固化改良土施工工艺研究

1、HEC固化改良土施工工艺研究 张洪江覃静 摘要:结合工程特点,采用高强耐水固化剂对路基填土进行了改良,探讨了固化土的施工工艺和质量保证技术措施。 得出了工程各项指标均达到设计要求的结论,结论表明HEC固结改良土在同类工程中具有良好的适用性。 关键词:高强耐水土体固结剂,改良,施工工艺 中图分类号:U416.1文献标识码:A HEC(High Strength and Water Stability Earth Consolidator)是一种属于无机水硬性胶凝材料的高强耐水土体固结剂,其活性成分渗入被固结体单元的相界面上,激发被固结土体中硅酸盐活性,利用多组分复合产生超叠加效应,使之形成牢固的

2、多晶聚集体,HEC的水化产物将被固结体基本单元粘结成为牢固的整体, 实现从内部到表面的整体固结作用,从而产生较高强度和水稳定 性1。因此,HEC广泛应用于道路交通工程、水利港口工程、水土保持工程等领域2-4。 1工程概况 上海枢纽闵行铁路货场工程位于冲海积平原区,表层人工填土厚0 m2 m,下层灰黄色软塑粉质黏土,厚0.6 m3.2 m,地 基承载力105 kPa。原状土地基承载力较低,含水量较大,若全部 挖除换填处理工程造价太大,因此考虑采用在散堆区、预留货坪等地点原地面以下挖除原状土掺加HEC固结剂进行改良填筑路基的方案。经过室内试验并结合现场的实际情况,确定HEC改良剂的掺加量为6%,通

3、过HEC固结土体,经过碾压达到压实板结,提高土体承载力的目的。质量控制标准为:改良土压实度不小于94%, 7d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa,地基系数K30100 MPa/m。 2HEC固化改良土施工流程 选取H2GDK10+140H2GDK10+290段预留货坪作为改良土试验段,总计施工改良土1 050 m3。地基处理后满足承载力 要求,HEC固结剂及原状土经检测均符合要求后进行固化改良土 体的施工。其具体施工流程如下: 1)测量放样。在检测合格的路基上恢复中线,每10 m15 m 设一桩,并在两侧设指示桩,指示桩上用明显标记标出HEC固结土层顶部的设计高程位置。 2)原状土摊铺。原状土

4、分三层摊铺,每层虚铺厚度分别为 22 cm,22 cm,21 cm,若路基太干,摊铺前应先洒适量的水使路基 表面湿润,在施工区域采用履带式挖掘机将原状土倾倒在路基上 初步摊铺平整,随后使用平地机平整找坡,再用路拌机搅拌两次 打碎较大土块,人工配合将超径土粒及杂物剔除,实验室人员取 原状土测定土的含水量,若在混合料的最优含水量14.5%的 +6%-1%范围内即可进行摊铺HEC改良剂施工,若含水量 过大则需进行晾晒处理,若含水量过小则需洒适量的水提高含水 量(经试验掺入HEC改良剂后可使原状土的含水量降低2%)。 3)HEC改良剂摊铺。摊铺HEC改良剂前,先用徐工220型 振动压路机(22 t)静

5、压,并按宽3 m×长3 m划定方格网,每一方 格网内摊洒3袋HEC改良剂,并用刮板将HEC均匀摊开,摊铺时注意使每袋HEC的摊铺面积相等,摊铺完后,表面保证没有空白位置,也没有HEC过分集中的位置。 4)改良土拌和。采用路拌机对改良土拌和2遍,路拌机工作 速度应小于3.3 km/h,拌合深度不小于摊铺厚度0.22 m,并避免 素土夹层,拌和时控制改良土含水量,使改良土达到最佳含水量 状态并保证拌和均匀后改良土应色泽一致,无灰条、灰团和花面。 5)整形。改良土拌和均匀后,使用徐工220型振动压路机 (22 t)静压1遍,然后用平地机对改良土进行整形,在直线段由两 侧向路中心进行刮平;对

6、于局部低洼处,应用尺耙将其表层5 cm 以上耙松并用新拌的改良土进行找平。将HEC改良土整形达到 设计要求的坡度(2%)和路拱,应特别注意接缝处的顺适平整,在 整形过程中,严禁通行车辆。 6)碾压。摊铺整形结束后立即选用徐工220型振动压路机 (22 t)进行弱振碾压1遍,再强振1遍,弱振1遍,最后静压1遍 收光,碾压时遵循先轻后重、先慢后快的原则,碾压速度控制在 1 km/h1.5 km/h范围内,弱振振动力控制在200 kPa左右,强 振振动力控制在350 kPa左右。碾压应在最佳含水量14.8%时 进行压实,各部分碾压次数尽量相同,道路两侧多压1遍2遍。 碾压完毕后,轮迹深度不得大于5

7、mm,并测量压实后的顶面高程。 碾压过程中,使HEC固结土的表面始终保持湿润,如水分蒸 发过快,及时补洒少量的水;如有“弹簧”、松散、起皮等现象,翻开 重新拌和并再加适量HEC,使其达到质量要求,从拌和到碾压完 成的所有工序必须在3 h4 h的初凝时间内完成。 7)接缝的处理。搭接缝的处理:在碾压过程中,对同日施工 的两工作段的衔接处采用搭接。前一段拌和整形后留1 m2 m 不进行碾压,后一段施工时对前端未压部分添加HEC改良剂重 新拌和后与后一段一起碾压。工作缝的处理:在已碾压完成层的末端,沿固结改良土挖一 条横贯铺筑层全宽约30 cm的槽,直挖到下承层顶面,此槽与货坪的纵向中心线垂直,靠固

8、化改良土的一面切成垂直面,并放2根 与压实厚度等厚、长为全宽1/2的方木紧贴垂直面;用原挖出的 改良土回填槽内其余部分;邻接作业段拌和后,除去方木,用混合料回填,靠近方木未能拌和的小段,用人工进行补充拌和。整平时,接缝处的改良土比已完成断面高出约5 cm,以便形成平顺的接缝。 纵缝的处理:施工时尽量避免纵缝,若分两幅施工时,纵缝必 须垂直相接,不应斜接,并按下述方法处理:a.在前一幅施工时, 在靠中央一侧用方木或钢模板作支撑,方木或钢模板的高度与固 结土层的压实厚度相同;b.改良土拌和结束后,在铺筑另一幅之 前,拆除支撑木(或板)的一部分,接缝部分人工进行补充拌和,然 后进行整形和碾压。 8)

9、养生及成品保护。每一段碾压完成并经压实度检查合格 后,应立即开始养生,用土工布覆盖,保持表面湿润,若表面干燥 洒水养护,养护期定为7 d,其强度可达到设计强度的80%,养生 期间禁止车辆通行。养护期过后,检测地基系数K30并做好成品保护工作。严格 限制车辆、控制车速、规定路线。 3质量检测控制 1)路基经弱振碾压1遍,再强振1遍,弱振1遍,最后静压 1遍收光后压实度为94.5%,满足压实度要求。 2)室内成型试验。混合料室内无侧限抗压强度平均值为 1.02 MPa1.0 MPa,满足强度设计要求。 3)室外K30检测试验。改良土K30平均值为160 MPa/m 100 MPa/m,满足地基系数

10、设计要求。 4结语 通过对HEC固化改良土施工工艺的试验研究,确定了改良 土最佳施工配合比、摊铺厚度、拌合遍数、碾压遍数等有关工艺参 数,达到了工程的各项设计指标,效果良好。由于HEC具有固结 材质要求低,固结剂凝结硬化早、掺量少,固结体耐水性、耐侵蚀 性和耐久性好等优点,与传统方式相比,可以提高强度和缩短施 工周期,因此带来的间接经济效益和环保效益也十分显著,值得 在类似工程领域中推广运用。 参考文献: 1梁文泉.土壤固化剂的性能及固化机理的研究J.武汉水 利电力大学学报,1995(12):50-54. 2何真,梁文泉,李亚杰.土体固结剂(HEC)固化三峡工程 弃渣试验J.人民长江,1999

11、,30(7):4-8. 3陈士强,罗春燕,苏珠琨,等.HEC海砂混凝土性能及其在康 熙岭海堤建设中的应用J.广西水利水电,2004(3):1-4.4郑际毅.HEC固结剂在港口工程中的运用J.珠江水运, 2005(9):38-40.高强高耐水土体固结剂（High Strength Water Stability Earth Consolidstor，缩写为HEC）是以工业废渣为主要原材料以与其?它组分多复合产生超叠加效应、在常温下能够直接胶结土体?中土壤表面并与土体颗粒中铝硅酸盐矿物发生反应生成胶凝?物质从而使土体产生较高强度和水稳定性的土体硬化剂。?HEC开发研制，主要解决常温固化土体中普遍存

12、在的技术问?题、经济问题和可持续发展问题。常温土体固化存在的技术?问题是被固结体的水稳定性问题。传统固化技术和方法中，常采用石灰土和水泥作为固化土体的胶凝材料，如石灰土和水泥土等。采用石灰土和水泥土虽然能达到设计要求的强度，但其耐水性很差，如公路路基的破坏和堤防管涌的发生，往往并不是由于土体强度不够，而是其水稳定性差导致的。采用HEC代替传统的水泥和石灰，仍采用传统的施工方法，即可使土体固结体的耐水性提高10倍以上。由于HEC固土体具有早期强度高、后期强度稳定发展，且水稳定性好、耐久性高的特点，尤其是就地取材，大量有效地利用地方性材料，可使工程造价下降2030。HEC价格与目前水泥价格相当，其

13、生产过程中大量应用粉煤灰和矿渣等工业废渣，且无二次污染，有利于保护资源和环境，HEC技术是可持续发展的。综合分析实验定试验和工程施工应用试验，HEC的性能特点如下：1.HEC固化剂固化范围广泛。可代替普通水泥配制混凝土，对骨料含泥量可由2放宽到8，且对混凝土工作性强、强度及耐久性无不主?影响；可固化一般土体，包括砂质土、壤土、粘性土，还可固化特殊土，包括膨胀土、湿陷性黄土和淤泥；此外，可固化工业废渣，如粉煤灰渣、尾矿砂等；2.HEC掺量少、固结体性能稳定。HEC掺量一般为土体干重的510。被HEC固化的土体早期强度高，为同条件下水泥土强度的120200。后期强度稳定发展；与水泥土相比，抗剪强度

14、提高100200，软化系数大于0.90；抗硫酸盐介质化学侵蚀系数大于1.0；抗冻融循环能力提高200；渗透系数达到10的负7次方10的负8次方cm/sec；线收缩率只有0.030.85%。自由冻胀率为0.030.96%。3.HEC固化土体的工程施工，而无需增加新的设备。HEC主要用于以下工程：1、道路工程：高等路路基、护坡，一般公路（乡村公路）路基及路面。2、水利工程：堤防加固、防渗帷幕、渠道衬砌、边坡稳定、护砌工程等。3、建筑工程：基础处理、桩基施工、地下连续墙等。4、废渣处理：固化粉煤灰（渣）制作新型墙体材料CFG桩是英文Cement Fly-ash Gravel的缩写，意为水泥粉煤灰碎石

15、桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。CFG桩的适用范围很广。在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。CFG桩的施工， 应根据现场条件选用下列施工工艺：1、长螺旋钻孔灌注成桩， 适用于地下水位以上的粘性土、粉土、

16、素填土、中等密实以上的桩土. 2、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩， 适用于粘性土、粉土、砂土， 以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地. 3、振动沉管灌注成桩， 适用于粉土、粘性土及素填土地基. 材料要求：1、混凝土、混凝土外加剂和掺和料: 缓凝剂、粉煤灰， 均应符合相应标准要求， 其掺量应根据施工要求通过试验室确定. 2、严格按照配合比配制混合料。3、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度宜为160200mm， 振动沉管灌注桩成桩施工的坍落度宜为3050mm， 振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm. 4、长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.21.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。其他注意事项：1、冬期施工时混合料人孔温度不得低于5，对桩头和桩间土应采取保温措施。2、施工垂直度偏差不应大于1%；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。主要技术指标：根据工程实际情况，水泥粉煤灰碎石