曹京建

(广州珠江工程建设监理公司)

【关键词】:土壤;固化剂;地基;应用

【中图分类号】: TU223　【文献标识码】: B

1　前　言

为了满足工程建设的需要,地基处理这门古老又年轻的 学科在大家共同努力下取得了长足的进步和发展。面对出 现的新形势和高要求,在现代技术的促进下,已发展起来众 多的地基处理方法和技术,如排水固结法、振密挤密法、置换 及拌入法、灌浆法、加筋法、冷热处理法、托换技术及其他方 法等。这些方法在通常情况下,只要运用得当,就能够解决 遇到的地基问题,满足建筑物对地基的要求,但在特殊情况 下,有些方法并不奏效,对在发展中提出的新要求难以满足 这就需要我们创造新的技术,开发新的方法。如在软土地区 修建高速公路时常常采用深层搅拌法,用复合地基的方法来 解决路堤的过多沉降,满足工后沉降的要求。但是在实践中 由于粘土含水量过高,有机质含量偏大的情况下,即使水泥 的掺入量再增加也难以提高水泥土桩体的强度。大量湿地 表层的清淤和回填,既费时又费钱。此外,还有一些工程的 大量弃土,既不能作填料,又占用了大片土地堆放。在这种 情况下人们不得不从另外一个角度出发,研制一种新的掺入材料,能更好适应土壤强度的提高,变形的减少,更符合地基土的改良,代替过去传统的石灰、水泥,这种材料就是土壤固 化剂。从广义来说水泥石灰也属土壤固化剂,我们称其为传 统土壤固化剂。这里所说的土壤固化剂,是更优于前者,在解决高含水量富含有机质的粘土问题时收到了非常好的效果,与水泥相比具有很好的性价比,并能扩充应用到地基处理其他方面的一种新材料。土壤固化剂从材料角度出发,开辟了地基处理的新途径。

2　地基浅层处理及土壤固化剂的作用

在实际工作中,当天然地基已经不能满足支承上部荷载 和控制建筑物变形时,必须对地基进行处理,经过人工处理 的地基称为人工地基。人工地基从处理深度上可分为浅层处理和深层处理。实际上浅层处理和深层处理很难明确划 分界限,一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以下5m深度以内。浅层人工地基的采用不仅取决于建筑物荷载 大小,而且在很大程度上与地基上的物理、力学性质有很大的关系。地基浅层处理与深层处理相比,除了处理深度不同外,浅层处理工艺技术和施工设备一般较为简便,但是往往量大面广,施工快捷。浅层处理的方法较多,归纳起来有以下几种:

表层压实法,当需要处理的地基软弱土位于表层,厚度 不大,或上部荷载较小时,可采用表层压实法。垫层处理法, 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求,而软 弱土层的厚度又不很大时,采用垫层法能取得较好的效果。 目前,在软弱土地区经常采用的是换土垫层,如砂垫层、砂卵石垫层、矿渣垫层以及用其他性能稳定、无侵蚀性的材料做 的垫层等。虽然所采用的材料不同,但其极限承载能力还是比较接近,沉降特点也基本相似,其主要作用是提高地基承载力、减少沉降量、加速排水固结、防止冻胀以及消除膨胀土的胀缩作用等。此外,在浅层处理中还有重锤夯实法,短桩处理法、褥垫法等。

在浅层处理中土壤固化剂能够发挥很好的作用,主要是应用固化剂的特性,利用软弱土层处于地表不深的条件, 掺入一定量的固化剂均匀搅拌碾压,使其成为一定厚度的垫层,达到垫层法应有的效果。所不同的是上述几种垫层处理法是用一种或几种天然材料或人工材料由单体形成, 不涉及对软弱土层进行土质改良,可是使用了土壤固化剂后,利用固化剂与软弱土壤进行一系列的物理化学作用, 形成了比原来土体强度更高、变形更小的人工垫层。同时从施工方便和经济效益上来说比其他的换土垫层要好得多。它可以把软弱土不挖除仍留在原地,只是把它捣松,均匀掺人固化剂,再进行压密便成为质量满足要求的人工地基。

另一个显著特点是具有可调性,选用何种土壤固化剂,可根据土壤性质来决定,如根据含水量、有机质含量来选用针对性好的固化剂。同时也可根据建筑物对地基的要求确定固化剂掺人的量和形成垫层的厚度等。应该说使用土壤固化剂进行浅层处理具有更大的优越性。同时在其他浅层处理方法中也可采用土壤固化剂,如短桩处理法、褥垫法中的桩体及褥垫也可采用就地取材加固化剂形成更好的增强体。当我们从本质上了解了土壤固化剂后,就能将其灵活运用到地基处理中去。

3　土壤固化剂在地基浅层处理中的室内配比试验

3·1　室内配比试验的必要性

如前所述,土壤固化剂有很多种类,每种类别具有它的针对性,一种土壤固化剂在某地区对某种土壤有较好的固化效果,但对另一种土就不见得有这种效果,在这种情况下我们只有重新选择固化剂,或者配制适合于这种土壤的固化剂。自然界的条件是复杂的,各地区形成的土壤性质也有很大差别。在这种情况下必须对所用的土壤固化剂与被固化的土进行室内试验,测试固化的可能性和实际效果。纵然室内试验与现场真实情况还有一定差距,但是能基本反映固化的可能性和大致效果,可以作出基本选择。只有在室内试验认可的条件下才可进行下一步的现场试验和施工。

3·2　固化试验的技术要求和方法

(1)技术要求。不论是采用何种土壤固化剂首先必须符 合本身的质量要求,例如粉状土壤固化剂细度为0·074 mm 标准筛筛余量不得超过15%,液粉土壤固化剂中溶液的固体含量不得大于3%,不得有沉淀或絮状现象。初凝时间应大 于4h,抗压强度损失不大于10%。测定安定性,固化土壤试 件烫65℃蒸养24h后,在蒸煮箱中自然冷却,试件表面不得 有裂纹。固化土的无侧限抗压强度, 7天龄期抗压强度不得 低于表1所列值。

(2)试验方法。固化土的击实、固化土的无侧限抗压强 度试验、固化土凝结时间试验等均按照JTJ 057(T 0805)进 行。试件数量(即平行试验的数量),至少制12个。固化土 混合料从加水拌和开始计时,拌和均匀后,立即成型6个试 件。剩下一半用湿布盖上,停放4h再成型6个试件,进行养 生。等6天后将试件投入水中浸泡24 h。将上述两组进行 无侧限抗压强度试验,求出每组的平均值,按下列公式计算凝结时间影响强度系数:

式中:hR为凝结时间影响强度系数;R4n为固化土混合料 停放4 h后成型试件抗压强度,MPa;及为固化土试件抗压强 度,MPa。

对于固化土安定性试验,将养护1天的6个试件放人蒸 养箱中蒸煮,温控65℃,蒸煮24h,然后自然冷却,观察试件 表面是否有裂缝及掉皮。

4　土壤固化剂在地基浅层处理的设计与施工

4·1　浅层处理设计

与其他地基处理的设计一样,首先必须明确在人工处理 的地基上修建筑物对地基的具体要求,例如处理后的地基要 达到多少承载力,地基变形需要满足什么样的要求,然后再 去考虑选用什么样的土壤固化剂,掺多少量才能满足要求, 这种设定还需要通过室内试验证实是可能的,并确定下列项 目的具体数值:地基加固深度或垫层的厚度、宽度、采用的土 壤固化剂及具体掺入量、施工的具体要求,包括搅拌均匀、压实标准、检测方法和标准等。

4·2　浅层处理施工

采用土壤固化剂进行浅基处理施工主要根据设计要求 来进行。一般情况下可分为两大类,一类是基底处理,将处于底部的软弱土通过土壤固化剂的掺人搅拌压密等工序,使其成为具有一定强度的结实土层,或者在底部通过掺人固化剂的外来料填入,经搅拌碾压成结实的垫层;这两种基底处理的区别在于就地土壤固化和外来固化料的填筑。另一类就是短桩处理,当地基处理超过一定深度时,固化剂的掺入只能通过短桩的形式插入,常常以复合地基的形式加固地基。

基底处理施工中经常有两种方法:一种是场拌法,另一种为路拌法。场拌法是选择在一个固定的合适场地内,将欲固化的土壤运至场地,运用机械的方法将土与固化剂强制搅拌,然后将经强制搅拌后的固化土在填筑的场地上摊铺平整压密,每次摊铺一定厚度,以便压实。这种方法搅拌质量较好,也易摊铺均匀,压实紧密,但成本较高,应用不广。应用较为广泛的是路拌法,路拌法的施工工艺流程如下:

对于采集的土要除去土中的树木草皮,如堆土过干燥应先洒水,使其表面湿润,如堆土太湿则需晾干,使土大体达到最佳含水量的标准,以便压实更有效。在每层压实后需作检测,只有达到标准后才可作下步工序。所用机械可用平地机、旋转多铧犁、路拌机、碾压机等将土粉碎并与固化剂搅拌,然后用碾压机压实。

5　土壤固化剂地基浅层处理工程实例

采用土壤固化剂作浅层地基处理的工程已经比较多了, 效果良好,比较有影响的几个工程之一是北京中南海、昆玉河水系治理工程,此工程中,利用固化剂与湖底淤泥拌和均匀后碾压平整,养护三天即可。由于就地固化,施工方便,使整个工程造价节省30%左右。使用几年来湖水清澈见底,湖底也未见泥化,更没有污染,受到国家有关领导的好评。 [ID: 2773]

参考文献

[1]　中华人民共和国城镇建设行业标准.土壤固化剂Soil stabilizer (CJ/T 3073-1998).

[2]　中华人民共和国行业标准.固化类路面基层和底基层技术规程 (CJJ/T 80-98).

[3]　杨志宏,张炳宏.新型材料———奥特富特(Aught-set)土壤固 化剂的应用技术.铁道标准设计. 2000.