孫 躍

上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司 上海 200433

要在不滿足建設(shè)需求的土體上進(jìn)行工程建設(shè)，就必須對不良土體進(jìn)行加固。土體固化/穩(wěn)定技術(shù)已經(jīng)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(xiāng)建設(shè)部于1998年首次發(fā)布了土壤固化劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，此后，各地工程開始陸續(xù)使用土體固化技術(shù)，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(wěn)定劑（無機(jī)鹽）拌和而成。針對不同性質(zhì)的土壤，應(yīng)選取不同的材料以及比例進(jìn)行搭配，從而達(dá)到加固原土壤的效果。

我國將土壤固化劑分為液態(tài)（液粉）和固態(tài)（粉狀）兩類。液粉土壤固化劑是先將無機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3%，且沒有沉淀或絮凝現(xiàn)象。而粉狀土壤固化劑則是直接將粉狀無機(jī)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(xiàn)場準(zhǔn)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(jī)進(jìn)行碾壓[2]。其施工流程為：準(zhǔn)備下承層（如有）→施工放樣→配制拌和固化土→攤鋪、整平→碾壓→養(yǎng)生。

使用該施工方法施工時(shí)需注意以下幾點(diǎn)要求：

1）現(xiàn)場所用固化素土要提前準(zhǔn)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(jì)算單位質(zhì)量固化土所需摻加的固化劑用量，嚴(yán)格控制固化土中的含水量。

3）根據(jù)拌和后的固化土松軟程度確定松鋪系數(shù)，一般取值1.4或1.5。

此方法與常規(guī)道路各基層施工類似，都可以總結(jié)為攤鋪、碾壓、養(yǎng)生這幾道工序。憑借其常規(guī)、易操作的施工方法，與其他地基加固相比更經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，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(shù)是一種利用固化劑對軟土等土體進(jìn)行就地固化處理，使土體達(dá)到一定強(qiáng)度或其他使用要求的原位土體加固技術(shù)。與前文所述的攤鋪固化土的方法相比，此種方法無需將現(xiàn)場的素土挖出并清理雜質(zhì)，也不需要攤鋪設(shè)備對固化土進(jìn)行攤鋪，因此更加高效、節(jié)省費(fèi)用。就地淺層固化所需的主要機(jī)械設(shè)備包括：前部強(qiáng)力攪拌頭（ALLU）、配套挖機(jī)、固化劑添加控制系統(tǒng)、后臺供料系統(tǒng)等。前部強(qiáng)力攪拌頭是一種專業(yè)型的攪拌設(shè)備，能夠?qū)⑻砑拥墓袒瘎┚鶆虻匕枞胪馏w內(nèi)部。固化劑添加控制系統(tǒng)安裝于后臺供料系統(tǒng)中，能夠?qū)崟r(shí)控制固化劑的添加量，精確計(jì)量，減少浪費(fèi)（圖1）。

圖1 就地淺層固化處理設(shè)備示意

3 工程實(shí)例

云鵑路（N2—B5）新建暨綜合管廊實(shí)施工程位于上海市浦東新區(qū)滴水湖北側(cè)，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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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?。ú坏? m），若不對管廊兩側(cè)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(xiàn)明顯的縱向裂縫。因此本工程對管廊兩側(cè)的原狀土進(jìn)行就地淺層固化的加固處理，處理深度為從路床頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高往下2.5 m。

3.1 施工準(zhǔn)備

材料和設(shè)備進(jìn)場后，先對設(shè)備進(jìn)行組裝并調(diào)試，測試挖機(jī)動力系統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)，整套設(shè)備在新的施工環(huán)境下是否存在安全隱患。

攪拌設(shè)備啟動前，先對整套系統(tǒng)進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查以下幾點(diǎn)：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(nèi)壓力不大于0.3 MPa；攪拌頭與挖掘機(jī)之間的電纜連接完好。然后發(fā)動載體機(jī)械發(fā)動機(jī)，檢查機(jī)械工作狀態(tài)下的各項(xiàng)性能：以不同的角度傾斜攪拌頭，觀察攪拌頭能否完成相應(yīng)動作，檢查液壓管能否自由移動；檢查攪拌頭上的轉(zhuǎn)筒是否在正常的工作方向上轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)筒啟動后先進(jìn)行不少于5 min的無負(fù)荷工作，目的是排出液壓系統(tǒng)中的空氣。之后停止攪拌轉(zhuǎn)筒并讓挖機(jī)熄火，檢查液壓系統(tǒng)是否有泄漏現(xiàn)象。最后測試自動定量供料系統(tǒng)，啟動供料電機(jī)并進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測電機(jī)是否正常工作。

在現(xiàn)場實(shí)際施工過程中，要實(shí)時(shí)調(diào)整供料系統(tǒng)與攪拌設(shè)備噴料流量，保證正常下沉攪拌及上升攪拌時(shí)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(qū)域→固化劑調(diào)配→土體攪拌固化→碾壓、養(yǎng)護(hù)。

3.2.1 清表（路槽開挖）

清理需固化處理的區(qū)域內(nèi)可能影響攪拌頭下沉攪拌的雜物，然后整平場地，設(shè)備進(jìn)場后可先選取一個(gè)區(qū)域進(jìn)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(jìn)行攪拌。本工程場地原先是農(nóng)田，只有少數(shù)農(nóng)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(qū)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(qū)域進(jìn)行放樣并劃分區(qū)域，劃分區(qū)域的尺寸一般為5 m×5 m（現(xiàn)場實(shí)際處理尺寸不一，按每個(gè)區(qū)塊25 m2劃分），根據(jù)該處理區(qū)域的固化處理深度及固化劑摻入量，計(jì)算固化劑用量的配比并進(jìn)行調(diào)制，用固化劑自動定量供料系統(tǒng)設(shè)置固化劑摻入量。施工前可選取一塊區(qū)域作為試驗(yàn)段，檢驗(yàn)不同配合比的固化劑對土體加固的效果。

3.2.3 固化劑調(diào)配

根據(jù)試驗(yàn)段施工結(jié)果及設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場實(shí)際固化劑摻加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定為7%。為方便現(xiàn)場施工，現(xiàn)場將粉煤灰和穩(wěn)定劑按1∶1混合成粉煤灰混合料。固化劑為液態(tài)（漿劑），每桶漿液按水∶水泥∶粉煤灰混合料＝800∶750∶300的比例進(jìn)行配制。

3.2.4 強(qiáng)力攪拌設(shè)備就地?cái)嚢?/p>

采用強(qiáng)力攪拌頭對原位素土進(jìn)行垂直上下攪拌并噴射固化劑。攪拌頭正向攪拌時(shí)，應(yīng)勻速向下攪拌直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)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(jù)現(xiàn)場實(shí)際操作情況做相應(yīng)調(diào)整，保證施工過程中能夠均勻噴射攪拌。

本工程固化區(qū)域?yàn)榈缆废路骄C合管廊圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的軟土，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為SMW工法樁。攪拌時(shí)應(yīng)避免攪拌頭碰到原圍護(hù)結(jié)構(gòu)。固化區(qū)域內(nèi)還有橫向穿越管廊的四大管線（套管），攪拌時(shí)也應(yīng)避免觸及。

3.2.5 邊固化邊推進(jìn)

就地固化處理采用邊固化邊推進(jìn)的形式進(jìn)行（圖3），施工時(shí)按現(xiàn)場劃分的區(qū)塊進(jìn)行細(xì)部控制，根據(jù)攪拌頭的施工截面，計(jì)算出每個(gè)區(qū)塊所需用的固化劑摻入量，攪拌過程應(yīng)保證均勻噴攪。在每個(gè)區(qū)塊攪拌噴射施工完成后，需再進(jìn)行整體性翻攪，從而避免攪拌頭噴攪不均勻的可能，相鄰區(qū)塊間的搭接寬度應(yīng)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(jìn)示意

3.2.6 特殊區(qū)域的固化施工要求

已施工雨水管區(qū)域：固化施工時(shí)，應(yīng)注意固化范圍，做好已完工設(shè)施的保護(hù)工作，保證安全距離。

管廊區(qū)域：固化施工時(shí)，應(yīng)盡量縮小固化區(qū)域與管廊區(qū)域之間的空隙，并注意做好管廊的成品保護(hù)工作，不得觸碰、破壞管廊混凝土。

3.2.7 碾壓和養(yǎng)護(hù)

固化攪拌完畢后，固化土體需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，本工程養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14 d。若施工工期緊張，可在養(yǎng)護(hù)數(shù)天至一定強(qiáng)度后采用挖機(jī)或壓路機(jī)碾壓表面。若距離路床施工有較長時(shí)間，則最好覆蓋厚30 cm素土后再碾壓，以保護(hù)固化土體。

3.3 加固效果

采用十字板剪切試驗(yàn)對固化14 d后的土體進(jìn)行試驗(yàn)，每1 000 m2測試1處，設(shè)計(jì)要求十字板剪切試驗(yàn)不排水抗剪強(qiáng)度不小于100 kPa，實(shí)際現(xiàn)場檢測強(qiáng)度均值達(dá)到120 kPa，滿足要求。

4 結(jié)語

固化土憑借其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、適用性強(qiáng)、施工方便等優(yōu)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(yīng)的固化劑，仍是困擾巖土工程領(lǐng)域的難題。此外，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，探尋更加高效的施工工藝，節(jié)省工程費(fèi)用，同樣值得我們深入研究。