中铁十局集团第五工程有限公司 苏州 215011
摘要：现阶段软弱地基处理技术方案越来越成熟。一般铁路工程深层软弱地基采用桩基础，而浅层软弱地基则采用换填施工。随着环境整治工作的不断深入，淤泥质土的大量外弃对环境的破坏已经成为不可避免的事实，采用固化剂对对淤泥质土进行固化处理能很好的解决这一问题。土壤固化剂是固化土壤的新型材料，它适用于不同类型的土壤。土壤固化剂在道路及场地工程、渠道防渗工程中得到了应用，但在市域铁路中还未发展应用。市域铁路是连接中心城区和周边城镇修建的快速、大运量用电力牵引的轨道交通，是有别于国家铁路和城市轨道交通的一种新型城市公共交通工具。市域铁路因其特殊性，各项施工技术的研究有助于标准的完善。站场范围内软弱地基处理是工程施工中非常重要的施工环节之一，在市域铁路淤泥质地基处理采用固化法施工属于首次。通过技术创新研究，解决淤泥外运，进行场内处置，确保工程安全环保、高效率的实施，形成市域铁路示范性工程，建立城际铁路沿线桥梁绿色、节能、高效施工成套技术。
关键词：市域铁路站场工程；淤泥质地基处理技术；改进
引言
土壤固化剂是一种可以快速而显著改变土壤的物理力学性能，使之具有工程特性的相对强度高、收缩量小、颗粒间空隙减小、压实度高、不会出现“再次泥化现象”的工程材料。当前国内各地使用的土壤固化剂种类很多，固化机理不一，固化机理归纳起来总结起来，可以概况为物理力学过程、化学过程、化学过程和物理化学等3大过程。固化剂在地基处理中的应用及研究还未成熟，还未形成成熟的设计理念和施工方法。为此本文结合实践案例，针对市域铁路站场浅层淤泥质土地基处理设计及施工方法进行探讨，用以指导今后市域铁路工程的设计与施工，保证工程质量。
1工程简介
1.1工程概况
拟建工程区山前冲海积平原区及海积平原区，地面高程为 2.4～8.8m，地势平坦、开阔，沿线主要为农田、河流。主要种植水稻、蔬菜。厂区内第四系厚度大，地层结构较稳定。桥梁、车站及房屋等工程、路基及场坪工程地基处理主要采用桩基础。车辆段起点区域内TLGDK1+062.5～TLGDK1+131段设计采用挖除换填AB组料。总方量39414m3，换填厚度2m-4m多。
1.2 设计要求
（1）本项目TLGDK1+062.5～TLGDK1+131段基表层底松软土层需处理至硬底。根据地质报告，硬底层为凝灰岩，基本承载力200KPa。
（2）TLGDK1+062.5～TLGDK1+131有咋轨道段：工后沉降控制标准不大于30cm，桥路过渡段不大于10cm，沉降速率不大于5cm/年。
1.3 工程地质
根据勘察报告，此段地基地层如下：
（1））3-1：Q41m 淤泥质粘土，灰色、灰黄色，流塑，含有少量腐殖物和贝壳碎屑，局部夹有少量粉砂，稍具腥臭味，土质均匀，切面光滑，局部相变为粉质粘土。
（10）1-1：K1c凝灰岩，黄褐色、棕红色，全风化，岩芯呈砂土状及粘土状，局部夹强风化碎块，揭示顶板标高3.85-4.02m，基本承载力200KPa。
2方案选择
本段处理面积15400m2，淤泥质土层厚2-4m，一般采用换填施工。换填时需淤泥外弃，外弃方量约4万m3，并且外弃后需采用AB组料换填。外弃大量淤泥质土及AB组料开采都不利于生态保护，因此利用现有资源采用固化法施工。固化法采用场拌分仓异位固化分层回填压实法。固化剂采用表面活性剂类固化剂。
固化法是土从特性、结构上是类似于粉喷桩的桩体，均为在淤泥中形成硅酸盐类高强度骨架。固化剂中的矿渣微粉、硅酸盐熟料等成分的活性物质在固化剂本身创造的碱性环境中发生更充分的水化、水解反应，生成各种水化产物，并产生较多的胶凝物质。这些胶凝物质会凝结、包裹淤泥中的细小颗粒，使之团粒化，形成一个由水化胶凝物为主的骨架结构，从而具有一定的强度和稳定性。
3施工步骤及主要技术措施
3.1试验准备
为了保证施工质量，应根据处理淤泥质土的种类和性质，固化剂的主要物理、化学性质与使用性能，加固要求、施工条件等选择固化剂种类、固化剂材料配比及添加量。使用前应进行调配试验和现场固化试验。
3.1.1 配合比设计
（1）原材料试验；
（2）试件制备；
（3）固化淤泥质土凝结时间、体积安定性试验；
（4）固化淤泥质土无侧限抗压强度；
（5）确定设计配合比及最佳含水率。
针对现场淤泥质土样进行了室内固化的试验，选取了最优的固化配比方案，固化剂掺量90kg/m³。
3.1.2 原材料试验
（1）淤泥质土的颗粒分析，测定液限和塑限、有机质含量、含水率、PH值；
（2）固化剂采用粉状固化剂，原材料检测应符合下表：
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3.2施工工艺
针对现场勘察的实际情况和不同的结构设计方案，采用专用固化剂试验配比掺量淤泥质土进行固化处理。固化土施工按照施工规划设置施工作业面，采取分仓异位分层施工法。
施工方式为异位固化分层回填压实，具体流程如下：
地基处理为淤泥质土，地基承载力底，大面积开挖会造成坍塌等，大型机械无法施工，因此采用分仓法进行施工。地基固化采用挖机作业，先行开挖至设计层底标高，将开挖出的土料堆放至预定场地，待开挖出分区工作面，将堆放土料异位充分固化，再分层回填压实。
由于开挖工作量较大，需先行确定异位堆放土料的场地，且开挖深度较大，应预留足够大的工作面以满足放坡开挖及回填要求。
3.2.1设备及机械
测量设备：水准仪及现场检测设备；
施工机械：挖掘机（包括特殊研制改造带搅拌器的挖机）、压路机、运输车（小型或中型运输车）、铲车等。
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图1 固化土加固层施工工艺流程图
3.2.2场地清表整平
先行对场地进行清表作业，清除场地表层杂物，并对施工区域进行整平。同时对于现场的草根清除。
3.2.3开挖堆放
根据挖机操作工作面及施工效率安排分仓面积。施工前用白灰撒线，规划成10*3m2的方格，两台挖机为一组，一台挖土，一台搅拌。开挖时跳槽开挖，防止大面积开挖造成淤泥质土坍塌而无法回填。
开挖时从固化区域两端向中间施工。首先对作业区边缘区域进行处理，目的是保证地基承载力能够满足挖机施工要求及提供挖机翻出的淤泥质土与固化剂进行拌和场地。然后进行开挖，挖机工作面一侧因有足够的承载力并且为已经施工完成地段，另外三侧禁止机械行走。挖机将挖出的淤泥质土堆放至已处理好的区域，堆放成方形体积。
3.2.4固化搅拌
将挖出的土方添加专用固化剂，采用带破碎斗的挖机进行固化搅拌。
（1）固化土堆放
在拌和区域将淤泥质土平整，高度为约1.5米。淤泥质土堆后，表面要平整、高度基本一致，每一堆淤泥质土高度误差不超过10cm，用50米钢卷尺测量淤泥质土堆的长、宽、高，计算出淤泥质土堆的体积，根据单台挖机单仓开挖的方量，淤泥质土堆的大小控制在70m2左右。
（2）固化剂布设
根据淤泥质土的体积及试验配比进行固化剂布设，固化剂设需打网格，将固化剂均匀布设在平整后的淤泥质土顶面，采用每平方米的固化剂量进行控制。固化剂采用袋装，进场后对每袋固化剂进行称重检查。
（3）固化土拌和
固化剂均匀布设完毕，用带破碎斗的挖掘机进行翻拌，每次挖掘机均需拌和至固化土底。从布设好的固化剂一端拌和至另一端。拌和时挖掘机须将固化土从最高处放下，让固化土从堆中自由落下，四周分散开，形成椎体。固化时对破碎斗进行调整，使固化土的最大粒径不超过25mm，对四周的大颗粒固化土清除或再次破碎。
（4）固化土拌和要求
a、使用挖掘机对混合物反复揉碾，使固化剂和淤泥质土充分接触，以最大程度激发土体活性，达到良好效果。
b、单独使用挖掘机搅拌时，为保证搅拌效果，每次搅拌速率宜为10m3/20分钟。
c、固化土搅拌后，无固化剂块状物质，色泽一致、均匀。有经验的工程技术人员可采用现场目测法判断。
d、潮湿地区或多雨季节施工时，应采取措施，保护好固化剂和已搅拌待摊铺的固化土，防止渗水或雨淋。
（5）固化土闷料
搅拌完成的固化土含水率较高，则可打堆闷料降水，使含水率符合控制指标要求，检测合格的固化土应及时摊铺碾压。
（6）回填压实
搅拌均匀后按回填要求分层回填，固化土分层摊铺厚度为30-40cm，含水率控制在30%-45%。因淤泥质土开挖采用跳仓法开挖，大型压路机无法进行碾压，采用摊铺平整后及时用挖机或小型打夯机进行压实，每层压实后及时回填下一层直至顶面。顶层采用压路机碾压，遵循从两边向中间、先轻后重、先慢后快、先静压后若振终静压的原则，碾压遍数不小于3遍，碾压速度不宜超过4KM/h。
（7）整型要求
回填至顶面时采用挖机、推土机进行整平处理即可。相邻两仓结合处开挖台阶进行搭接。相邻两仓接头部位控制在24小时内完成，利用固化剂中的矿渣微粉、硅酸盐熟料等成分的活性物质在固化剂本身创造的碱性环境中发生更充分的水化、水解反应，生成各种水化产物，并产生较多的胶凝物质。这些胶凝物质会凝结、包裹淤泥中的细小颗粒，使之团粒化，形成一个由水化胶凝物为主的骨架结构，从而具有一定的强度和稳定性。
（8）工后养护
a、固化场地顶面应覆盖薄膜或土工布等进行养护，若实际施工条件衔接较紧，则采用洒水方式养护，养护期间固化场地表面不得有积水现象，场地采用洒水养护。
b、固化土养护龄期一般在28d左右。若固化土场地养护得当，养护期间当地气候条件较好，土体强度增长较快，养护龄期可缩减到14d左右，即可满足场地承载力要求。整个养护期，淤泥固化土的强度处于不断地增长状态，在其养护未达到要求养护龄期之前，应禁止各类车辆通行。
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图2 固化土养护 图3 整形后固化土
4检测与监测
4.1 检测指标
固化土检测指标要求：现场28d取样检测：γ≥16.5KN/m3，C≥60KPa，Φ≥15°，Es≥6MPa，σ0≥200KPa，K30≥100MPa/m。现场检测各项指标均能达标。
4.2监测
轨道铺设完成后，进行了沉降观测，共选取了2个断面，第一个断面布置3个点，第二个断面布置了4个点，观测时长6个月。本次评估采用指数曲线法预测结果作为最终结果开展区段沉降变形分析。从计算预测结果看，动荷载工后沉降最大2.7mm，沉降满足要求。
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图5 监测沉降过程线组合
表1观测标实测沉降观测数据统计表
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表2 沉降预测成果表（单位：mm）
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表3工后沉降差及转折角统计表
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5结语
随着社会的不断发展，各行各业工程建设需求也越来越大，而传统的换填施工需炸山碎石、挖河采砂，造成了严重的自然破坏。在工程建设中直接取用地球上最经济、来源最广泛的材料-土壤，对自然生态环境起到了积极的保护作用。土壤固化剂具有就地取材、施工工艺简单、工程造价低等方面优点，其经济效益和社会效益非常显著。通过本工程成功实践应用总结，采用固化剂处理浅层软土能够满足设计要求，为市域铁路的软基处理设计理念、验收标准及施工方法指导了方向，促进了软土固化的发展。
参考文献：
[1]吹填土地基处理技术规范 GB/T 51064-2015.
[2]土壤固化剂应用技术导则 RISN-TG003-2007.
[3]《土壤固化剂》CJ/T3073—1998。