软土地基浅层固化技术在施工中的应用

谭永丰

中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司上海市

副总经济师200000

摘要：在工程施工中，对软土地基的处理方法很多，但随着城市的发展和建设，限制条件越来越多，软基处理对成本，安全要求越来越高，本文通过对明暗浜淤泥浅层固化技术的研究，克服了传统淤泥处理方式的工期长、投入大、安全风险高等缺点，保证施工安全质量的同时，加快了施工进度，降低工程成本，实现节能环保的要求。

引言

软土具有一定的特殊性，含水量较高，有较强的压缩性，且透水性较差，不能够直接在工程施工中使用，本文针对污泥、淤泥、滩涂、沼泽等不良地质情况，通过在淤泥中加入水泥、粉煤灰、固化剂等材料按照一定比例配置成固化剂，最终经过搅拌处理后制成淤泥固化土，随后经过不断地凝结和硬化过程中具有一定整体强度的单元结构，实现软土地基浅层固化。

1 工程概况

本文以公司两个项目为背景，简要阐述软土地基浅层固化技术在施工中的应用，案例1：上海**公路，全线路基明暗浜地质，淤泥质土，层厚4-5米，工程量较大，上海地区外弃成本较高；案例2：亳州**箱涵，基础为淤泥质土，层厚5米，河道深度10米，一侧为省道，省道边有1道国防光缆，不具备开挖换填条件。通过与设计，业主沟通，均采用浅层固化技术对软土进行固化处理，处理方案安全、质量、成本可控，均有效完成了工程建设。

2 关键施工技术

2.1工艺原理

（1）水泥固化原理

采用水泥固化淤泥的基本原理就是由于水泥的水解水化反应以及淤泥颗粒与水化产物之间的胶结形成水泥-土骨架结构。

（2）粉煤灰固化原理

粉煤灰是一种具有潜在活性的火山灰质粉末,其化学成分以SiO2、Al2O3及其它金属氧化物为主。充分利用粉煤灰的物理、化学活性，通过物理、化学反应，达到减水，固化的作用。

（3）机械设备工作原理

该设备系统由搅拌头、储料仓和智能配比工作台组成，搭配大中型挖掘机，将土壤中固化剂直接输送至需要固化的软土处，均匀的混合搅拌后形成半刚性稳定土材料。

2.1 工艺流程

图2.1-1  工艺流程图

2.2 施工准备

进行场地临建布置，包含临时围挡、用电、用水、照明、消防、便道等设施布置。施工前对现场作业班组、技术员、安全员、副经理进行技术交底、安全培训、安全交底、安全考核等，特种作业人员持证上岗。

2.3 配合比确定

对现场即将固化的区域取泥分析，确定淤泥组成。根据取泥分析的结果，确定适用固化剂成分，使固化剂配比达到最优值。

2.4 抽水（明浜）和清表（暗浜）

对于明浜区域，先修筑围堰，将浜内明水抽干，清除施工区域内的有机物等杂物。对浜底淤泥进行固化，固化处理的底标高为明浜淤泥的底标高。对暗浜处理区域先进行清除表面杂质等影响下沉搅拌的杂物，场地整平，施工前进行现场试搅，如遇搅拌头自身难以搅拌下沉土层，可以先对这部分土层先进行整体或局部翻挖，翻挖后大致整平后再进行固化施工；根据路面设计标高、路面厚度，路基厚度和现场建筑垃圾厚度等，确定开挖清表标高。

2.5 划分区域

将欲进行处理的区城进行放样划分区域，划分尺寸为5m×5m左右的处理区域。

图2.5-1  明浜区域划分

2.6 固化剂调配

固化剂采用粉剂或浆剂（视现场土体情况及周围环境确定），根据处理段落的软土工程量计算固化剂用量配合比，采用固化剂自动定量供料系统设置固化剂喷料速率；通常如现场淤泥含水率低于50%，建议采用浆剂施工；如含水率高于50%，则采用粉剂施工。

图2.6-1  现场储料设置

2.7 设备就地搅拌

采用强力搅拌头对土进行垂直上下搅拌，具体的施工步骤如下：

（1）搅拌设备直插式对土进行搅拌。

（2）搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设计底部；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10~20s/m，固化剂的喷料速率控制在40~70kg/min，具体速率根据现场实际操作情况进行相应调整，满足施工过程中能够均匀喷撒搅拌。

（3）当遇到硬土层无法进行垂直固化时，可采用翻松分层固化或者先用挖机辅助翻松固化回填的方法进行。

图2.7-1  强力搅拌头            图2.7-2  现场固化施工

（4）就地固化处理采用边固化边推进的形式进行，施工时按5m×5m区块进行细部控制，搅拌过程应保证均匀喷搅。在每个区块搅拌数量施工完成后，需再进行整体性翻搅，从而避免每个头子喷搅过程中产生不均匀的可能，相邻区块之间应有不小于5cm的搭接宽度，避免漏搅，最终固化形成整体均匀性硬壳层。

（5）在上部土层较好的路段，可以进行倒退施工，即固化设备站在未施工区块进行后退施工；在鱼塘、藕塘及河道路段，由于固化之前土质较差，不具备直接占位施工条件，可由两侧岸边沿长线固化一段，待固化区域强度足够承受设备重量后，再站立到已固化区段继续往里推进施工。

图2.7-3  边固化边推进的固化方式

2.8 预压和养护

预压和养护。搅拌完毕后，采用路压机进行碾压，可铺设50cm填土等进行预压，养护时间宜在7天以上。

3 实施成效分析

3.1 社会效益

在基础设施建设中，各类工程项目需要有大量的土方以及相对强度高的基础建设材料。然而，传统的沙石料基材作为一项不可再生的自然资源，在国家“绿水青山就是金山银山”的环保政策下，石料开采、淤泥外运弃置已经极大程度上受到了国家监控和限制，因此采料不便捷、材料愈加稀有、处理要求高的走势使得其价格愈加昂贵。此形式之下，能够替代不可再生资源的新材料的出现、新型淤泥处理方式，必将在传统基建材料行业引发一场变革。

3.2 经济效益

以上海**公路为例，通过淤泥浅层固化，直接节约成本305万元，通过优化配合比，节约了材料，节约91.8万元，具体表现如下：

（1）工艺提升、降本增效

相较于传统淤泥处理方式，明暗浜淤泥浅层固化直接节约成本305万，明暗浜淤泥浅层固化1m³成本分析如下：

表3.2-1  淤泥浅层固化成本分析

序号	项目	单位	单价	每立方米需求	金额	备注
1	劳务分包价格	元/m³	55	1	55	固化剂（水泥掺量6%，粉煤灰掺量2%）
2	水泥	t	582	0.108	62.856
3	粉煤灰	t	208	0.036	7.488
4	合计				125.344

若采用置换法1m³的成本分析如下：

表3.2-2  开挖置换法成本分析

序号	项目	单位	数量	单价	金额	备注
1	淤泥开挖	m3	1	15	15.00	/
2	淤泥外运	m3	1	140	140.00	/
3	回填土方	m3	1	20	20.00	/
4	土源费	m3	1.1	7.97	8.775	/
5	合计				183.775	/

经过分析，淤泥浅层固化造价每立方米比换填置换低58.431元/m³。按照本标段全线52198m³明暗浜，故节约58.431*52198=304.99（万元）≈305（万元）。

（2）优化配比，节约材料

本工程明暗浜固化水灰比为8%（6%水泥：2%粉煤灰），现场施工检测发现设计余量超过40%，项目部对固化剂掺量进行优化，采用6%（4.5%水泥：1.5%粉煤灰），通过试验区域检测，可以满足设计要求，该项优化节约成本91.8万元。

表3.2-3  明暗浜配合比优化后成本对比表

序号	材料	单位	单价	设计配合比	优化配合比	节省	明暗浜总量（m³）	优化后节约
1	水泥	t	582	0.108	0.081	0.027	52198	820239.37
2	粉煤灰	t	208	0.036	0.027	0.009	52198	97714.66
总额								917954.03

4 结论

通过本工程对明暗浜淤泥浅层固化形成一种浅层固化施工技术，施工中可以根据不同的土质及不同的含水率进行优化配比，使其达到最佳状态，克服了传统淤泥处理方式的工期长、投入大等缺点，保证施工质量的同时加快了施工进度，施工中各项检测数据满足设计规范要求，保证施工安全质量及进度管理目标，降低工程成本，实现节能环保的要求。在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确指出加快建设交通强国，战略骨干通道、高速铁路、普速铁路、城市群和都市圈交通轨道、高速公路等正如火如荼开展建设，其中涉及到软基处理的工程也在不断增加，相信此技术可以成为未来解决道路软基问题关键技术。

参考文献

[1]中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司上海G228项目明暗浜淤泥固化方案，2022。

[2]中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司亳州京九西路跨宋汤河箱涵淤泥固化方案，2016。