连云港石化产业基地公用工程岛项目固化土回填技术应用

刘彬权，汪潇

（1.西北电力建设第三工程有限公司，陕西 咸阳 712000；2.江苏坤泽科技股份有限公司，南京 210000）

1 引言

连云港石化产业基地公用工程岛项目一期工程位于连云港市徐圩新区，紧邻黄海。我国漫长的海岸线上广泛分布着海相软土沉积，1128年，黄河夺淮河入黄海，大量泥沙入海，使得连云港海岸快速淤积，长达700a之久，直至1855年黄河北归在山东东营入渤海。经查阅本项目岩土勘察报告，场地内分布的软土为②层淤泥，厚度13.50～14.50m，平均13.95m，厚度及层位分布较稳定，土质较均匀，含水率高达60%，有机质含量1.9%～3.6%，高压缩性，工程性质差，作为建（构）筑物地基易产生不均匀沉降，基坑开挖、回填时极易产生坍塌或塑性挤出等不利影响。因此，基坑回填时，需对②层淤泥进行固化，严格控制固化剂掺量、分层碾压，确保土体承载力特征值达到180kPa。

2 回填土及影响因素

本工程回填土采用淤泥固化土，需对基坑开挖出的淤泥掺入一定量固化剂，随之进行反应，以达到设计的承载力强度。

回填土主要影响因素：

1）含水量。土方回填压实施工中，控制最佳含水率是首要关键。试验测得，淤泥经固化反应后的固化土最佳含水率为15%，远低于原始淤泥的60%含水量，更有利于回填的密实。如果压实条件相同，压实质量会受填土的含水量影响。

2）铺土厚度。虚铺土厚度不应大于压实机械振动、碾压的影响深度，若虚铺过厚，应增加机械碾压遍数。

3）压实功。压实后填方的干密度与压实机施加的功率有关。在压实开始时，土壤的干燥密度急剧增加。当土壤的最大干密度接近时，压力会显著增加，但土壤的干密度几乎保持不变。

3 土壤固化剂

土壤固化剂依据不同的作用机理可以分为：生物酶类、化学类。本工程采用化学类固化，将现场开挖的土方掺入固化剂，利用机械充分拌和均匀，得到改良土。拌和前，根据土质和设计要求，进行土样抽样试验配合比，加入一定量的固化剂。固化土的配合比可根据使用要求进行调整，以调整其强度。本工程根据取样结果，最终选用江苏坤泽科技有限公司生产研发的KZJ-LO3型、掺量90kg/m³的无机复合型固化剂。该产品具有工期快、强度上升快、质量可控、施工成本低且具有良好的抗渗性。化学类无机复合土壤固化剂作用机理是利用胶凝材料的水解与水化反应；离子交换和中和反应；土壤固化剂的组分与土壤颗粒的火山灰反应。具有技术指标领先、施工方便、工期短且成本低的优点，尤其在降低扬尘污染，守护蓝天白云方面效果更为显著[1]。

淤泥土固化的特性及其影响：在淤泥固化技术中，淤泥与固化物发生一系列水解和水化反应，产生大量的胶凝物质和结晶物质，将土壤颗粒胶结包裹在淤泥中，通过激发剂刺激土壤颗粒本身的活性，促进和稳定反应过程，使污泥具有一定的结构强度等特性，并控制强度长期稳定增长。再经过物理压实后，可以形成一个由水化胶凝物为主、含水率稳定、又略有空隙的整体类蜂窝状胶合结构，这种结构在性质上与黏土完全不同，可表现出良好的整体强度，较好的水硬性、水稳性及防渗性。

4 实验结论

4.1 液、塑限试验

未加固化剂的分散性黏土或普通土，加入固化剂后土的塑性指数增加，说明加入固化剂后黏性土处于可塑状态的含水量范围更小，黏土更加不易被水侵蚀或裂解崩塌。

4.2 压缩试验

在不同含水率作用下，通过实验可以看出，加入固化剂土体的压缩性随着土中含水率的增加而增加。这主要是因为土体在纯净水作用下土体结构形成崩塌，呈分散性。可以看出，土体中含水率增加会导致土体呈分散性，土体分散后呈粉末状，为原有体积创造出更多的孔隙，降低其压缩性。

4.3 直接剪切实验

剪切实验的实验结果反映出，随着固化剂的增加，土体抗剪强度的内摩擦系数和内摩擦角基本不变的情况下，黏聚力会随之增加，这是因为固化剂增加土体黏聚力。刚开始固化剂对土体的影响并不是特别明显，只有含水率增加到一定程度才会产生作用。随着含水率的增加，抗剪性效果开始明显。

4.4 渗透实验

加入土壤固化剂后，土样的渗透系数大大降低，渗透性明显提高。但渗透系数的降低与固化剂的用量和养护周期密切相关。

养护周期一定时，固化土的渗透系数随着固化剂含量的增加而降低；当含量一定时，固化土渗透系数的降低随着龄期的增加而进一步加快。各龄期固化土的渗透系数与素土相比降低的比例为养护1d（67.5%～78.8%）＜养护4d（68.8%～86.7%）＜养护7d（72.9%～96.4%）＜养护14d（73.5%～97.7%）；尤其在掺量为1.0%和1.5%，养护14d时，渗透系数的值达到了5～8cm/s，较素土减少了2个数量级，极好地提高了土壤的抗渗性能[2]。

5 试验总结

通过上述实验，得出以下结论：

1）在相同含水量的条件下，试件的强度随着固化剂含量的增加而增加；

2）在固化剂用量相同的情况下，必然存在一个最优的土料含水率，使得试件的抗压强度达到最大，土料含水率大于或小于这个最优土料含水率的试件抗压强度会降低；

3）固化剂可极大地提高土体的强度，且随着固化剂含量的增加，其强度指标继续优化，抗剪强度逐渐增大，无侧限抗压强度也逐渐提高；

4）加入土壤固化剂后，其胶结作用消除了土壤间隙，使土颗粒之间的连接力增强，提高了土体的紧密程度，更有助于回填土的材料质量；同时，养护时间越长，固化剂掺量越大，其胶结作用发挥越充分，土壤强度越大，从而使土样中的渗透路径减少，渗透系数降低。

6 结语

土壤固化剂能提高土壤的强度、稳定性和抗渗性。它不仅替代了传统砂石地基材料，极大避免了开山采石和采砂，保护自然山体等不可再生资源，且资源化利用提高了淤泥的附和值，还改变了土体的抗渗性，可防止厂房渗水后回填土下沉引起的设备沉降事故，消除回填土的负面影响，增加建筑物的强度与稳定性，提高工程项目的质量与安全性。