張 維，韋開騰

（廣東華路交通科技有限公司 廣州510420）

0 引言

粵東地區(qū)濱海相軟土、沼澤相軟土淤積厚度大，換填難度較大，物理力學(xué)性能差［1］。加固淤積沼澤軟土，使其成為施工設(shè)備機(jī)具作業(yè)時(shí)的施工便道，施工機(jī)具撤出后，在其上填筑路堤，作為永久性路基，既經(jīng)濟(jì)又合理。就地固化土體作為半剛性填料，既能與土體下部的剛（柔）性處治材料形成復(fù)合受力體，也能在施工時(shí)提前提高土體的承載力，避免傳統(tǒng)清淤換填的環(huán)境破壞，也能更好地避免軟基不均勻沉降。與以往的軟基處理方式相比，通過增加就地固化層，與水泥攪拌樁、預(yù)制管樁、預(yù)制方樁等共同組成路基，能明顯提高路基基礎(chǔ)的承載能力［2］。路基上部傳來的集中荷載，經(jīng)過硬殼體分散成為均布荷載，能將荷載更合理地傳遞在持力層上。樁體上端鑲嵌在硬殼體中，降低了地下水和水平方向荷載對路基下部管樁、水泥攪拌樁、方樁的影響。形成就地固化淺層處理和就地固化硬殼層復(fù)合地基，與硬殼體路基深層處理的樁基共同作用，深層處理的樁基功能發(fā)揮更加極致。軟基就地固化造殼技術(shù)與傳統(tǒng)的軟基深層處理措施相結(jié)合，對提高軟基路基使用壽命周期和減小軟基不均勻沉降有著積極的意義［3］，就地固化處理軟基技術(shù)相比傳統(tǒng)清淤換填方式具有明顯的優(yōu)勢。

濱海灘涂軟基就地固化現(xiàn)場試驗(yàn)檢測，以汕頭市某工程出海口濱海、沼澤相軟基就地固化處治為例。從固化土配合比設(shè)計(jì)、固化土體力學(xué)性能檢測以及貝克曼梁彎沉值等5個(gè)方面進(jìn)行闡述。為粵東地區(qū)軟土就地固化檢測積累經(jīng)驗(yàn)。

1 就地固化軟土路基設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)要素驗(yàn)證

軟土路基就地固化設(shè)計(jì)，主要包括就地固化淺層處理、就地固化硬殼層復(fù)合路基和就地固化土資源化利用3 大類。在公路建設(shè)中主要設(shè)計(jì)淺層處理和硬殼層結(jié)合樁基受力的復(fù)合地基。一般綜合考慮地基承載力、沉降、穩(wěn)定性等指標(biāo)要求，依照現(xiàn)場固化土強(qiáng)度比室內(nèi)試配強(qiáng)度，強(qiáng)度折減率為0.58～0.81 考慮就地固化土配制強(qiáng)度［4］。結(jié)合施工動(dòng)態(tài)控制手段進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

根據(jù)原狀土的物理性質(zhì)，使用工程類比法估計(jì)固化劑材料摻量。根據(jù)原土樣的天然含水量、有機(jī)質(zhì)含量、液塑限、壓縮模量等，合理確定固化劑種類、摻入形態(tài)。建立固化劑摻量與強(qiáng)度關(guān)系曲線，在曲線上求取合理的固化劑摻量。通過室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定3 種原材料類別：固化劑、外摻劑、穩(wěn)定劑。試件制備和試驗(yàn)方法可參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程：JTG E40-2007》進(jìn)行。以原狀土濕密度為基準(zhǔn)確定固化劑成分摻量比例；就地固化硬殼層復(fù)合地基固化土按照7 d、14 d 和90 d 無側(cè)限抗壓值考慮強(qiáng)度。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，確定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。目前在工程實(shí)體中一般采用水泥作為主要的固化劑，但當(dāng)原狀土有機(jī)質(zhì)含量大于10%時(shí)，應(yīng)考慮在固化劑中摻配一定量的石灰［5］?，F(xiàn)場一般采用濕法施工，固化劑漿液水灰比在0.4～0.8 之間。原狀土含水率大于50%時(shí)，應(yīng)考慮粉噴固化。以汕頭市榕江出海口某工程固化土配合比設(shè)計(jì)為例：

⑴固化土的設(shè)計(jì)指標(biāo)以及原狀土物理參數(shù)。案例中需要進(jìn)行就地固化的場地為濱海區(qū)域魚塘，需要就地固化使土體達(dá)到一定強(qiáng)度，從而滿足施工機(jī)械進(jìn)出以及施工所需的承載力。經(jīng)綜合考慮，固化劑摻量約為6%～7%，按照2%增減考慮配合比設(shè)計(jì)［6］。對就地固化各項(xiàng)指標(biāo)的要求如表1 所示。

表1 就地固化土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of Mixing Ratio Design Parameters of In-situ Solidified Soil

由表1 可以看出，軟土就地固化后物理力學(xué)性能有明顯的提高。不但能滿足大型履帶式設(shè)備在其上作業(yè)，也能作為永久性路基填料使用。軟土就地固化在高等級公路建設(shè)中一般設(shè)計(jì)成復(fù)合路基，在造殼層下設(shè)計(jì)水泥攪拌樁、預(yù)制樁等，組成復(fù)合路基。作為城市輕型交通，一般僅進(jìn)行淺層處治或者固化造殼即可。但作為路基半剛性填料，僅檢測抗剪切強(qiáng)度和靜力觸探強(qiáng)度，明顯具有局限性。未能客觀反映固化土體的整體質(zhì)量水平。由此，在現(xiàn)場增加平板載荷試驗(yàn)，檢測固化處治層表層在動(dòng)荷載作用時(shí)的力學(xué)特質(zhì)，采用貝克曼梁法檢測固化土體整體強(qiáng)度和回彈模量。以求通過試驗(yàn)檢測能全面反映就地固化土體的整體質(zhì)量。

⑵提取原狀土樣本依照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程：JTG E40-2007》進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)檢測，取得相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計(jì)建議，依照《公路路堤就地固化（強(qiáng)力攪拌法）設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》［7］，對原狀土加固后各項(xiàng)物理性能指標(biāo)進(jìn)行測試。案例中原狀土的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如下：液限WL=47%，塑限Wq=29%，塑性指數(shù)Ip=18，天然含水率為42.6%，天然密度為1.77 g/ cm3，酸堿度為6.6，有機(jī)質(zhì)含量為2.40%。原狀土顆粒篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 原狀土顆粒篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab.2Statistical Data of Undisturbed Soil Particle Screening Test Data

由表2 可以看出，原狀土摻配固化劑亦使用濕法施工，固化劑成分摻量計(jì)算一般以原狀土天然密度進(jìn)行參照計(jì)算。就地固化淺層處理和就地固化硬殼層、復(fù)合地基的固化土配合比按照固化土7 d、14 d 和28 d 齡期進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)檢測［8］。

⑶固化土配合比室內(nèi)試拌。固化土設(shè)計(jì)固化淺表層軟土，以求達(dá)到能承載機(jī)械設(shè)備在其上作業(yè)的功能，或者與深層處理的水泥攪拌樁、管樁等形成復(fù)合地基。為保證現(xiàn)場就地固化土強(qiáng)度富余，綜合考慮按照14 d 齡期考慮固化土各項(xiàng)性能指標(biāo)。實(shí)際采用富余強(qiáng)度值為1.17的P.0 42.5 水泥作為固化劑主料，以原狀土單位質(zhì)量為參照物，等量遞減（加）固化劑主料摻量，為更加貼近實(shí)際施工環(huán)境，采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度作為抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，取得摻量與固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的曲線關(guān)系。經(jīng)過試拌固化土14 d、28 d 齡期的各項(xiàng)參數(shù)如表3 所示。

表3 不同摻量的固化劑生成固化土后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistical of Unconfined Compressive Strength after Solidified Soil is Produced with Different Additives

由表3 可以看出當(dāng)固化劑摻量增加時(shí)，固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨之增大。當(dāng)固化劑摻量超過7%時(shí)，固化土強(qiáng)度增長更加明顯。但濱海相軟土有機(jī)質(zhì)含量較高，土體天然含水率大，處理深度大于2 m 時(shí)，原狀土含水率與其他物理性質(zhì)有明顯的變化［9］。為了保證固化效果，建議在不排水固化施工中，固化劑摻量不低于原狀土單位質(zhì)量的7%。固化劑摻量隨著固化軟土的深度和含水率增大而增加。綜合考慮，固化土各項(xiàng)指標(biāo)在室內(nèi)試驗(yàn)中較容易達(dá)到，但在實(shí)際施工中受原狀土土質(zhì)異常、攪拌供料，以及施工環(huán)境變化影響，現(xiàn)場固化土強(qiáng)度與室內(nèi)試驗(yàn)強(qiáng)度存在較大差異。在施工時(shí)對固化土取樣，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測出現(xiàn)場固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值，在室內(nèi)強(qiáng)度值的0.45～0.76 區(qū)間波動(dòng)。固化土配合比設(shè)計(jì)遵循動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原理，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行固化劑摻量調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)固化指標(biāo)。

2 淺層就地固化試驗(yàn)路現(xiàn)場檢測

試驗(yàn)路選擇在施工環(huán)境較為惡劣的出?？谖r塘，利用塘埂和淺灘截取三段作為試驗(yàn)路。選擇在固化土持力層基礎(chǔ)承載力在135～145 kPa的段落內(nèi)，分別按1.0 m、2.0 m、3.0 m 固化深度處治。按照對原位土進(jìn)行原地固化處理技術(shù)進(jìn)行施工，在相應(yīng)固化土齡期，進(jìn)行靜力觸探、十字板剪切、動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)。通過原狀土與就地固化后軟土路基十字板剪切試驗(yàn)對比，反映不排水狀態(tài)地基加固前和加固后，以及不同加固深度抗剪切強(qiáng)度變化規(guī)律。動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)是采用動(dòng)態(tài)變形模量測試儀來檢測土體承載力指標(biāo)，通過落錘和荷載板沉陷測定，測出固化土體動(dòng)態(tài)受力特性，間接反映載重汽車在高速運(yùn)行時(shí)反復(fù)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力對路基的作用狀況［10］。通過對就地固化土物理力學(xué)檢測以及對不同固化深度的固化效果進(jìn)行試驗(yàn)，檢測出固化后土體在靜力、擾動(dòng)和載荷3 種工況下的力學(xué)特性。綜合判斷軟土固化效果是否能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。選取有代表性的3個(gè)固化處治深度6個(gè)區(qū)塊，1-2 區(qū)塊為1.0 m、3-4 區(qū)塊為2.0 m、5-6 區(qū)塊為3.0 m，按照固化劑水泥主料摻配比例為9%時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和修約規(guī)則整理數(shù)據(jù)獲取代表值。以14 d 齡期就地固化土體檢測為例，具體檢測數(shù)值如圖1 所示。

圖1 不同試驗(yàn)區(qū)塊固化土體平板載荷試驗(yàn)Fig.1 Flat Plate Load Test of Solidified Soil in Different Test Blocks

2.1 載荷板沉陷與變形強(qiáng)度之間的關(guān)系

由圖1 可以看出，經(jīng)過固化處理的土層具有較好的承載能力，固化處理深度越深，相對沉陷值越小，錘擊時(shí)固化土體變形越?。?1］。但平板荷載試驗(yàn)最佳的檢測深度為40～50 cm，超過50 cm 則精度降低。在試驗(yàn)中也能反映出，隨著軟土固化處理深度的加深，在對固化土恒加載時(shí)，土體抵抗變形的能力越強(qiáng)。圖1 也可以看出，當(dāng)沉陷值達(dá)到18 mm 以后，固化土變形的荷載明顯增大，證明固化層內(nèi)部受擠壓強(qiáng)度增大，抵抗變形能力比表層強(qiáng)，充分體現(xiàn)了半剛性材料的特質(zhì)。隨機(jī)抽取點(diǎn)位進(jìn)行檢測，未出現(xiàn)明顯的沉陷值異常，說明固化土中固化劑分布均勻，形成強(qiáng)度一致。

2.2 不排水十字板剪切強(qiáng)度與固化土容許承載力關(guān)系由電測十字板不排水抗剪切試驗(yàn)，通過與原狀土

抗剪切強(qiáng)度與固化處理后的剪切強(qiáng)度進(jìn)行對比，得出固化層抗剪切強(qiáng)度明顯高于原狀土（見圖2）。但在處治設(shè)計(jì)深度底部，抗剪強(qiáng)度明顯降低，建議在設(shè)計(jì)固化處治層深度時(shí)，適當(dāng)考慮ALLU 強(qiáng)力攪拌頭［12］的構(gòu)造形狀，導(dǎo)致處治層底部抗剪強(qiáng)度偏低的現(xiàn)象。加深固化處治深度，保證固化處治效果極致發(fā)揮。經(jīng)過十字板剪切頭在土層中擾動(dòng)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)固化土體產(chǎn)生的力矩，可計(jì)算地基容許承載力。在不排水的固化土地段，測出阻力峰值后，進(jìn)一步測試原位重塑土的不排水抗剪切強(qiáng)度，可檢測出固化土體靈敏度和邊部抗滑移能力［13］。

圖2 不同試驗(yàn)區(qū)塊不排水剪切試驗(yàn)Fig.2 Undrained Shear Test of Different Test Blocks

2.3 靜力觸探錐尖阻力與固化土強(qiáng)度的關(guān)系

通過靜力觸探錐尖阻力強(qiáng)度（見圖3）可以看出，就地固化后，固化土層強(qiáng)度使用靜力觸探檢測的方法直觀簡單，能直接反映加固土層的加固效果，也是能明確界定改良固化土體強(qiáng)度的檢測辦法。能直接判定出固化后土體的承載能力，是工地試驗(yàn)室較容易實(shí)現(xiàn)的檢測手段。靜力觸探儀錐尖能直接貫穿固化層每個(gè)層面，同時(shí)彌補(bǔ)了動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)不能精確反映40 cm以下固化層力學(xué)性能的不足。靜力觸探試驗(yàn)貫入阻力的變化可直接地反映出固化土改良深度、淺層固化路基的承載力。但靜力觸探檢測使用選點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，不能直接反映改良土體的整體承載力。

2.4 就地固化路基水泥土體彎沉值與回彈模量試驗(yàn)

就地固化土體摻于固化劑后有一定的強(qiáng)度，作為矮路堤路基使用時(shí)，上部傳遞的荷載對路基受力狀態(tài)，與無機(jī)結(jié)合料基層情況相似，符合半剛性無機(jī)結(jié)合料的各項(xiàng)特征。由此，使用貝克曼梁彎沉儀檢測固化土體彎沉值和回彈模量。

圖3 不同試驗(yàn)區(qū)塊靜力觸探試驗(yàn)Fig.3 Static Penetration Test of Different Test Blocks

就地固化路基水泥土體彎沉值。軟土經(jīng)過就地固化摻于一定量的固化劑后，膠凝材料使各類拌和物固結(jié)，形成具備一定強(qiáng)度的半剛性路基填料。使用彎沉值指標(biāo)檢驗(yàn)固化土體的整體強(qiáng)度和回彈模量，能反映固化土體作為路堤下臥層使用時(shí)，當(dāng)遇到彎拉變形受力狀態(tài)，也能直接反映出固化土體整體固結(jié)效果。根據(jù)彎沉值指標(biāo)逆向思考固化土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的可靠性。案例中路堤填筑高度為1.8 m，在淺層處治深度分別為1 m、2 m、3 m的路基段進(jìn)行彎沉值檢測，檢測結(jié)果如表4 所示。

表4 軟土就地固化試驗(yàn)路段彎沉值指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistical of Deflection Value Index of Soft Soil In-situ Curing Test Section

由表4 可以看出，當(dāng)固化處治深度增加，彎沉代表值變小。路基抵抗變形的能力增大，與路面工程中無機(jī)結(jié)合料彎沉值與厚度的關(guān)系相似。

2.5 小結(jié)

模擬動(dòng)荷載對路基作用的動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)，使用十字板抗剪切試驗(yàn)檢測固化層抗剪切破壞能力，用靜力觸探的方式直擊各固化層，反映出各層的固化強(qiáng)度，彌補(bǔ)動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)中的不足。根據(jù)上述3 種試驗(yàn)檢測取得的數(shù)據(jù)，依照現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范和規(guī)程，能有效地推斷出就地固化土體力學(xué)性能。若能大量收集十字板剪切試驗(yàn)中重塑土的強(qiáng)度數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)模型，則可以間接預(yù)估固化土體的邊部抗滑移能力和水穩(wěn)定性。

3 分析與總結(jié)

采用上述4 種試驗(yàn)檢測辦法，檢測固化土體表層強(qiáng)度、抗擾動(dòng)剪切能力、單點(diǎn)強(qiáng)度以及整體承載力，驗(yàn)證設(shè)計(jì)、施工參數(shù)的合理性。在施工時(shí)，通過就地固化土室內(nèi)試驗(yàn)強(qiáng)度與室外取樣試驗(yàn)強(qiáng)度進(jìn)行對比，獲得室外強(qiáng)度代表值，并限定強(qiáng)度波動(dòng)區(qū)間，對控制現(xiàn)場固化劑摻量，提高工藝管控水平，保證固化土強(qiáng)度一定的約束作用；采用動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)，間接反映ALLU 強(qiáng)力攪拌頭在軟土表層無約束狀態(tài)下，攪拌頭停留時(shí)間和噴漿量，保證表層固結(jié)效果，為大型機(jī)具和設(shè)備在其上作業(yè)提供安全保障；十字板剪切試驗(yàn)?zāi)苣M擾動(dòng)狀態(tài)下固化土體的抗剪切能力，收集重塑土強(qiáng)度能分析出固化土體邊部抗滑移能力；靜力觸探試驗(yàn)?zāi)苤庇^有效地反映固化土體各層次的強(qiáng)度，也可以直接擊穿固化土層測試固化處治層深度，錐尖阻力能直接反映固化土某一點(diǎn)的強(qiáng)度。最后通過貝克曼梁彎沉儀試驗(yàn)，檢測固化土體整體的回彈模量和彎沉值，為評定就地固化土體整體承載力提供依據(jù)。

軟土就地固化處理技術(shù)在廣東省使用尚屬首例，此工程率先大范圍使用該技術(shù)，并采用上述試驗(yàn)辦法對試驗(yàn)路進(jìn)行檢測，獲取施工驗(yàn)收數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)相關(guān)試驗(yàn)與分析的辦法，為南粵地區(qū)濱海軟土就地固化路基檢測積累數(shù)據(jù)，供大家參考。