中铁十局集团第五工程有限公司 江苏省苏州市 215011
摘要：该文章以苏州市相城区春申湖路快速化改造工程为依托，研究一种新型自密水泥土作为回填料在地下空间结构顶部施工的关键技术，目的是创新一种施工快速、经济适用、技术可行、安全可靠、效果良好的回填工艺，一定条件下可替代人工夯填土石方、泡沫混凝土等，解决结构顶一定深度范围内不得有大型机械扰动带来的问题和专业化机械施工难度高等问题。为地下空间结构表层回填提供参考。
关键词：自密水泥土；地下空间；城市隧道；地下室；管网沟槽
1工程实例
苏州国际快速物流通道二期工程，春申湖路快速化改造工程三标（CSH-TJ03），标段线路总长为 3.53km，其中元和塘东隧道为东西方向，全长2.86km（暗埋段长2.52km，敞开段长0.34km），相城大道下穿和齐门北大街下穿为南北方向。工程基本功能为原老城区路面无法满足车流量需求，采用增加路面下隧道，形成上下两层（十字路口三层）的通行模式进行道路提升改造。
元和塘东隧道主线标准断面采用单箱3室框架（两孔一管廊）结构，双向六车道，总宽度31.8m，全线包含两处进出口匝道。基坑开挖最深处为19m，最宽处为52.1m。齐门北大街下穿和相城大道下穿通道设计采用双向四车道，标准断面宽度为18.4m。隧道结构顶覆土厚度为0~9m。设计覆土厚度小于1m的部位、断面超宽折板拱部位以及柴水泾倒虹吸爬升部位采用泡沫混凝土回填。经过研究分析及计算，以上部位采用自密水泥土代替泡沫混凝土回填，另外将隧道结构顶30cm素土回填替换为自密水泥土回填，解决了小型机具人工夯实周期长的问题。取得了良好的经济效益及工期社会效益。
2技术背景
（1）现场土质
该工程位于苏州市相城区，隶属于长江三角洲太湖流域冲积湖积平原区。市政明挖基坑土方自上而下依次为素填土、粘土、粉质粘土、粉土等。具体情况如下：
①3素填土：灰黄～灰色，松软，主要由粘性土组成，含植物根茎及少量碎砖、石等，土质不均，厚度 0.50~3.80m。
②3粉质粘土：灰黑～灰色、夹杂青灰色且浅部夹少量灰黄色斑点，厚度 1.50～4.90m。
③1粘土：灰黄色，可～硬塑，含铁锰结核，夹灰色条带，厚度 1.00～4.10m。
③2粉质粘土：灰黄、青灰色，可～软塑，含铁锰质氧化斑点，下部夹薄层粉土，局部粉质含量高，厚度0.70～2.80m。
④1粉质粘土：浅灰～灰色，软塑为主，夹薄层粉土，厚度 0.70～5.00m。
（2）方案优化及可行性分析
元和塘东隧道断面形式主要归纳为两种，一种为标准矩形断面（宽度为31.8m）；另外一种为超宽折板拱断面（宽度为31.8-52.1m），占比73%。就本文研究内容而言，超宽折板拱断面形式相对复杂一些，且包含标准矩形断面所涉及的问题。故本文以苏州春申湖路元和塘东隧道超宽折板拱断面为例开展分析研究。
1）原设计方案
市政隧道结构顶防水保护层完成以后，覆土厚土小于1m的部位，使用轻质泡沫混凝土回填；覆土厚度大于1m 的地方，折板拱部位使用泡沫混凝土填平，达到设计强度之后，结构顶50cm以内用素土分层回填压实，利用小型夯机人工夯实，50cm以上部位方可以采用大型碾压机械压实。柴水泾倒吸虹爬升段上部使用泡沫混凝土回填。地面桥涵外侧及下穿通道外侧用灰土分层回填，使用小型机具人工夯实。
优缺点分析：原设计方案优点是多来来工艺成熟，效果良好。缺点是采用常规保守的做法，泡沫混凝土需要专业作业人员使用专业的设备才能生产使用，苏州商品混凝土不能提供我们需要的服务，而且泡沫混凝土的生产成本相对较高。结构顶50cm以内素土分层压实回填不得使用大型碾压设备，只能采用人工小型夯机夯实，费时费工，在工期紧张的条件下，不是最优施工方案。
2）优化后方案
冠梁、折板拱、隧道结构顶30cm、倒虹吸爬上段顶、地面桥及下穿外侧等部位，采用自密实水泥土回填，待强度达到要求后采用大型压路机开展后续土方作业。
优缺点分析：缺点是前期需要室内配比试验。优点是主材就地取用，不仅节约了成本，还减少了弃土外运的费用。施工设备简单，操作容易，对于作业人员的要求不是很高。一次性填筑自密实，减少了分层人工夯实工序。强度高，具有一定的防水效果。
综合分析，自密实水泥土可以用于本工程特殊部位。
3.室内配合比试验
（1）主要材料
1）土，本工程所在地土源紧张，拟采用基坑开挖废弃土方自给自足，按照地勘报告，代表性土样素填土、粘土、粉质粘土、粉土各取100kg，土中不得含有粒径大于10cm的石块，不得含有建筑垃圾及其它污染物。取小样测定最大干密度以及天然含水率。其余土样烘干密封保存。
2）水泥，本次试验采用PO 42.5级硅酸盐水泥（无抗渗要求时可选用普通硅酸盐水泥）。
3）水，本工程地表水丰富，本次填筑试验拌和用水采用附近河水，经检测符合建筑混凝土拌和用水要求。
（2）主要技术指标
1）试块的7d抗压强度不应低于0.5MPa，28d抗压强度不应低于0.8MPa。
2）拌合物的坍落度应控制在120-200mm。
（3）试验方案
自密实水泥土拌合物试验拟采用3种水泥掺和量，分别为6%、8%、10%。根据天然含水率、最大干密度等数据计算水泥浆的水灰比。使用小型水泥浆搅拌罐制备水泥浆，使用小型搅拌机制备试验用自密实水泥土拌合物，坍落度筒测定坍落度符合要求后，制作3*3组10*10*10cm试块。龄期到达后分别作7d和28d抗压强度试验。根据实验结果绘制水泥掺量和强度曲线，结合自密实水泥土拌合物的性能选择最经济的配比。
实验结果：本工程施工配合比选用水泥掺量8%，水泥浆水灰比2：1，坍落度140cm。
4试验段施工
（1）总体施工方案
根据施工图和施工方案，计算试验段整体一次性填筑的长度、宽度和厚度。根据拟填筑方量和施工配合比等相关参数计算本次施工需要储备的土、水泥和水等材料的数量。
清除城市下穿隧道结构顶部的垃圾、杂物，填筑前洒水湿润。
按照配合比制备水泥浆液和自密实水泥土拌合物，利用装载机和自卸车配合将拌合物从拌合场运至填筑场，使用装载机进行摊铺，人工辅助整平。当地基高度不一致时，按照先深后浅的方式回填。填筑完成后用塑料膜覆盖养生。
（2）主要设备
1）HH-750型自密水泥土拌合机一台，功率110KW，每台班拌合量约750m3，该系统具备动态称重功能，可根据设定参数自动调节进土及浆液输入流量。
2）全自动水泥浆制配机一台，功率20KW，具备精确计量称重功能。
3）水泥浆输送泵一台，功率15KW。
4）162KW装载机、自卸车。
5）汽油取芯机（10cm）。
（3）检测内容
1）轻型动力触探试验
在冠梁、折板拱、变形缝、仓段顶板中心等位置分别进行8个点的轻型动力触探试验，测试时间分别在填筑结束后24h、48h、72h、7d、28d，以掌握自密实水泥土强度增长规律，绘制强度增长曲线。
2）抗压强度试验
根据现场的一次性填筑体量，每次填筑至少留置1组10*10*10cm立方体试块，且每300m3至少留置一组试块，测试7d、28d抗压强度。
2）无侧限抗压强度试验
填筑施工完毕，达到龄期后，使用汽油取芯机在不同的部位应进行取芯，芯样直径10cm，并进行无侧限抗压强度试验获得其强度。检测频率为每300平米一个芯样。
结语
本文所述自密水泥土施工关键技术，具有施工简单易操作，成本低，工期短，绿色环保，强度高等特点。本方法适用于全国范围内地下空间结构顶承重限制部位和结构顶回填压实土石方大型机械吨位限制部位。在城市隧道和倒虹吸爬升段等部位的使用已经成功验证，在房建地下室，地铁车站、管网工程沟槽、桥梁台背、挡土墙、河流驳岸等特殊部位回填方面有广阔的应用前景。实际施工时，可根据现场土壤特性和回填要求选用特种水泥，添加粉煤灰、砂和其他外加剂，用以改善拌合物的物理化学性能。
参考文献：
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作者简介：
辛成龙，男，工程师，全国注册一级建造师，2014年沈阳农业大学水利水电工程专业全日制研究生毕业。就职于中铁十局集团第五工程有限公司，现任项目总工程师，参建过连盐铁路工程、昆明环湖南路提升改造工程、苏州春申湖路提升改造工程、昆明呈贡信息产业园区道路工程等。