深厚层淤泥浅表层就地固化施工技术应用

王海苗， 郑先奇

(1.浙江交工集团股份有限公司，浙江杭州 310014； 2.中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

1 工程概况

G25德清至G60桐乡高速联络线湖州段第LTJ01标段，起点桩号LK0+843，路线往东经乾元镇，钟管镇，线路全长12.150 km。湖州段穿越杭嘉绍平原沿湖沿河地区，水资源丰富，地质条件较差，软土路段不均匀分布，软土主要为流塑状淤泥和软塑—流塑状淤泥土，软土路基位于湖相沼平原区，地势平坦，主要为水塘、河道，且水(鱼、虾)塘为片塘区,处理范围大。上部为湖沼积灰色、灰黄色软塑—可塑粉质黏土，厚度1～3 m。其组成为海积淤泥、淤泥质粉质黏土，局部夹薄层粉土、粉砂、流塑状，厚度变化较大，局部路段相变软塑—流塑粉质黏土夹粉土；中部为冲湖积粉质黏土，可塑，厚度较薄。

2 深厚层淤泥就地固化施工工艺原理

2.1 固化剂简介

土壤固化剂是近几年来应用于淤泥、软土固化的一种胶凝材料，在淤泥中按照施工配合比掺入固化剂和水，经搅拌、压实，养护后得到混合料，当其固化后的各项指标满足使用要求时，称为固化稳定体。可用于公路、铁路路基填筑，使用这种固化稳定基层材料，承载力可靠，整体性好，早期强度高，后期强度持续增长。并可就地取材，施工方便，工程造价低廉，土壤固化稳定土基层不仅具有水泥稳定土同样的强度和耐久性，还解决了传统筑路中不良土不能直接应用于道路中的局限。

2.2 固化剂适用条件

固化剂可对含水量为100 %甚至120 %的软弱土层进行加固。对于有机质土壤及腐殖土和酸性土壤(pH3以上)有着非常独特的、优良的固化作用，也可以将粉质及粘性等超软弱土壤固化成良好基础，相比其它的软土处理的施工方法，越是不良的土壤越是发挥出淤泥软基就地固化的优越性。

2.3 固化剂类型

固化剂按化学成份可分为无机型固化剂、有机型固化剂及复合型固化剂等；实际工程应用之前，要进行室内施工试验，以确定固化的适用性。无机固化剂有水泥、粉煤灰、石灰、石膏、矿渣微粉等。无机固化剂宜适用于无特殊要求常规软弱土的加固处理。有机固化剂有高聚类离子固化剂、有机酶蛋白固化剂、酸基化合物固化剂等。除特殊要求外，较少单独使用有机固化材料对软弱土进行加固处理；早强或特殊土体等用途时可采用部分有机固化材料。复合固化剂有水泥类+有机类等。复合固化剂宜适用于腐殖质或有机质土等特殊要求的软弱土[1]。

2.4 固化施工工艺原理

自然状态下的土壤在干燥状态下，土体具有一定的承载力，但在水作用下变成泥浆，究其原因在于土壤颗粒存在空隙，空隙中存在游离水，当土体承压时游离水可以释放出来，使土体变成泥浆，丧失承载力。当土壤和固化剂充分搅拌，经过养护后，土壤颗粒间空隙由固化材料充填，使得土壤颗粒通过固化材料相联并固结形成固化土板体，承载力明显增大且耐久。

固化剂是以水泥为主料再加上其他辅料和封水剂形成的。以水泥为基质，按一定配比添加粉煤灰等，混合均匀而制成一种复合型固化材料。本方案可在较低的温度下正常凝结硬化，具有水稳定性能好、溶出物少的特性将水泥掺入到土中后，在水的参与下水泥会发生水解和水化反应，产生水合水化物，这些水泥水化物会与泥浆颗粒产生一系列的物理化学反应，形成水泥石骨架，该骨架具有整体性好、水稳定性高和一定强度等特征，提高了土的强度和稳定性，改变了膨胀性土原有的性质，使其工程性质得到了改善。

3 深厚层淤泥就地固化施工试验

3.1 固化施工试验段目的

LK6+300～LK6+400，固化长度100 m，固化宽度20 m，固化深度1.0 m。LK7+250～LK7+350，固化长度100 m，固化宽度50 m，固化深度1.5 m[2]，满足水泥搅拌桩及预应力管桩等桩基设备对地基承载力的要求。深厚层淤泥浅层就地固化处理的土的密度试验检测平均值为1.58。固化施工试验路段主要目的是，为确定采用的固化施工配合比是否能满足设计承载力要求。

在试验路段上采用不同的配比形式，通过对强度和承载力的检测，确定合适的配比，再进行大面积固化施工。通过试验段施工，检验施工设备以及施工工艺的适用性，确定固化剂施工配合比、每1 m长度固化剂用量，为施工工艺的合理选择提供依据，并获得在该试验情况下强度指标与承载力值之间的经验公式。将满足强度要求的固化剂掺量及匹配于承载力要求的强度检测指标，用于大规模施工检测中[3]。

3.2 试验段施工工艺及方法

根据室内配合比试验结果，必须考虑到不同的地质情况，进行现场工艺性试验，以验证室内配合比，确定主要施工工艺指标。分别选取3段，每段一个配合比。固化剂类型采用粉剂或浆剂，固化剂含量暂定为6 %～7 %，主要成分包括水泥、粉煤灰、矿渣微粉以及少量稳定剂，具体配合比根据室内试验并结合现场试验确定(表1)。

表1 深厚层淤泥就地固化施工配合比 %

4 固化施工设备

4.1 强力双轮铣型搅拌头

强力搅拌头是一种三维空间立体搅拌设备，利用与其配套挖掘机驱动搅拌头，搅拌头按一定的角度对称布置连接杆和喷嘴的左右两侧，搅拌头按不同规格，其横向投影长度尺寸为1 300～1 800 mm，宽度尺寸为800～1 000 mm，竖向高度为800～1 000 mm，为了搭接合理，单次搅拌形状在平面上为矩形，单次搅拌面积不小于1 m2，作业深度4 m，作业效率50～80 m3/h。自动化供料系统可实现多种固化剂的同时供料。固化剂由自动化供料系统通过浆液管道输送进入喷嘴，利用搅拌头上螺旋分布的刀头三维空间立体切削土体和转动，使固化剂和淤泥土体充分地拌和均匀(图1)。

图1 淤泥固化双轮铣型搅拌装置

4.2 配套挖掘机

用于提供搅拌头搅拌与移动时的动力，根据所选用的强力搅拌头本身的大小来适配挖机动力，保证搅拌头的液压驱动力和搅拌的稳定性，与常规搅拌头相匹配的常用挖机型号主要有 250和300或更大动力的设备，上部连接杆的长度不小于3 m，并根据加固深度要求可设置加长杆，最大处理深度不小于5 m。液压力控制在23～42 MPa，搅拌效率不小于50～100 m3/h。

4.3 后台自动化供料及固化剂添加控制系统

固化剂添加控制系统安装于后台自动化供料系统中。能够实时控制固化剂的添加量，精准计量，减少浪费。并能实时记录和保存固化剂用量过程，并形成报告。后台自动化供料固化剂配置能力5～20 t/h，固化剂的管道输送距离可达700 m。

强力搅拌就地固化施工方法分为干法施工和湿法施工，后台自动化供料系统分为液体浆剂供料系统和干粉剂供料系统，液体浆剂设备压力不小于 3 MPa，干粉剂设备压力不小于 0.8 MPa，后台自动化供料系统应可实现多种固化剂的同时供料。自动定量供料系统宜安装于后台自动化供料系统中，应能控制固化剂出料量与出料时间、实时显示并记录打设区域的用料量，保证每次搅拌区间和整个区块的固化剂用量，数据可存储和打印；并可进行远程操作，达到固化剂喷料的自动化和智能化，避免人为造成的资源浪费(图2)。

图2 淤泥固化后台供料系统

5 深厚层淤泥就地固化施工

5.1 施工准备

5.1.1 土体固化施工前应具备的具备条件

深厚层淤泥就地固化施工前应具有，工程地质勘察报告、施工设计图纸、总平面图或试验段平面控制图、施工现场地理位置及毗邻地面建筑、构筑物、道路、管线，空中的高压输电线等相关资料。施工现场应具备施工用水、用电、施工道路畅通等条件。应完成场地毗邻地面建筑、构筑物、道路、管线，空中的高压输电线环境等保护措施。

5.1.2 科学、完整的土体固化施工方案

施工前应进行施工技术交底，根据设计图纸、设计交底、工程地质勘察报告、施工的地理环境、施工试验段施工技术总结等编制施工方案，施工方案经监理单位审批。技术人员组织施工班组长及工人进行技术交底，落实施工方案的施工质量、安全措施。软基土体固化施工开工前需修筑进场施工便道，在护坡道外侧开挖临时排水边沟，确保施工区域不积水。设置独立的路基临时排水沟，不得与农田排、灌沟渠合用，且施工期间不能积水。

5.1.3 测量放样、划分区域

对设计单位移交的导线点，水准点，施工前会同业主和监理工程师进行复核，确认无误后使用。按施工设计图，进行淤泥固化平面位置、原地面高程等有关测量放样工作，测量放样记录等，报送建设单位和监理单位审核批准，同时填写测量放样报验单，经建设单位和监理单位审查签认。现场的管理人员根据测量放样的边界线，将要进行淤泥固化的区域进行划分，区域划分尺寸一般长宽为5～6 m。

5.1.4 搅拌机就位

组装淤泥固化搅拌机，检查主机系统的连接，液压系统、电气系统、粉喷系统各部分安装试调情况，后台自动化供料的灰罐、输送管路的密封连接情况是否正常，做好相应的调整和密封紧固工作，排除一切异常情况后，方可进行操作。灰罐装满料后，将进料口加盖密封牢固。

5.2 淤泥固化搅拌

深厚层淤泥采用边固化边推进的固化的方式进行，就地固化拌和方式见图3。强力搅拌头对原位土进行充分搅拌均匀。根据现场淤泥土样含水率的高低以及固化剂形式，施工采用上下垂直搅拌固化的方式，搅拌设备直接插入式对原位土进行充分搅拌，搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到淤泥固化设计底部，然后搅拌设备反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂，搅拌提升或下降的速率控制在10

图3 深厚层淤泥边固化边推进的固化方式

～20 s/m,固化剂的喷料速率控制在100～200 kg/min(粉剂)和80～150 kg/min(浆剂)。深厚层淤泥固化搅拌工序为关键工序, 应保证搅拌均匀,其强度满足指标要求，各区块之间应有不小于5 cm的搭接宽度，避免漏搅。

5.3 碾压和养护

当固化稳定体能达到平整要求时开始进行整平压实。平整压实施工应根据固化稳定土的含水率和固结强度指标，当固化稳定土的含水率较低时(一般低于60 %)，固结阶段施工完成后即可整平压实，如上午和下午收工前。而当固化稳定土的含水率较高时，由于固化稳定土固结时间滞后，则可在第二天或第三天补充整平压实。一般来说，能提早整平压实的就不要拖后，如整平压实后出现大量表面开裂，说明整平压实时间太迟了。施工全过程宜在4 h以内，避免在雨天情况下施工，固化稳定土体养护数天至承载力达到搅拌桩或预应力管桩施工设备进场要求时，方可进行水泥搅拌桩或预应力管桩施工，一般固化后养护7～14 d可进行水泥搅拌桩施工；固化养护14 d后可进行预应力管桩施工。

5.4 淤泥固化质量检验

就地固化处理路段需对固化后的强度、厚度和承载力进行检测。通过固化剂自动定量控制系统控制施工过程中的配比，允许偏差不大于0.5 %。厚度检测通过静力触探试验确定，要求处理厚度与设计厚度相差不超过20 cm。处理区域的长宽度用尺进行量测，要求现场量测长宽度与设计宽度相差不超过10 cm，测试点不少于3处。

利用十字板剪切试验对固化后的土体进行试验，单个区块或每300 m测试点不少于3处，14 d后不排水抗剪强度不小于80 kPa或28 d强度不小于100 kPa。

利用静力触探试验确定固化的土体的强度，单个区块或每300 m测试点不少于3处，14 d后静力触探锥尖阻力不小于0.8 MPa或28 d锥尖阻力不小于1 MPa。

就地固化处理技术的承载性能试验。对固化后处理区域进行荷载板试验，单个区块或每300 m测试点不少于1处，14 d后承载力不小于100 kPa，或28 d后承载力不小于130 kPa。承载板尺寸不小于0.5 m×0.5 m。

6 质量控制措施

根据淤泥固化土配方设计的要求，对掺加淤泥固化土的各种材料的质量和数量要严加控制，确保质量，力求计量准确，符合设计要求，达到设计强度。

淤泥固化土搅拌时，力求达到最佳含水量，搅拌必须均匀，使各种材料混合充分，确保淤泥的固化效果。碾压淤泥固化时，确保淤泥固化土的最大密实度。淤泥固化土搅拌后，应及时覆盖、养护，3 d内要防止承重过大，防止损坏。施工期间要做好防雨措施，下雨应停止施工。

淤泥固化时如有积水，势必增加固化剂的用量，直接影响淤泥固化的效果，施工前排除淤泥表面积水是保证固化质量的关键工作，因此在固化施工前要检查施工区域的排水降水情况，检查排水沟和集水坑的设置，及时用竹篱笆等材料对排水沟和集水坑进行加固，防止坍塌影响排水效果。

7 应用工程实例

G25德清至G60桐乡高速联络线湖州段第LTJ01标段,软土路段主要分布在起点LK2+300路段以及LK5+800-终点段。多为水(鱼)塘，处理范围大，若采用清淤换填方案，清淤工程量大，且清除的淤泥需进行堆弃处理，不利于生态环保。且沿塘软基路段主要釆用水泥搅拌桩或预应力管桩进行处理，无需对塘底淤泥全部处理，只需处理一定深度后形成硬壳层满足搅拌桩或管桩设备施工即可。因此，结合软土区水(鱼)塘特点并综合考虑施工难易程度、工程造价和环保等方面，采用土体浅层固化技术对塘底淤泥就地进行固化处理，以便快速形成硬壳层，满足水泥搅拌桩及预应力管桩等桩基设备对地基承载力的要求。

8 结束语

采用深厚层淤泥浅层就地固化处理与传统深厚层淤泥处理具有明显的优势，深厚层淤泥浅表层就地固化，做到因地制宜使用原土，节约土资源。固化体具有良好的抗穿透性，抗浸出性，抗干湿性和抗冻融性。固化筑路的强度随时间逐渐增强而不是减弱。泥沼固化施工采用部分专用设备。工程造价低廉，工程造价可以节省15 %～20 %。淤泥固化具有施工简单、耐久性好、质量好、节约资源、经济合理、保护环境，取得了良好的技术经济效益和社会效益，在广大滨海滨湖深软基处理施工具有良好的推广应用前景。