钻孔灌注桩泥浆的固化处理及其在路基填筑中的工程应用

２０１８年５月第５期　城市道桥与防洪　道路交通７５　ＤＯＩ：１０．１６７９９￣．ｅｎｋｉ．ｅｓｄｑｙｉｈ，２０１８．０５．０２０　钻孔灌注桩泥浆的固化处理及其在路基　填筑中的工程应用　丁飞鹏　（浙江交通资源投资有限公司，浙江杭州３１００２０）　摘要：针对高含水率泥浆进行就地固化处理作为路基填料，通过一系列技术改良措施，使废弃土方转化为具有一定强度和　渗透性的路基填方材料。并对改良后的泥浆进行一系列的固化特性研究。研究发现：水泥对于泥浆的固化效果优于生石灰；　引进ＡＬＬＵ就地固化系统对泥浆池中泥浆有很好的处理效果；现场固化后泥浆的最优含水率增大，而最大干密度减小，并且　随着闷料天数的增加，最优含水量呈现减小的趋势，最大干密度呈现增大的趋势。　关键词：泥浆；高含水率；就地固化；路基填料　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—７７１６（２０１８）０５—００７５－０５　０引言　度为２４　ｃｍ，取土位置为水面以下２０　ｅｍ。土样呈　黄色，流动状态，含少量细砂。由于初始含水率对　道路桥梁工程中钻孔打桩排出的泥浆是目前　土体固化影响效果很大，因此土样取后用保鲜袋　道路建设工程中废弃土的来源之一，而对于这些　包装严密。　高含水率泥浆（　＞１００％），通常的处理方法就是　采用液塑限联合测定法测定土体的界限含水　就地征地临时堆放化处理，并采取自然蒸干，但由　率，试验结果见表１。天然土料的基本物理指标见　于储存泥浆的泥浆池面积大、深度深，经常出现表　表２。　层水分蒸发较快以至出现龟裂，下部含水率依旧　表１界限含水率测定　很高的现象。外运处理费用比较昂贵，且泥浆池危　险性很高，长时间不处理会加剧危险，占用土地资　源。现如今，对于优质路基填料的需求日益增大，　而政府对于开山采石的限制使得宕渣填料的开采　量减小，这种供不应求的关系导致路基填料变得　紧缺昂贵。因而在响应“资源节约、环境友好”型发　土样自　；土料比重　展新模式下，科学合理地处理和充分利用工程废　泥浆　１２０～１３５　１．１５　２．７２１　４５　２５．０５　１８．０５　１．８２　弃土方，成为逐步摒弃粗放型发展建设模式过程　中的重要环节。　本文针对高含水率泥浆进行就地固化处理作为　２室内固化试验　路基填料，通过一系列技术改良措施，使废弃土方转　由于废弃泥浆的含水率很高，呈现很大的流动　化为具有一定强度和渗透陛的公路路基填方材料［１】。　性，因此对其进行改良固化，以提高废弃泥浆的工　１泥浆物理力学性质　程性能。本文选用传统的固化材料水泥、生石灰以　及粉煤灰，其中水泥产自安徽某水泥股份有限公　试验选用的土样为依托工程中桥梁钻孔灌注　司，生石灰产自中国无锡，粉煤灰产自浙江桐乡市　桩打桩排出的废弃泥浆，泥浆沉淀池表面水膜厚　某粉煤灰有限公司。　２．１固化机理　收稿日期：２０１８－０１—０８　作者简介：丁飞鹏（１９７８一），男，浙江安吉人，高级工程师，从　２．１．１石灰固化剂　事工程管理工作。　石灰作为固化剂加人土体中与土之间发生强　７６道路交通　城市道桥与防洪　２０１８年５月第５期　烈的物理化学作用，从而使土的性质发生根本改　变，土的力学性质得到显著的改善。石灰稳定初期　表现在颗粒间产生胶结，土的塑性降低，后期表现　在结晶结构的形成，土的板体性、强度以及稳定性　｜；　的提高［１１。　２．１．２水泥固化剂　将水泥掺人到土中后，在水的参与下水泥会　发生水解和水化反应，产生水合水化物，这些水泥　水化物会与黏土颗粒产生一系列的物理化学反　应，形成水泥石骨架，该骨架具有整体性好、水稳　定性高和一定强度等特征，从而提高了土的强度　和稳定性，改变了膨胀性土原有的性质，使其工程　性质得到了改善。　２．１．３粉煤灰固化剂　粉煤灰固化机理主要有两种：　（１）吸附理论。这种理论认为固化作用是由固　化剂与被固化物分子在相界面层上相互吸附产生　的，属物理吸附。而更为普遍的解释则认为，固化　剂与被固化物之间的吸附不仅有分子间相互作用　力——次价力，而且还有原子之间的相互作用　蕊幽　暮　力——主价力，即物理作用与化学作用的共同结　咖　咖　伽　跏　咖　Ⅲ　０　果。　（２）化学结合理论。这种理论认为固化作用是　固化剂与被固化物之间的化学力——主价力结合　的化学反应［２－６１。　２．２无侧限抗压强度　室内对单掺７％、９％、１１％、１３％生石灰和水泥　的固化泥浆进行了无侧限抗压强度试验。图１为　单掺生石灰后固化泥浆的无侧限抗压强度随着龄　期增长的变化趋势。图２为单掺水泥后固化泥浆　的无侧限抗压强度随着龄期增长的变化趋势。　５　ｌＯ　１５　２０　２５　３Ｏ　龄期／ｄ　图１不同掺量生石灰的无侧限抗压强度随龄期的变化　由图１和图２可知：　（１）单掺生石灰，固化泥浆的前期强度增长较　为缓慢，后期强度增长较快。　５　１Ｏ　１５　２Ｏ　２５　３０　龄期／ｄ　图２不同掺量水泥的无侧限抗压强度随龄期的变化　（２）单掺水泥，固化泥浆的前期强度增长要大　于后期强度增长。　（３）与单掺生石灰的强度相比，单掺水泥的无　侧限抗压强度要高得多，说明水泥对于泥浆的固　化效果比生石灰的固化效果好。因此选用水泥作　为泥浆固化的主固化剂。　不同配比下泥浆改良土的２８　ｄ无侧限抗压强　度试验结果见表３。　表３不同配比泥浆固化土２８　ｄ无侧限抗压强度　由表３可知，随着水泥掺量的增加，强度增大　的幅度增大；当水泥掺量增长到ｌｌ％，泥浆改良土　的２８　ｄ无侧限抗压强度为３３０　ｋＰａ，满足经验要求　的２８　ｄ无侧限抗压强度不低于２００　ｋＰａ。　考虑到经济性，为了降低造价，使用粉煤灰替　代配比中的部分水泥，无侧限抗压强度试验结果　见表３。由表３可知，在６％水泥＋５％粉煤灰的配　比下，泥浆改良土的２８　ｄ强度可以达到２４５　ｋＰａ，　在满足强度的要求下达到最良好的经济效益，为　最优配比。　３泥浆改良的施工工艺　３．１工程概况　试验路段位于跨杭平申航道嘉海公路桥改造　工程ｌ号桥西桥头段，具体桩号为Ｋ２＋５２０～Ｋ２＋　６３０。该次试验主要针对路堤１２０　ｅｍ高度开展相　关填筑试验，现场已经对原地面进行处理，如图３　所示。　３．２改良泥浆拌合及路基填筑施工技术　目前施工现场常见的拌合工艺主要包括厂　城市道桥与防洪　　Ｉ道路交通７７　墅　！　！　！　叁土　隧垣结扭　　Ｊ三三三　三三三　虱　　４现场泥浆改良土的固化特性分析　含水率、　实度以及ＣＢＲ是路　填筑过张巾　途瞧遵　藕　Ⅲ¨——一的重要控制指标，是保　路基一ｒ　程质　的前提、　４。１击实试验　图３现场试验段截面图（单位：ｃｍ）　试验采用卡｝｛Ｍ的　｝　功，埘原状泥浆、闷料３　ｄ　以及２８　ｒＩ的【占１化泥浆的　实特性进行ｒ对比，研　拌法和路拌法，这些传统的拌合方法对于高流动　性、高禽水率的泥浆，　不适川。本文针对泥浆的　究不同状态下泥浆的最优含水率以及最大ｆ：密度　的变化情况。　６为未　化泥浆与同化泥浆的　特殊性，　采川水泥和粉煤灰传统同化材料的基　础Ｊ　，引进芬　州化稳定系统中的关键设备——　ＡＬＬ［Ｊ强力搅拌、大Ｊ　完成了就地同化设备关键部　位的　内　、ｌ冬１　４和图５为埘废弃泥浆进行就　地　化、　８　图４　ＡＬＬＵ　ＰＭＸ３００动力混合器（搅拌头）　＼１ＩＪ１利仓　Ｉ　料仓　操作窜　输　进　输　图５　ＡＬＬＵ自动控制供料系统　就地　化拌合施　丁岂主要包括施Ｔ准备、　就地拌合、松铺碾　、检修检验、整修验收等阶段。　施丁准备Ｉ｛１要做　ＡＩ　ＩＪＩｉ拌合机械、水泥罐、粉煤　从罐以及场地的准箭ｒ作；就地拌合阶段要预先　¨｛网格，汁算『丫１．个打设点水泥、粉煤灰剂量以及　每个网格所仃打没点；住　化剂自动定最供料系　统叶ｌ提ｆｊ仃设定水泥、粉煤灰的需最．先沿着泥浆外　沿拌合后以已ｌ川化好的区域为　化平台，推进式　地进行下个　域的　化处理；松铺碾压阶段是在　同化后泥浆达到最优含水率附近即可进行填筑碾　压，每层碾　的松铺Ｊ　度为２２～２５　ｃ　ｍ。　实曲线，其最优含水牢及最大十密度的试验结果　见表４　、　＼料＊扯　６　５　４　３　２　ｌ２　ｌ　５　ｌ　Ｈ　？ｌ　２４　．｛ｆ】　｛：｛　：Ｉ＝＝ｊ尺数，（１　图６未处理泥浆、处理泥浆的击实曲线　表４未处理泥浆、处理泥浆最优含水量及最大干密度　化泥浆　处理方　原状　浆一——　～——　闷料３ｔｌ闷料１４　ｒＩ　Ｉ：ｃ！Ｉ料２８　最优含水率／％　１７．８Ｉ　２４．２６　２２．７３　２０．７９　最大干密度／（ｇ　ｎ１　）　１　７７　１　３１　１．４７　Ｉ．５４　由图６和表４　：　（１）与未处理泥浆卡Ｈ比，处理后泥浆的最优含　水率增大，而最大ｆ：密度减小一且在旧化初期，泥　浆　化土的最优　水　大幅度增大，　最大十密　度则大幅度减小，这　问化土最大十密度受到闹　化剂比重的影响的结论　一致（水泥Ｃ　＝３．１５，乍７　灰Ｇ　＝２．２，粉煤灰Ｇ　＝２．５５，按照ｌＪＪ【ｌ权　均法，　化　后泥浆比重Ｇ　＝２．７５＞㈨化前泥浆比币＝Ｇ　＝２．７２）　之前的研究表ｆＪＪ】ｒ｝１丁水泥的高比重使得掺入后土　体最大：ｆ密度增火，ｑ一　灰的比重较低则使ｉ＂／　１于４最　大干密度减小　Ｉ　最大于密度　＿ｊ同化剂比重的　关系并不大，　是『ｈ于加入固化剂　ｊ±体发乍　系列反应改良Ｊ　土体的级配以及土颗粒之Ｍ的　隙从而影响着最大ｆ密度。　（２）　化剂杠上体中发生一系列的物化反应　需要水的参与，使得最优　水量增加．　但｝１ｌ于【州化　７　７８道路交通　城市道桥与防洪　２０１８年５月第５期　剂在土体中发生物理化学反应越加充分，活性减弱，　生成越来越多的水化产物以及聚合物，使得最大干　密度随着闷料天数的增加不断增大，闷料３　ｄ后最　大干密度为ｌ－３１　ｇ／ｃｍ３，到２８　ｄ增大至１．５８　ｇ，ｃｍ　。　而最优含水率开始呈现减小的趋势，从２４．２６％减　低至２０．７９％。　４．２含水率试验　固化后泥浆含水率的变化对整个施工的影响　至关重要，它关系着何时开挖泥浆改良土填料，何　时填筑碾压。因而跟踪改良土的含水率变化是必　要的，尤其对于含水率高达１３０％左右的泥浆，是　否成功降下含水率关系着固化施工的成败。　试验对闷料不同天数的泥浆改良土含水率进　行测试，测试结果如图７所示。　孔　捣　毖　加　５　０　５　０　５　Ｏ　５　Ｏ　５　闷料天数／ｄ　图７含水率随闷料天数的变化　由图７可知，固化后泥浆在初拌合结束后，含　水率急剧降低，由１３０％降到８７．２％；后期含水率　降低的幅度减小，以平稳的速度不断减小；当闷料　２５　ｄ时，含水率降至２３．６％，此时可以将改良土从　泥浆池中挖出，用于填筑碾压。　图８和图９为含水率与最大干密度及最优含　水率的关系。　１．６０　１．５５　１．３Ｏ　１．２５　８０　７Ｏ　６０　５０　４０　３０　２Ｏ　含水率／％　图８含水率与最大干密度的关系　由图８和图９可知：　（１）随着固化后泥浆含水率降低，最大干密度　８０　７０　６０　５０　４０　３０　２０　含水率／％　图９含水率与最优含水量的关系　增大。这是由于固化剂与泥浆土样不断发生反应，　消耗孔隙间的水分，生成结晶水，从而使得固化泥　浆的最大干密度增加。　（２）随着含水率的降低，最优含水量呈现减小　的趋势。这是由于固化土中的水化反应程度不断　减弱，渐渐呈现稳定平衡的趋势，反应消耗的水分　子不断减小，因而最优含水率开始减低。　４．３加州承载比（ＣＢＲ）试验　加州承载比（ＣＢＲ）表征了填料抵抗局部荷载　压人变形的承载能力，被用来衡量路基填料的强　度，是公路路基设计的一个重要指标。试验段中泥　浆改良土用作路床填筑，ＣＢＲ＞４％即可满足要求。　图１０为ＣＢＲ与闷料天数的关系。图１１为不同含　水率对应的ＣＢＲ值。由图１０和图１ｌ可知：　２１　１８　ｌ５　１２　量　营９　６　３　０　０　５　１０　１５　２０　２５　３Ｏ　闷料天数／ｄ　图１０　ＣＢＲ与闷料天数的关系　２０　１８　１６　１４　１２　薹１０　兽８　６　４　２　０　８０　７５　７０　６５　６Ｏ　５５　５０　４５　４０　３５　３Ｏ　２５　２Ｏ　ｌ５　含水率／％　图１１　ＣＢＲ与含水率的关系　２０１８年５月第５期　城市道桥与防洪　道路交通７９　（１）泥浆改良土的ＣＢＲ值随着闷料天数不断　方案。在最优配比上，研究现场泥浆处理现场施工　增长，在闷料第７　ｄ，ＣＢＲ达到６．３％，此时已经满　工艺，并对拌合均匀的泥浆固化土进行了一系列　足规范填筑要求，此时土料的含水率为５９．５％，离　的固化后特性分析，发现以下结果：　最优含水量还有一定距离，因而ＣＢＲ并不能作为　（１）水泥对于废弃泥浆的固化效果要优于生石　路基填筑的唯一指标。　灰，最优配比选用６％水泥＋５％粉煤灰。　（２）含水率越小，泥浆改良土的ＣＢＲ值越高。　（２）现场的拌合施工使用芬兰ＡＬＬＵ公司出品　４．４现场检测　的固化稳定系统对泥浆进行就地固化的施工工　拌合完成的泥浆固化土闷料３０　ｄ后，使用挖　艺，取得很好的固化效果。　机从泥浆池中挖出运至试验段附近，进行路堤摊　（３）对现场固化后的泥浆进行了击实试验、含　铺碾压。碾压完成后，根据《公路路基路面现场测　水率试验和ＣＢＲ试验，试验结果表明：固化后泥浆　试规程｝（ＹｒＧ　Ｅ６０－－２００８）对路堤进行压实度以及　的最优含水率增大，而最大干密度减小，并且随着　路面弯沉进行检测【　。　闷料天数的增加，最优含水量呈现减小的趋势，最　现场检测的压实度见表５。根据路堤规范要　大干密度呈现增大的趋势。由此可以看出最大干　求，一级公路下路堤的压实度不小于９３％，由表５　密度与比重的关系并不大，影响最大干密度的主　可知，试验路段的路基压实度满足规范要求。　要是土体间发生的化学反应。　表５压实度　（４）施工过程中不能单独以ＣＢＲ作为填料是否　能填筑碾压的基础，还应结合含水率的变化，最优　含水量附近的土样碾压才可以达到最大压实度，　从而满足压实度的规范要求。　参考文献：　对试验路段的弯沉进行检测：右车道的弯沉　…１丁飞鹏．钻孔灌注桩泥浆固化处理以及在路基填筑中的应用　代表值为１２９．５（０．０１　ｍｍ），左车道的弯沉代表值　研究［Ｄ】．杭州：浙江大学，２０１５．　为１４８（０．Ｏ１　ｍｍ）。试验路段弯沉的检测结果满足　【２】朱伟，刘汉龙，高玉峰．工程废弃土的再生资源利用技术【Ｊ】．再　土基的弯沉验收值小于２６６．５（０．０１　ｍｍ）的验收要　生资源研究，２００１（６）：３２—３５．　【３】苏群，徐渊博，张复实．国际以及国内土壤固化剂的研究现状　求。　和前景展望［Ｊ１．黑龙江工程学院学报，２００５，１９（３）：１－４．　５结语　【４】张尧东，黎成俊．几种新型土体固化剂分类及作用机理研究【Ｊ】．　科技创新导报，２００９（２３）：１．　本文对高含水率、高流动性的钻孔灌注桩泥　【５】谭文英，汪益敏，陈页开．土固化材料的研究现状【Ｊ】．中外公　浆的固化特性以及现场固化施工工艺进行了研　路，２００４，２４（４）：１６９—１７２．　【６】李琴，孙可伟，徐彬，等．土壤固化剂固化机理研究进展及应用　究。并选取常见的固化剂生石灰、水泥及粉煤灰对　［Ｊ］．材料导报，２０１１，２５（９）：６４—６７．　其基本固化性能进行了对比研究，选出最优配比　【７】ＪＴＧ　Ｅ６０－－２００８，公路路基路面现场测试规程【Ｓ】．　’七七｜々●々七’’七七七七七’　’’’　●七七●’’’’’七电●’专●七　七　七’’　’七七　七’七七　七｜’七々　专　’　｜七　’｜七｜七七’々●’七　’七’｜｜々々七■七’’’　（上接第７４页）　立即沉桩。　件下，地基处理方案成为决定工程成败的关键。　（１２）为将管桩打到设计标高，需要采用送桩　采用ＰＨＣ管桩地基处理方发，充分利用其工　器，送桩器采用钢板制作，长４　ｍ。设计送桩器的原　厂大批量预制、机械化施工、单桩承载力高等特点，　则是打入阻力不能太大，容易拔出，能将冲击力有　保证了项目的顺利推进，通过现场试验数据证明，　效传到桩上，并能重复使用。　采用该处理方法，复合地基承载力不低于１２５　ｋＰａ。　４结论　目前，南中环一西中环互通立交已建成通车，　从实施效果来看，整体效果良好，无明显裂缝、坑　南中环一西中环互通立交是太原市中环线上　槽、车辙、沉陷、桥头跳车等路面病害，现实证明　的重要节点，在本工程工期较短、地质情况差的条　ＰＨＣ管桩在本工程中的应用是成功的。