HEC固化改良土施工工艺研究

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 m 2 m 下层灰黄色软 塑粉质黏土 厚 0 6 m 3 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 K30 100 MPa m 2 HEC 固化改良土施工流程 选取 H2GDK10 140 H2GDK10 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 m 15 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 h 1 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 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 h 4 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 m 2 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 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 MPa 1 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 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 20 30 HEC 价格与目前水泥价格相当 其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 5 10 被 HEC 固 化的土体早期强度高 为同条件下水泥土强度的 120 200 后期强度稳定发展 与水泥 土相比 抗剪强度提高 100 200 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 03 0 85 自由冻胀率为 0 03 0 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 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160 200mm 振 动沉管灌注桩成桩施工的坍落度宜为30 50mm 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 2 1 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