公路軟土路基就地固化設計方案與處理效果分析

劉孟良

(惠州交投公路建設有限公司,廣東 惠州 516000)

高速公路作為連接各地經濟交流的重要紐帶,在促進區域發展中發揮著重要作用。隨著高速公路車流量的不斷增加,部分路段急需改造升級。某項目地處廣東,降水較多,土地含水量較高。受自然因素的影響,表面道路較厚,軟土呈不均勻下沉。為了避免土地固化導致施工成本增大或無法施工等問題,需采用就地固化方式對公路進行施工。

1 工程概況

1.1 地區特征

該公路項目地處南亞熱帶,為華南沿海臺風區,屬海洋性季風氣候,夏季天氣炎熱,降水較多,冬天氣候干燥溫和,全年溫度較高,平均氣溫為21.8 ℃左右,年降水量達1700 mm左右。施工地區大多為池塘和水田(如圖1所示),表層淤泥層達2～5 m,路基填土高度達2～4 m,地勢較為平坦,施工范圍與魚塘梗高差約為3～4 m,主要為粉質黏土、軟塑黏土。沿線分布河流交錯,地下水分布受巖性、構造、地貌、植被等因素的影響。地下水含量較高,軟土容易引起不均勻沉降,土地設計能力較差,施工難度較大[1]。

圖1 施工地形Fig.1 Construction terrain

1.2 設計要求

項目工程設計為雙向8車道,總長度約為350 m。采用修建高速公路的材料,安全等級為一級,對公路軟土進行加固處理,通過就地固化縮短改造時間,節約人力、物力成本,減少對周邊居民造成的影響,提升施工質量。

2 軟土地基固化設計方案

利用機器將水泥、石灰、小石子等攪拌后用于施工場地,對軟土地進行加厚,使其更加穩定,便于車輛通行。就地固化材料的厚度,設備與一般的軟土地不同,需根據施工現場條件及經驗進行配比設計,主要設備如表1所示,材料如表2所示。

表1 主要機械設備配備

表2 主要材料

水泥重量350×60×4×1.8×4%=6048 t,粉煤灰重量350×60×4×1.8×2%=3024 t。

2.1 設計流程

先進行測量放樣,再對場地進行清潔排水,檢測軟基,如果檢測結果不合格需重新劃分區域,進行固化劑調配,就地進行攪拌施工,完成后再移步下一塊區域,重復此步驟,待區域施工完畢后進行壓實、整平養護,并對地形進行試驗檢測[2]。進行材料配合比設計,結合軟土性質、材料及機械性質,合理配比小石子、水泥等材料。軟土施工與處理方式有關,處理的土地厚度要根據施工現場土地的物理性質、車流量及承載壓力進行科學規劃,確保施工效果。確定科學合理的施工方式,包括水泥攪拌機、碾路機的選擇是否合適,是否與施工方法相匹配,明確施工中的加水時間、攪拌時長、碾壓次數及配比量。

2.2 施工前準備

清除施工區域的雜質,清除對下沉攪拌有影響的雜物。做好臨時排水措施,確保施工區域能夠順利排水。進行橫斷面測試,劃分出固定區域,如圖2所示。按照橫斷面進行現場放樁,找準就地固化的使用寬度。在施工公路安裝設備,對設備進行調試,確認系統可以帶動設備進行攪拌,控制好誤差量能。設備啟動前,確定所有零件安裝到位,保證齒輪箱、密封油、排水管的安裝位置正確,壓力不超過設定要求,將攪拌頭與挖掘機之間的電纜接好,令發動機運動,通過不同角度的測試保證機械及轉筒正常工作,轉筒停止攪拌時熄滅載體的機械動力,確保液壓系統不會泄露,電機進行負荷運轉時確定連接電路正確,調整供料系統及攪拌設備,保證上升下沉的攪拌要求。

圖2 最終劃分區域Fig.2 Final zoning

圖3 施工人員準備措施Fig.3 Preparation measures of construction personnel

2.3 攪拌固化

為了控制好施工現場,需根據設定的計劃目標確定現場施工面積的大小,按照區域劃分進行施工,在一片區域施工完成時,需使用測試機器對其進行檢測,再繼續下一段區域施工,不斷重復。明確每個區域的攪拌頭、挖掘機、儲料設備數量,提升工程質量。完成一塊區域施工后,需從整體進行翻攪,保證完整的固體化,避免漏攪,加速土地固化。要及時對土地進行養護及觀察,保證施工區域的固體化符合設計需要,觀測頻率如表3所示。

表3 沉降觀測頻率

2.4 固化劑設計

采用漿劑型固化劑,結合施工材料及經驗,根據科學方式計算,運用固化劑對地基進行加固。施工前對地段材料進行提取,測量土地濕度是否滿足施工要求。固化劑的主要成分是水泥、粉煤灰等,施工地段含水量約為57.5%,按照設計要求軟土路段的含水量最多為70%,需確保固化劑滿足方案需要,提升固化效率。漿液應均勻融入土地,保證固化劑的充分運用,減少施工誤差[3]。

2.5 場地處理

該項目所處地的水田、池塘、河流較多,需按照傳統方式進行道路結構設計,故固化處理工作量較大。為確保水田池塘固化后與周圍地面相平,需確認施工加固范圍,抽出軟土中的水,清除雜質,進行填埋。處理非主干道時,需清理表面,保持土地表面平整。通過現場測試得出加固處理面積,根據科學計算得出固化深度。

2.6 調試固化設備

對固化設備進行安裝調試,其主要裝置為攪拌頭,可對漿劑進行自動計算。對固化設備進行試用,保證設備穩定施工,觀察設備對周邊環境的影響。在進行挖機動力系統測試時,確保合理使用攪拌頭,提升攪拌能力。在計量機上進行給漿劑配比時,應嚴格按照行業標準進行,確定漿劑比例。嚴格檢查系統裝置,確保連接準確,零部件安裝牢固。檢查設備施工時齒輪軸是否能夠正常運轉,尤其是油箱是否存在缺油情況,及時排查,避免出現問題。檢查設備的排水管是否安裝到位,確保管內裝置不超過規定要求。檢查轉筒是否能夠安全運轉,確保出漿口的液壓管正常移動,符合器械安裝標準。進行配料系統測試時,按照規定進行用料配比,合理計算使用量,確保土地固化效果及攪拌頻率符合設計要求。

2.7 就地攪拌

就地攪拌一般采用垂直上下攪拌的方式,施工方式如圖4所示。使用挖掘機翻松土地表層的土體,使用合適的攪拌頭對土地進行攪拌。將攪拌設備垂直插入土地中進行攪拌,要把握好攪拌頭的攪拌深度,令攪拌頭不會垂直到距離地底太深的位置,攪拌頭緩慢向下,直至到達最初預設的深度。為了保證底部攪拌效果,在即將靠近底部時適當放慢攪拌頭的速度,令攪拌頭停留在底部進行固化。

圖4 就地攪拌施工方式Fig.4 In situ mixing construction method

圖5 固化處理方式Fig.5 Curing method

2.8 施工質量驗收

為了確保施工符合土地固化設計要求,施工完畢后需進行工藝效果測試。采取靜力觸碰試驗,確保施工的實際厚度與設計標準的偏差不超過20 cm。確定了固化范圍后,可使用量尺對道路的長和寬進行測量,確保道路施工差值不超過10 cm。加大對池塘水田處的測試力度,保證施工符合標準要求。完成道路固化處理后,對地基承載壓力進行測試,利用荷載板測定土地承載力及固化土地的受力面積,測試結果合格,說明固化土中的固化劑分布均勻,與設定值偏差不大,可投入正常使用[4]。

3 處理效果

3.1 固化軟土的性能

為了使固化土的物理性能達到最佳含水率及最大干密度,需確保固化劑摻量,與水泥進行配比試驗。在對水的穩定性進行測試時,需分析最佳配比固化劑水穩定性的系數。固化劑中的物質會對土地產生一定的影響,對土地起到填充及穩定的作用,隨著養護時間的增加,公路密實度增加,對公路的下沉作用減少。需對抗凍能力進行測量,當氣溫下降時,路基強度下降,可能出現公路斷裂的情況。在公路中摻入一定的固化劑可使公路抗凍能力增加,相同的固化劑進行養護時間越長,抗凍指數越高,抗凍性越強[5]。

3.2 測試結果

道路施工結束后,軟土固化程度增加,填土結構強度有所提升,道路穩定性更優,達到了穩定狀態。采用重型設備將路面壓實[6],由現場測驗可知,道路施工數據處于合理范圍,使用效果較好,可提升道路穩定性。在保證項目施工正常運行的情況下,工業廢渣及水泥用量均有所減少,固化效果良好,施工過程更環保,實現了資源再利用。為了保證固化劑的配比調整不影響施工效率,對攪拌機轉速進行調整,通過改變實驗參數保證固化劑的充分攪拌。

采用就地固化進行處理,與傳統方法相比,施工過程更簡單,縮短了工期,降低了固化成本。軟土地固化項目通過驗收,測試結果與預期偏差不大,施工過程更安全,施工質量及工作效率得到了提升,避免了運輸造成的環境污染問題,令工業廢渣得到了重新利用。該技術將綠色環保理念貫穿于施工過程,提升了施工項目的社會效益。

4 結束語

就地固化可使軟土地路基處理更加方便,降低施工成本,對公路施工具有重要意義。探討了公路軟土路基就地固化設計方案及處理效果。固化處理應結合周邊環境綜合考慮,避免對周邊環境、居民造成影響,確保就地固化的順利實施,滿足綠色環保要求,實現綠色施工。