陳興艾

(寧波交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315000)

0 引言

我國東南部沿海地區(qū)擁有的海岸線長度達(dá)1.8萬公里，海域?yàn)┩繀^(qū)因地表無硬殼層，地基承載力低，人員設(shè)備進(jìn)場施工難度大等原因，便道的修建速度緩慢，進(jìn)而影響到整個(gè)工程進(jìn)度。本文以杭州灣海域?yàn)┩繀^(qū)某高速公路項(xiàng)目為背景，提出了一種采用淺層固化聯(lián)合鋼板路基箱的施工便道技術(shù)，并分析實(shí)施應(yīng)用效果。

1 研究背景及意義

浙江杭州灣海域?yàn)┩繀^(qū)地質(zhì)狀況主要為典型的海相沉積深厚軟土地基，以粉質(zhì)黏土、粉砂等地層為主，具有天然含水量高、壓縮性高、靈敏度高、觸變性高、流變性高、強(qiáng)度低、透水性低“五高二低”的特點(diǎn)，無法滿足人員及施工機(jī)械的正常使用要求。為了便于現(xiàn)場施工及橋梁建設(shè)，保證道路的整體性及穩(wěn)定性，開展海域?yàn)┩繀^(qū)淺層固化聯(lián)合鋼板路基箱便道施工技術(shù)研究及應(yīng)用，分析鋼箱路面荷載作用下人工硬殼層的應(yīng)力擴(kuò)散及沉降計(jì)算方法，分析不同上覆荷載及動荷載情況下的硬殼層應(yīng)力反應(yīng)，研究各種不利因素對固化土材料的作用，是否影響到固化材料的結(jié)構(gòu)和性能，能否滿足該固化材料的實(shí)際用途、強(qiáng)度等要求。結(jié)合項(xiàng)目相關(guān)地勘資料及設(shè)計(jì)資料，分析側(cè)邊施工的附加荷載在土中產(chǎn)生的附加應(yīng)力及側(cè)向位移影響情況。

應(yīng)用該技術(shù)符合我國交通、水利、環(huán)保等產(chǎn)業(yè)的需求，也是一種資源節(jié)能的工程技術(shù)，無論是從公路交通事業(yè)的發(fā)展需求，還是從軟土固化研究技術(shù)在現(xiàn)有水平發(fā)展中迫切需

要解決的問題來看，都具有重要研究和現(xiàn)實(shí)意義。

2 技術(shù)原理及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 技術(shù)原理

海域?yàn)┩繀^(qū)淺層固化聯(lián)合鋼板路基箱便道施工技術(shù)的原理，主要是利用淺層就地固化處理技術(shù)來提高軟土地基的承載能力，并且結(jié)合鋼板路基箱作為路面磨耗層。

鋼板路基箱由正反兩面鋼板和縱橫向鋼構(gòu)骨架組成，能夠滿足施工車輛、施工機(jī)械及作業(yè)工人的通行需求，從工作效率角度可合理作業(yè)機(jī)械化配比，移動方便，降低維護(hù)費(fèi)用，節(jié)省作業(yè)成本，保證路面通行的穩(wěn)定。同時(shí)，運(yùn)行車輛輪胎直接與鋼板路基箱接觸，減小了磨損，對下部土層也起到均勻壓實(shí)及保護(hù)作用。

地基與鋼板路基箱之間采用碎石墊層，起到路面平整、抗滑、消除沉降、分散受力等作用。

2.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

項(xiàng)目適用于海域?yàn)┩考败浲恋鹊貐^(qū)的新型便道復(fù)合結(jié)構(gòu)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)土石方便道、鋼棧橋等方式，能夠大幅加快施工進(jìn)場速度，打開施工作業(yè)面。從使用功能、施工工效、施工造價(jià)等方面都具有明顯的優(yōu)勢。

項(xiàng)目提出適用于海域?yàn)┩繀^(qū)的就地固化處理技術(shù)。針對海域?yàn)┩繀^(qū)的地質(zhì)特性開展固化劑配合比試驗(yàn)研究，提出合適的固化劑選用方法，以及固化處理深度。

項(xiàng)目提出新型裝配式路面結(jié)構(gòu)。鋼板路基箱作為施工便道路面，能夠?qū)⒈砻婧奢d均勻分散到固化硬殼層，降低其底部的附加應(yīng)力及水平作用力。鋼板路基箱在工廠加工制作而成，鋪設(shè)方便、速度快，與傳統(tǒng)混凝土路面相比，節(jié)省了混凝土路面澆筑養(yǎng)護(hù)施工時(shí)間，大大縮短施工工期。

項(xiàng)目提出一種資源循環(huán)利用型的工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，節(jié)能環(huán)保。采用淺層固化處理方法無需使用大量的填筑材料，減少砂石用量，減少開山采石和河道挖沙。采用鋼板路基箱可重復(fù)回收利用，周轉(zhuǎn)率高。

3 主要施工工藝

3.1 工藝流程

主要工藝流程為施工放樣→場地準(zhǔn)備（清表、排水）→場地劃分區(qū)塊→固化劑定量調(diào)配→就地固化攪拌施工→整平養(yǎng)護(hù)→碎石墊層施工→鋼板路基箱安裝→后期維護(hù)。

3.2 主要施工注意事項(xiàng)

3.2.1 淺層就地固化施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對就地固化處理施工范圍開展施工放樣。在施工邊線打入竹片樁并綁上紅布或紅旗做好標(biāo)志，并用白灰灑出施工邊線。處理區(qū)塊一般劃分為5m×5m，同樣用白灰線標(biāo)識。采用機(jī)械清理處理區(qū)域內(nèi)的表層植被、雜物。在處理范圍外，開挖臨時(shí)排水溝渠，可降低土壤內(nèi)表層水，并對天然水引流外排。

固化劑采用現(xiàn)場集中拌和，應(yīng)經(jīng)常性檢查固化劑的配合比和噴料速率是否按照既定目標(biāo)設(shè)置。校核固化劑使用記錄參數(shù)，材料使用量、罐內(nèi)剩余量、施工時(shí)長和施工速率等參數(shù)相互驗(yàn)證，如出現(xiàn)異常情況應(yīng)暫停查明原因。

在地基土攪拌施工中，應(yīng)隨時(shí)檢查攪拌深度和速率控制，觀察固化劑與原土是否混合均勻。每個(gè)施工區(qū)塊間，應(yīng)保證有不小于5cm的搭接寬度，防止漏拌。固化攪拌完畢后2天～3天，對現(xiàn)場固化區(qū)域預(yù)壓，直接采用挖機(jī)攪拌機(jī)械的自重預(yù)壓，然后整平養(yǎng)護(hù)。自然養(yǎng)護(hù)期一般不小于7天，待固化土強(qiáng)度提高后，平整施工區(qū)域場地頂部。處理完畢后檢測固化土體的強(qiáng)度和承載力，主要內(nèi)容有：通過靜力觸探、十字板試驗(yàn)和荷載板試驗(yàn)原位測試固化土的強(qiáng)度及承載力。

3.2.2 碎石墊層施工

碎石墊層的鋪設(shè)主要包括基層清理、找平、設(shè)標(biāo)志、攤鋪及碾壓。施工前，應(yīng)先檢查基礎(chǔ)面，清除松弱土或雜物。碎石墊層采用挖機(jī)等設(shè)備將材料均勻攤鋪在預(yù)定寬度上，通過中線和邊線定位樁控制攤鋪層高度（松鋪厚度），拉線后人工校正攤鋪層頂面平整度，確保在碾壓前，攤鋪層基本平整。采用壓路機(jī)碾壓，由兩側(cè)開始向路中心碾壓；碾壓遍數(shù)一般控制在4遍～6遍；碾壓后檢測頂面平整度。

3.2.3 鋼板路基箱鋪設(shè)

用裝載機(jī)將鋼板路基箱沿路線縱向排列鋪設(shè)在整平后的便道上，采用栓釘連接相鄰板，使板與板之間連接形成整體。

4 主要材料要求

4.1 固化劑

固化劑的選擇應(yīng)遵循“就地取材、經(jīng)濟(jì)合理、保護(hù)環(huán)境”的原則，其質(zhì)量應(yīng)符合《土壤固化外加劑》（CJ/T 486）和《軟土固化劑》（CJ/T 526）等有關(guān)的規(guī)定；固化劑類型和摻量應(yīng)根據(jù)土質(zhì)性質(zhì)和室內(nèi)試驗(yàn)合理選擇。水泥應(yīng)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級不應(yīng)低于42.5級；粉煤灰應(yīng)選用不低于國標(biāo)二級；礦渣微粉應(yīng)選用不低于國標(biāo)S95級別；石灰應(yīng)選用不低于三級的生石灰，材料為粉狀或塊狀、無雜質(zhì)。

4.2 碎石

碎石墊層，其碎石粒徑選用5mm～25mm的細(xì)碎石。

4.3 鋼板路基箱

鋼板路基箱面板材料為熱軋鋼板，鋼板表面帶有凸起花紋的鋼板，材質(zhì)牌號為Q235，材料厚度為8mm；面板應(yīng)使用整塊鋼板，不允許焊接拼接而成。鋼板路基箱底板材料厚度為6mm。鋼板路基箱鋼內(nèi)撐材料為熱軋槽鋼和工字鋼，材質(zhì)牌號為Q235B，材料規(guī)格為I12，縱橫梁間距0.4m×0.3m。

5 主要研究結(jié)論

5.1 海域?yàn)┩康貐^(qū)硬殼層快速形成技術(shù)研究結(jié)論

就地固化試驗(yàn)段開展靜力觸探檢測，就地固化強(qiáng)度試驗(yàn)及承載力等均為合格，整體質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際檢測結(jié)果，三種固化劑摻量（7%、9%、11%）基本滿足設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)度較穩(wěn)定。檢測結(jié)果為：試驗(yàn)段固化7天后，各配比對應(yīng)的固化土靜力觸探錐尖阻力最低可達(dá)到0.6MPa，滿足設(shè)計(jì)的固化7天0.5MPa的要求；7天后承載力≥72.5kPa，滿足設(shè)計(jì)的固化7天不小于50kPa的要求。

就地固化路段開展平板荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)固化深度1.5m，固化劑摻配比為9%，齡期＞28d。固化地基在加載至最大試驗(yàn)荷載300kN（300kPa）過程中，各級沉降穩(wěn)定、連續(xù)、無突變，累計(jì)沉降量分別為20.54mm、13.58mm，固化地基極限承載力均取最大試驗(yàn)荷載值300kPa，對應(yīng)的固化地基承載力特征值均為150kPa。

5.2 鋼板路基箱路面技術(shù)研究結(jié)論

通過試驗(yàn)及驗(yàn)算揭示了其荷載傳遞規(guī)律和均布荷載作用下硬殼層聯(lián)合鋼箱路面的相互作用及沉降特性。上部荷載通過鋼箱路面垂直作用在硬殼層上，聯(lián)合鋼箱荷載通過應(yīng)力擴(kuò)散傳遞至下臥層，應(yīng)力擴(kuò)散角一般在28°～45°，就地固化形成的硬殼層具有較高強(qiáng)度，大大降低了沉降量，也減少了不均勻沉降，就地固化加固區(qū)的壓縮量一般忽略不計(jì)。

優(yōu)化鋼板路基箱結(jié)構(gòu)。1.5m×4.5m 鋼板路基箱原縱橫梁間距為0.8m×0.5m，底板厚10mm。為提高鋼板路基箱的承載力，加密縱橫梁，間距調(diào)整為0.4m×0.3m，考慮鋼板路基箱是鋪設(shè)在固化土上（承載力容許值120kPa～200kPa），底板適當(dāng)減薄至6mm。經(jīng)研究分析，8mm厚頂面鋼板在12m3混凝土罐車荷載條件下，剪應(yīng)力、彎矩雖比原方案有較大提高，但仍分別超過規(guī)范設(shè)計(jì)值的15.2%和34%，在實(shí)際使用中局部會出現(xiàn)變形，但不影響整塊鋼板路基箱的使用。

5.3 海域?yàn)┩繀^(qū)施工便道工藝應(yīng)用結(jié)論

總結(jié)提煉出一種使用淺層就地固化技術(shù)快速形成人工硬殼層，并在人工硬殼層上鋪設(shè)碎石墊層開展沉降補(bǔ)償，碎石上鋪設(shè)鋼板路基箱作為便道路基，形成一種可適應(yīng)多種交通荷載的便道快速修建方法。

海域?yàn)┩康貐^(qū)水域豐富，在動力荷載作用下水容易析出到固化硬殼層頂部，容易產(chǎn)生表面泥濘，影響上部平整度。碎石墊層一方面可以消散掉豎向荷載下產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力，另一方面也能補(bǔ)償微小的差異沉降，保證上部鋼板路基箱的平整。鋼板路基箱鋪設(shè)快速、便捷，能夠滿足施工車輛、施工機(jī)械及作業(yè)工人的通行需求。同時(shí)，運(yùn)行車輛輪胎直接與鋼板路基箱接觸，減小了磨損，對下部土層也起到了均勻壓實(shí)及保護(hù)的作用。便道在使用中總體穩(wěn)定、無坑洼沉陷等不良情況發(fā)生。

5.4 施工便道對既有橋梁樁基的影響分析

施工便道距離既有橋梁樁基10m以內(nèi)，從基礎(chǔ)沉降及樁基受力、變形角度，工況滿足施工安全要求。

（1）固化處理越深，地基沉降越小，固化深度1.65m時(shí)，便道最大沉降10.44mm。

（2）固化處理越深，樁基豎向沉降越小，固化深度1.65m時(shí)，樁基樁頂沉降2.5mm、壓縮0.3mm。

（3）固化處理越深，樁基側(cè)向位移越小，固化深度1.65m時(shí)，樁基最大水平位移1.42mm。

（4）工況從軸力增加角度，固化深度1.65m時(shí)，樁基最大軸力2580kN，最大軸力增量（最大樁側(cè)負(fù)摩阻力）507kN。

（5）固化深度越深，樁身彎矩越小，固化深度1.65m時(shí)，樁基最大彎矩43.18kN·m（最大拉應(yīng)力0.055MPa）。

從路基沉降角度，工況滿足路基沉降控制指標(biāo)。固化處理深度1.65m時(shí)，3年固結(jié)沉降16.69cm。

6 結(jié)束語

經(jīng)過理論研究及實(shí)踐應(yīng)用，海域?yàn)┩繀^(qū)淺層固化聯(lián)合鋼板路基箱便道施工技術(shù)適用于不同施工環(huán)境下的軟土地基處理，并確定了固化劑的摻配量和地基固化的處理深度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐驗(yàn)證，當(dāng)?shù)鼗袒幚砩疃葹?.5m，固化劑摻配比例為9%，地基承載力達(dá)到200kPa以上，滿足一般施工工況要求。針對需要承受較大施工荷載的特殊工況，地基固化一次性最大處理深度可達(dá)到8m，地基承載力最大可達(dá)到400kPa～500kPa。地基固化實(shí)施后，應(yīng)及時(shí)施工墊層，防止機(jī)械設(shè)備直接在固化層表面作業(yè)，造成磨耗損壞。鋼板路基箱將表面荷載均勻分散到固化硬殼層，降低其底部的附加應(yīng)力及水平作用力，同時(shí)鋼板路基箱應(yīng)根據(jù)施工工況設(shè)計(jì)，控制施工荷載下所產(chǎn)生的變型。采用“就地固化+碎石調(diào)平層+鋼板路基箱”的道路結(jié)構(gòu)，能滿足海域?yàn)┩繀^(qū)施工便道的建設(shè)要求，且相較其他處理方式施工技術(shù)安全可靠，施工過程快速高效、節(jié)能環(huán)保，具有較為突出的社會經(jīng)濟(jì)效益和推廣應(yīng)用前景。