層底面以下0.3 m，且不高于原地面，然后再對浜底淤泥進行就地固化處理。

b. 對于暗浜，清除表面0.3 m，清除建筑垃圾，平整場地，固化處理的頂標高為清除垃圾后原地面標高，且不高于設計路面標高H-（80+A），然后進行就地固化，處理至暗浜土底標高。若浜土表層土含水率較低，影響整體施工進度，則先對表層土進行分層翻松處理，然后進行就地固化，處理至暗浜土底標高。

2 淺層固化施工技術工藝流程與關鍵要點

2.1 施工工藝流程

工藝流程主要由施工測量、配合比、固化施工和養護等工序組成（見圖2）。

圖2 就地淺層固化施工流程圖

2.2 施工方法

（1）劃分施工區塊

將待處理的浜塘區域進行放樣并劃分施工區塊，一般區塊劃分尺寸為5 m×5 m，并根據各處理區塊的處理深度以及固化劑配比數據，利用固化劑自動定量供料系統設置固化劑含量。

（2）強力攪拌頭就地攪拌

采用強力攪拌頭對原位土進行均勻攪拌。根據現場淤泥土樣含水率的高低以及固化劑形式，施工可采用垂直上下攪拌固化的方式（見圖3），攪拌設備直插式對原位土進行攪拌，攪拌設備正向運行逐漸深入攪拌并噴射固化劑，直至達到淤泥底標高，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10～20 s/m，固化劑的噴料速率控制在70～160 kg/min。

圖3 就地淺層固化攪拌方式- 原位垂直上下固化式

（3）施工順序

就地固化處理采用邊固化、邊推進的模式進行，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，見圖4。

圖4 邊固化邊推進的施工順序

固化處理底標高為至浜底淤泥以下良好土層至少50 cm，處理深度至少1.0 m 以上。寬度為坡腳外延伸1.0 m。浜塘需要設置圍堰排水，固化后浜坡再開挖臺階。

（4）特殊區域固化施工要求

a. 已施工雨水管區域

固化施工時，攪拌頭先從管道兩側呈45°角斜插至管道基礎底部完成固化，然后再補充垂直固化管道兩側的三角空白區，垂直固化距離管道基礎約0.3 m。

b. 承臺區域

固化施工時，攪拌頭貼近承臺施工，并注意做好承臺的成品保護工作，不得發生觸碰而破壞承臺混凝土。

c. 固化區域存在大面積建筑垃圾且靠近軌交線

施工單位應及時匯報現場監理、設計單位及業主，待設計單位根據現場實際情況重新調整處理方案后方可進行后續的施工。

（5）碾壓和養護

固化攪拌完畢后，固化土體養護數天至一定強度（根據現場情況確定具體時間）后采用壓路機或配套挖機碾壓表面。

3 工程應用情況

3.1 應用載體與材料情況

（1）工程概況

昆陽路越江及配套道路工程全長3.5 km，其中橋梁長1.9 km，兩側接線道路長1.6 km，是連接上海市閔行區和奉賢區的南北向重要干線公路之一。S3公路（周鄧公路-G1503 公路兩港立交）新建工程，北起周鄧公路，順接S3 公路先期實施段，沿線穿越上海市浦東新區和奉賢區，南接規劃兩港大道，全26.64 km。兩個項目場地內均存在大量的明浜、暗浜，需加固路基累計量超100 萬m3。

（2）工程環境

由于昆陽路越江及配套道路工程和S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）新建工程（見圖5（a）和圖5（b））等均位于上海市，因而兩個項目地形地貌、水文地質和氣候條件情況基本相同，即外在影響因素基本相近。

（3）工程材料

兩項工程淺層固化的材料要求（含固化劑配比）基本相同：

a. 素土

耕植土、草皮土、有機土、淤泥、含有樹根、腐朽物質及燒失量和易容鹽含量超過允許含量的土，液限大于50%、塑性指數大于26 的細粒土等，不得直接作為路基填料。外購土方作為填筑材料需經過野外取土實驗方可使用。

b. 粉煤灰

應滿足Ⅱ級粉煤灰的技術要求，燒失量宜小于20%；燒失量超過標準的粉煤灰應作對比試驗，分析論證后采用。粉煤灰的粒徑宜在0.001～1.18 mm 之間，小于0.075 mm 的顆粒含量宜大于45%。粉煤灰中不得含團塊、腐殖質及其它雜質。

c. 水泥

采用強度等級P.0.42.5 級及以上的普通硅酸鹽水泥（不過期、不受潮、不結塊），其性能必須符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）規定。水泥儲存時間超過三個月時應重新取樣試驗，并按其檢驗結果使用，使用前報監理工程師批準。

d. 土工格柵

采用雙向土工格柵，要求經緯向極限抗拉強度不小于80 kN/m，2%延伸率時的抗拉強度不小于20 MPa。

e. 配合比

兩個工程的固化劑采用漿劑，每桶漿液的配合為：水∶水泥∶粉煤灰=900 kg∶675 kg∶225 kg，水灰比為1，摻量為8%（6%P.0.42.5 水泥+2%粉煤灰）。

3.2 應用效果

在淺層固化作業完成28 d 后，課題組委托第三方檢測單位在昆陽路越江及配套道路工程和S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）新建工程各自淺層固化區域取10 個檢測點，并依據上海市工程建設規范《地基基礎設計規范》（DGJ08-11—2010）進行地基靜載試驗，試驗檢測結果表明：經淺層固化處理后，昆陽路悅江隧道工程淺層固化區28d地基承載力超過設計要求值120 kPa，且達到設計要求的最大加載量240 kPa，也未發生破壞；S3 公路（周鄧公路-G1503 公路兩港大道立交）淺層固化區28 d 地基承載力也超過設計要求值120 kPa，承載試驗過程中各試驗點地基均未發生破壞。

此外，通過對兩個項目各點靜載檢測參數進一步分析（分別見圖6 和圖7），發現兩項工程淺層固化后的最大沉降量均未超過14 mm，回彈率在35%～50%之間、最大回彈量不足10 mm，充分表明該技術工藝在不同工程中的可靠與穩定。

4 結論

在采用相同施工工藝、材料及配合比前提下，就地淺層固化技術工藝在兩個不同公路工程的應用結果表明：

（1）該技術工藝所涉及材料、設備、流程及工序均簡要方便。

（2）處理后的路基承載力能夠滿足設計要求。

（3）處理效果可靠、穩定。

因此，無論從經濟角度，還是出于生態環保考慮，就地淺層固化技術工藝都不失為一種高性價比的土體處理工藝。