過濕土處治技術(shù)的技術(shù)及經(jīng)濟性分析★

何明晉 文 華

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽 621010)

0 引言

在潮濕多雨地區(qū)，雨季時間長、降水量大，加之地下水位高，地基土常常處于過濕甚至飽和狀態(tài)，被稱之為“過濕土”，其含水量高，承載力低，穩(wěn)定性差，容易變形。施工時常常出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，無法壓實;竣工后，在行車荷載的作用下，極易導(dǎo)致路基路面產(chǎn)生沉陷、變形、泛漿、失穩(wěn)等破壞。以上問題導(dǎo)致雨季鉆前工程施工工期長、成本高。根據(jù)現(xiàn)行路基設(shè)計施工規(guī)范，過濕土無法滿足要求，往往只能做棄方處理，然而潮濕多雨地區(qū)缺乏優(yōu)質(zhì)填料，換填費工費時。即使換填，換填后的挖方區(qū)和棄土區(qū)都將破壞原有的生態(tài)環(huán)境，造成不利的環(huán)境影響和社會影響［1］。

目前，過濕土的處治辦法，已有傳統(tǒng)工藝竹排法。為進(jìn)一步探索新的施工工藝，在滿足路基具有一定的強度、耐久性和穩(wěn)定性的條件下，達(dá)到提高施工效率、減少工期，節(jié)約工程投資，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，選取極具代表性的雅安地區(qū)過濕土為研究對象(如圖1所示)，進(jìn)行了“潮濕多雨地區(qū)鉆前工程過濕土處治技術(shù)研究”。對作為路基填料的過濕土提出了摻灰法、綜合摻灰法(真空預(yù)壓法或電滲法+摻灰)的施工工藝，經(jīng)現(xiàn)場實驗驗證，路基軟土經(jīng)過加固穩(wěn)定后平均彎沉值小于290(10-2mm)，能達(dá)到路用要求。

為對研究中提出的施工工藝與傳統(tǒng)施工工藝進(jìn)行比較與評價，本文從現(xiàn)場施工的角度對這三種工藝進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟性分析，從定性及定量方面做具體的比較，以期對同類技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)及參考。

1 過濕土處治技術(shù)分析

1.1 竹排法

針對雅安地區(qū)盛產(chǎn)竹子的特點，經(jīng)常采用竹排、竹籠加填碎石的方法(本文稱作竹排法，見圖2)。該方法具體的處理措施為:在回填壓實后，部分鋪設(shè)二層竹排(竹排采用斑竹直徑40～50一順一丁鋪筑，并用竹條綁扎)，然后鋪設(shè)一層300 mm厚竹籠裝大碎石夾砂石嵌縫壓實(竹籠采用竹條編織，竹條寬度30，竹條間距150～200)，最后鋪設(shè)80 mm厚泥結(jié)碎石填充并壓實面層;其余場面做300壓實厚夾砂石。之后對面層再做普通路面處理。該方法工藝成熟，可因地制宜的在鉆前工程中，簡便易行，無需特殊設(shè)備，任何工地均可使用，但是要耗費大量的竹子及石料，并且土方的調(diào)運會極大的使工期延長。

圖1 雅安地區(qū)過濕土整體狀況圖

圖2 竹籠

1.2 摻灰法

當(dāng)過濕土含水量在30%以下時，對雅安地區(qū)過濕土采取如下幾種不同摻灰的改良措施:當(dāng)含水量為27%～30%時，采用摻加(3%～4%)水泥+(7%～8%)石灰進(jìn)行改良;當(dāng)含水量為24%～27%時，采用摻加(5%～6%)水泥進(jìn)行改良;當(dāng)含水量為22%～24%時，采用摻加(3%～4%)水泥+(5%～7%)石灰+(0.014%～0.016%)固化劑進(jìn)行改良;當(dāng)含水量小于22%時，采用摻加(3%～4%)水泥+(0.014%～0.016%)固化劑進(jìn)行改良?，F(xiàn)場摻灰處治過濕填料見圖3。該處治技術(shù)工藝不是很復(fù)雜，應(yīng)該注意外摻劑與過濕填料應(yīng)保證充分的拌合，可以采用人工初拌與旋耕機拌合相結(jié)合的方法進(jìn)行。

圖3 摻灰處理過濕填料

1.3 綜合摻灰法

當(dāng)含水量在30%以上時，摻灰法的應(yīng)用效果不是很明顯，故需要首先對過濕填料先采取物理降低含水量的方法，即真空預(yù)壓法或電滲法，使含水量降到一定范圍之后，再采用摻灰的處治技術(shù)進(jìn)行改良處理［2］。

電滲法主要利用外加直流電場增強土料脫水能力的原理，使土體中的孔隙水在電場作用下由正極流向負(fù)極，達(dá)到降低過濕土含水率的目的(如圖4所示)。

真空預(yù)壓法是在一定條件下，飽和軟粘土在抽真空作用下導(dǎo)致孔隙水的排出、土體體積的減少和有效應(yīng)力的增加，產(chǎn)生固結(jié)現(xiàn)象。具體施工要點見圖5。

1.4 技術(shù)對比分析

對上述三種處治技術(shù)的分析如表1所示［3-5］。

圖4 電滲降低含水量方案示意圖

圖5 真空預(yù)壓法示意圖

表1 處治技術(shù)分析

2 過濕土處治經(jīng)濟性分析

2.1 竹排法經(jīng)濟性能分析

通過實地調(diào)研所得的費用清單，前期竹排法中雙層竹排的包干處理費用為26元/m2，單層竹籠的處理費用為40元/m2，后期維護(hù)費用為前期費用的30%，由此可知，竹排法的綜合費用為86元/m2左右。

2.2 摻外加劑改良處理法經(jīng)濟性能分析

對于摻外加劑改良技術(shù)，通過取樣分析，可以取松土的密度為1.42 g/mm3，材料的市場價格通過查詢可知:復(fù)合硅酸鹽水泥價格約為380元/t，生石灰價格260元/t，EN-1固化劑的價格為180元/kg。取拌合均勻后松土約為75 cm高(分層壓實)時過濕填料處理壓實厚度為50 cm，則按以下分析［6］:

當(dāng)含水量為27%～30%時，采用摻加(3%～4%)水泥+(7%～8%)石灰進(jìn)行改良，水泥和石灰用量分別取中間數(shù)值，即3.5%和7.5%，此時水泥用量為31.5 kg，價格大約為11.97元/m2，生石灰用量為67.5 kg，價格大約為17.55元/m2。加上機械臺班費及人工費(按35元計)，此時處理每平方米的價格大約為64.5元。

當(dāng)含水量為24%～27%時，采用摻加(5%～6%)水泥進(jìn)行改良，水泥用量取6%，此時水泥用量為54.0 kg，價格大約為20.52元/m2。加上機械臺班費及人工費(按35元計)，此時處理每平方米的價格大約為55.5元。

當(dāng)含水量為22%～24%時，采用摻加(3%～4%)水泥+(5%～7%)石灰+(0.014%～0.016%)固化劑進(jìn)行改良，水泥、石灰和固化劑用量分別取中間數(shù)值，即3.5%，6%和0.015%，此時水泥用量為31.5 kg，價格大約為11.97元/m2，生石灰用量為54.0 kg，價格大約為14.04元/m2，固化劑用量為0.135 kg，價格大約為24.3元/m2，加上機械臺班費及人工費(按35元計)，此時處理每平方米的價格大約為85.3元。

當(dāng)含水量小于22%時，采用摻加(3%～4%)水泥+(0.014%～0.016%)固化劑進(jìn)行改良，水泥和固化劑用量分別取中間數(shù)值，即3.5%和0.015%，此時水泥用量為31.5 kg，價格大約為11.97元/m2，固化劑用量為0.135 kg，價格大約為24.3元/m2，加上機械臺班費及人工費(按35元計)，此時處理每平方米的價格大約為71.3元。

2.3 電滲及真空預(yù)壓法經(jīng)濟性能分析

含水量大于30%時，要采用電滲法或真空預(yù)壓法將含水量降低至30%以下，之后用摻外加劑改良技術(shù)進(jìn)行處理。與含水量已達(dá)標(biāo)填料直接填筑壓實相比，電滲排水法增加的費用主要是直流電源購置費、電極材料的消耗及加工、安裝費、防雨措施費。如電源采用直流焊機，則焊機還可用于其他焊接工程，做到一機多用;如電滲用于集中料場處理過濕土，電極材料可以多次使用，降低成本，電滲增加的費用可從施工質(zhì)量和時間獲得補償。電滲法的耗電量約為3.6 kW·h/m3。通過調(diào)查分析計算，其處治費用大約為15元/m2～30元/m2，同時其處理面積越大，費用越低。鉆前工程的電滲法費用取20元/m2。因此通過與摻外加劑改良技術(shù)的結(jié)合，當(dāng)含水量為27%～30%時，其處治總費用大約為84.5元/m2。

真空預(yù)壓法的費用主要由電費、密封墻費用及塑料排水板費用構(gòu)成，其中電費占70%以上。通過調(diào)查分析計算，結(jié)合市場上的一些報價，其處治費用大約為80元/m2～100元/m2，同電滲法一樣其處理面積越大，費用越低。真空預(yù)壓法的費用與處治時間和處理深度成正比?？紤]到鉆前工程中，真空預(yù)壓法的處治時間為普通軟基處理工程的1/8～1/4、加固深度為普通軟基處理工程的1/9～1/5，因此，鉆前工程的真空預(yù)壓法費用取25元/m2。因此通過與摻外加劑改良技術(shù)的結(jié)合，當(dāng)含水量為27%～30%時，其處治總費用大約為89.5元/m2。

2.4 處治技術(shù)經(jīng)濟性比較分析

過濕土處治費用與竹排法費用情況如表2所示。由表2中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，當(dāng)現(xiàn)場土體含水量不大于30%時，采用摻灰法處治的費用基本低于竹排法費用;當(dāng)土體含水量大于30%時，采用電滲法或真空預(yù)壓法結(jié)合摻灰法處治的綜合費用略高于竹排法費用;從總體上看，過濕土處治費用與竹排法費用基本持平。

3 施工工期分析

以雅安市雨城區(qū)北郊鄉(xiāng)大石村的蓮花2井為例，對潮濕多雨地區(qū)過濕土處治的施工工期進(jìn)行分析。在鉆前工程施工期間遭遇了降雨、降雪等不利天氣，其中雨天占54 d、雪天占15 d，兩項合計為69 d，不利天氣的天數(shù)占總工期的53%。

若采用真空預(yù)壓法或電滲法先對飽和過濕土進(jìn)行含水量控制，之后再進(jìn)行摻灰法施工，在施工過程中，真空預(yù)壓法和電滲法受天氣的影響較小。尤其是真空預(yù)壓法，降雨時在地表匯集的雨水可以作為覆水荷載作用在密封膜上，可以加快土體的固結(jié)，增強真空預(yù)壓的處治效果。因此，在雨雪天氣，過濕土處治可以照常施工，真空預(yù)壓法或電滲法處理后采用摻灰法處治，整個施工過程采用流水施工，這樣較之竹排法可節(jié)約工期20 d～30 d，換言之，可節(jié)約工期15%～23%。

4 環(huán)境評價分析

從環(huán)境影響和占地方面考慮，竹排法可以減少臨時占用耕地，對周圍環(huán)境的影響小，不會影響修建公路兩邊農(nóng)田的產(chǎn)量，對當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境、大氣環(huán)境基本沒有負(fù)面效應(yīng);且施工工藝簡便易行，由于是手工編織，施工期間噪聲污染較小。摻灰法最主要問題是摻灰材料的保管，再者摻料的拌合過程中主要使用旋耕機來進(jìn)行拌合，可能產(chǎn)生部分噪聲，但相對于挖掘機、壓路機、裝載機及其他運輸車輛來說施工產(chǎn)生噪聲可以忽略不計，其余方面和竹排法基本差不多。此外，路邦EN-1土壤固化劑的使用不僅可以提高路基的水穩(wěn)定性，增強路基的承載能力，而且可以減少養(yǎng)護(hù)維修成本，延長道路的使用壽命。土壤固化劑在濃縮狀態(tài)下無揮發(fā)性，不燃燒，有強烈刺激酸味。液體呈醬棕黑色，稀釋后無任何危害，對生態(tài)無破壞、對環(huán)保無影響。

表2 過濕土處治費用與竹排法費用對比 元/m2

在對高含水量的處理中，電滲過程從陽極管流出褐紅色的水，經(jīng)檢驗含有Fe3+離子;陰極管電滲后期排出的水呈灰白色，經(jīng)靜置有白色沉淀物，經(jīng)檢驗為CaCO3。陰極水呈弱堿性，對環(huán)境略有影響，但影響范圍較小。而真空法對高含水量的處理中，方法屬于物理方法，對環(huán)境基本沒有影響。

綜上所述，幾種方法除電滲法外對環(huán)境影響基本為零，電滲法對環(huán)境影響也較小。環(huán)境的主要影響在于各種施工車輛使用過程中產(chǎn)生的噪聲及排放的尾氣，這些是所有施工中所不可避免的。

5 結(jié)語

通過對竹排法加碎石加固處治法、摻灰改良技術(shù)穩(wěn)定土加固處治法、真空預(yù)壓及電滲處理高含水量方法的技術(shù)和經(jīng)濟性比較、分析，可得到以下結(jié)論:

1)竹排法加固處治法技術(shù)要求不高，施工工藝簡單，對環(huán)境影響很小;但竹排法施工中，完工后沉降量較大，后期場地維護(hù)費用較高，可以達(dá)到30%以上，大大增加了成本，且受氣候天氣影響較大，同時材料的購置運輸困難，容易造成窩工。

2)真空預(yù)壓和電滲法處治高含水量的過濕填料，技術(shù)及材料要求較高，施工工藝較為復(fù)雜，但高含水量過濕填料的處治至今還沒有更好的處治方法，該兩種方法加上摻灰法的運用可以較好的解決雅安地區(qū)高含水量過濕填料的處治問題。

3)當(dāng)現(xiàn)場土體含水量不大于30%時，采用摻灰法處治的費用基本低于竹排法費用;當(dāng)土體含水量大于30%時，采用電滲法或真空預(yù)壓法結(jié)合摻灰法處治的綜合費用略高于竹排法費用;從總體上看，過濕土處治費用與竹排法費用基本持平。

4)在雨雪天氣情況下，竹排法施工幾乎處于停滯狀態(tài)，而真空預(yù)壓法和電滲法不受雨雪天氣影響，過濕土處治可以照常施工，較之竹排法可節(jié)約工期15%～23%。

5)通過環(huán)境評價分析，摻灰法、真空預(yù)壓和電滲法均屬較為環(huán)保的方法，不會對生態(tài)環(huán)境造成不利影響。恰恰相反，本課題提出的處治方法是對現(xiàn)場過濕土進(jìn)行處治并加以利用，避免了因換填棄方給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成的破壞。

［1］ 黃生文.公路工程地基處理手冊［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］ 王甦達(dá).多雨潮濕地區(qū)電滲法處理過濕填料技術(shù)研究［D］.昆明：昆明理工大學(xué)碩士論文，2007.

［3］ 趙學(xué)峰.豫東黃泛區(qū)濕軟地基路基加固處治技術(shù)研究［D］.長沙：長沙理工大學(xué)工程碩士論文，2007.

［4］ JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］ 折學(xué)森.軟土地基沉降計算［M］.北京：人民交通出版社，1998.

［6］ 郝 攀.高性能半柔性路面的施工工藝與技術(shù)經(jīng)濟分析研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)工程碩士論文，2008.