新型化學加固技術YS工法在深厚超軟基中的應用

婁云雷，劉　洋

（1.上海中船勘院巖土工程有限公司，上海200063；2.中交天航南方交通建筑有限公司，廣東深圳518040）

新型化學加固技術YS工法在深厚超軟基中的應用

婁云雷1，劉洋2

（1.上海中船勘院巖土工程有限公司，上海200063；2.中交天航南方交通建筑有限公司，廣東深圳518040）

YS工法是一種環境保護型軟基加固工藝。針對大面積深厚超軟基加固中存在的問題，以工程實例為依據，采用YS工法DF固化劑產品對軟基進行固化處理。從理論分析和工程應用兩方面闡述了該工法顯著的深厚超軟基加固效果，具有良好的工程應用前景。

YS工法；DF劑；軟基加固；邊坡

超軟土具有含水率高、孔隙比大、滲透性差、壓縮性高、強度低等特點，難以滿足工程建設需要，需對其進行特殊處理。工程建設中常用水泥類材料對超軟土地基進行固化處理，而水泥類物質中多含有六價鉻等多種有害物質。隨社會各界對環境保護、資源循環利用等問題的重視，提出了YS工法。

YS工法是一種環境保護型軟基加固工藝，所用的材料為DF固化劑。該材料可以快速改良高含水土層，增大土體的內摩擦角，形成長期穩定的固化體，且處理后的土壤形成不易劣化的顆粒形態，保持原土壤的酸堿性，不影響后期植物的自然生長。另外DF劑能大大降低土壤中的六價鉻等重金屬的析出，減少工程建設帶來的環境污染問題[1]。

1　國內外發展現狀

超軟土地基化學加固做為一種軟基處理的技術，本質上仍是一種特殊土的土壤固化技術。由于國情的差異，針對超軟土固化技術的開發，國內外發展水平相差很大。

1.1國外發展現狀

在日本、新加坡以及芬蘭等一些國家，由于資源緊張，環境污染問題日益突出，為保持可持續發展，各國紛紛出臺土壤、地下水等保護措施，并積極開發軟土固化技術。

軟基化學加固技術在國外工程建設中已大量運用，如日本伏木富山港疏浚填海工程、新加坡“長基”國際機場跑道工程、印尼P-C高速路建設工程等[2]。

YS工法就是在這種環保意識逐漸增強的過程中開發應用的。通過使用特殊加工材料DF劑，不僅可以解決以往水泥類固化材料的環境污染問題，其改良后的土壤還可以安全用于道路路基、河流堤壩、公園種植泥土、構筑物止水墻和擋土墻等工程建設中去。

1.2國內發展現狀

近年來，由于國內圍海造陸、航道疏浚以及灘涂開發等工程的興起，軟基化學加固技術隨著工程建設的需要得到了快速發展，但整體而言，大面積吹填淤泥的深厚超軟土地基的化學加固技術在國內尚屬未攻克的技術難題，所面臨的主要問題是：缺乏低價高性能的固化劑；缺少大作業量的表面固化施工專用機械；沒有成熟的工程設計參數、施工及檢測標準。

2011年，胡曉虎等人[1]介紹了YS工法在日本的成功應用事例，結合國內該工法的試驗結果，對YS工法的可行性及適用范圍進行了分析。由于其改良材料DF劑已完全實現國內生產，大大降低了采購成本，在國內軟基改良可行性實驗中取得了一定的研究成果。

2　加固機理

DF劑主要成分：粉煤灰、無水石膏、普通水泥和不溶出劑。YS工法加固深厚超軟基過程中，DF劑通過粉噴施工技術和軟土進行攪拌后，發生一系列物理、化學變化。

2.1加固過程中的化學效應

1）粉煤灰的水化反應

粉煤灰中的CaO與軟土中的水分發生反應，生成Ca（OH）2。在堿性環境下，Ca（OH）2與黏土礦物釋放出的SiO2和Al2O3相互作用生成水化硅酸鈣（CSH）和水化鋁酸鈣（CAH）沉淀物。這兩種物質為水硬性化合物，可作為膠結物改變土體的結構性，提高土體強度。

2）碳化反應的膠結作用

DF劑中的石膏遇水可分解出大量的SO42-離子，SO42-離子能溶解軟土和粉煤灰中的方解石（CaCO3），CO32-離子在孔隙水中過飽后，將發生重結晶，生成無定型的方解石（CaCO3）和針狀、纖維狀的文石（CaCO3），這兩種物質對土體有明顯的膠結硬化作用。由于CaCO3的重結晶程度是隨著時間逐漸發生的，故這種膠結作用將隨齡期的增長而變大。

3）離子交換作用

粉煤灰和軟土中方解石溶解后，產生大量游離狀態的Ca2+離子，Ca2+離子與吸附在礦物顆粒表面的K+、Na+等陽離子發生交換作用，不僅能形成較薄的擴散層，減小雙電層厚度，使得礦物顆粒之間排列更加緊密，另一方面也將促使礦物顆粒發生絮凝和凝聚，結合成更大更緊密的膠體形成沉淀，提高土體的強度。

4）其他一些膠結作用

土體中普遍含有Fe3+，在相應的條件下可形成鐵質膠結，但由于鐵質在土體中分布不均，鐵質膠結作用只能在土體局部起作用[3]。

2.2加固過程中的物理效應

土體加固過程中涉及到的物理效應主要有：粉煤灰和石膏的吸水膨脹作用，可以擠密土體，提高土體的強度；不溶出劑對土體和粉煤灰中六價鉻等重金屬、有機污染物的固化作用。

3　工程應用實例

3.1工程背景

恒大海南海花島項目位于海南儋州市排浦港與洋浦灣之間的海灣區，南起排浦鎮，北至馬井鎮，擬在工程區域新建護岸、吹填造陸形成3個人工島，通過聯系橋連在一起，總圈圍形成陸地面積7.53 km2，形成海岸線長39.44 km。擬建工程為海花島1號島DF區a、c港池。由于a、c港池開挖區域為深厚超軟地基，為防止a、c港池開挖過程中邊坡受土體側向土壓力影響，導致邊坡失穩出現土體滑移現象，本次施工擬在YS工法的基礎上采用DF劑粉噴樁對港池邊坡進行加固處理。根據原勘察報告，a、c港池區揭露地層共分為4個工程地質層，如表1。

3.2港池開挖設計參數

以a港池開挖為例對其進行分析，采用DF劑粉噴樁進行港池邊坡加固。粉噴樁樁徑為600 mm，間距為600 mm，呈梅花形布置，加固深度為6.5 m，DF劑摻入量為65 kg/m3。加固范圍及加固深度見圖1。

3.3加固效果分析

為研究YS工藝在深厚超軟基中的加固效果，采用十字板剪切儀對加固土體進行原位不排水抗剪強度測試，對比原狀土和不同育齡期樁體抗剪強度的大小，對DF劑粉噴樁加固邊坡進行穩定性分析。

表1　各土層物理力學指標Table 1 Physicaland mechanic proper tiesof soils

圖1　港池邊坡斷面圖Fig.1 Crosssection ofharbor basin slope

1）加固前后土體抗剪強度對比

選取3個DF劑粉噴樁D1、D2、D3，齡期分別為7 d、14 d、28 d，沿垂向每隔1m測定一數據，最深取得9 m的抗剪強度值。加固后土體不同深度的抗剪強度如圖2。

圖2　土體不同深度抗剪強度變化曲線Fig.2 Shear strength curve of soils in different depths

通過對圖2分析可以發現：①樁體抗剪強度隨著育齡期的增長而逐漸變大；②原狀土的抗剪強度與深度呈正相關關系，而樁體的抗剪強度隨深度的增加呈現先減小后增大的變化規律，這是由于粉噴樁施工結束后，表層加固土體的水分易于揮發，含水量的減少引起土體抗剪強度的增加。③不同齡期樁體抗剪強度平均提高了1.35倍、1.81倍、3.20倍，DF劑對軟土加固效果顯著。

2）邊坡穩定性分析

DF劑粉噴樁加固邊坡形成復合地基，復合地基等效強度指標計算公式為[4-5]：

式中：c1為DF劑粉噴樁黏聚力；c2為軟土層黏聚力；m為DF劑粉噴樁的面積置換率；φ1為粉噴樁內摩擦角，取20。～24。；φ2為軟土層內摩擦角；

K1為粉噴樁剛度，kN/m；K2為樁周軟土層剛度，kN/m；β為樁沉降S1和樁周軟土沉降S2之比，一般S1

本工程基坑安全等級為2級，按照相關規范，基坑邊坡穩定安全系數應大于1.2。根據理正巖土系列軟件邊坡穩定性計算結果可知，開挖后的港池邊坡是穩定的。利用YS工藝，進行DF劑粉噴樁加固邊坡是可行的。

3.4經濟性分析

本工程采用YS工藝對深厚超軟基進行加固，所用DF劑為日本進口材料，價格約1 000元/t。由于DF劑摻入量為65 kg/m3，該工程所需材料價格為65元/m3。

4　結語

YS工法是一種新型環保軟基化學加固工藝，本文介紹了該工法在國內外的發展現狀和加固機理，并結合海花島工程對其加固效果進行研究，可以看出，對深厚超軟基邊坡，采用YS工法進行加固處理是一種行之有效的方法。該工法安全可靠，施工方便，環境友好，在我國具有良好的應用前景。

[1]胡曉虎，張冠軍，黃俊，等.YS工法改良建筑廢棄泥漿及再利用技術[C]//地下交通工程與工程安全——第五屆中國國際隧道工程研討會.上海，2011. HU Xiao-hu,ZHANG Guan-jun,HUANG Jun,et al.Recycling technology onmodified constraction slop treat via YSmethod[C]// Underground transportation projects and work safety-Proceedings of China′s 5th international symposium on tunnelling.Shanghai, 2011.

[2]張和慶，謝健，朱偉，等.疏浚物傾倒現狀與轉化為再生資源的研究——中國海洋傾廢面臨的困難和對策[J].海洋通報，2004（6）：54-60. ZHANG He-qing,XIE Jian,ZHUWei,et al.Present situation of dredged material dumping and study of transforming dredged mud into regenerative resources-Difficulties in refuses dumping in China Seas and countermeasures to deal with these problems[J]. Marine Science Bulletin,2004(6):54-60.

[3]李颯，楊進良，王義安.粉煤灰粉噴樁加固軟土地基機理及計算[J].天津大學學報，1999（5）：585-589. LISa,YANG Jin-liang,WANG Yi-an.Mechanization and design calculation of reinforcing soft soilfoundation with fly ash pile[J]. Journalof Tianjin University,1999(5):585-589.

[4]JTJ 179—2002，建筑地基處理技術規范[S]. JTJ 179—2002,Technical code for ground treatmentof buildings [S].

[5]JTJ147—2010，港口工程地基規范[S]. JTJ 147—2010,Code for soil foundation of portengineering[S].

App lication of YSmethod-a new chem ical reinforcement technology-to im prove deep and thick soft soils

LOUYun-lei1,LIUYang2
（1.ShanghaiCSEIGeotechnical Engineering Co.,Ltd.,shanghai200063,China; 2.CCCCTDCSouthern Communications Construction Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518040,China）

YSmethod isan environment-friend ly technology.Based on an engineering practice,DF hardening agent in the YS method wasused to consolidateand improve softsoilsby aimingatproblems in improvementofdeep and thick softsoils of large areas.Themethod had a remarkable effect on the reinforcement of ultra-deep soft soilswhich was expounded from theoretical analysisand engineeringapplication,and shallhavea good prospecton engineering application.

YSmethod;DF agent;soft soil improvement;slope

U655.544；U654

A

2095-7874（2016）06-0041-03

10.7640/zggw js201606010

2016-01-06

2016-02-23

婁云雷（1986—），男，河南商丘人，碩士，助理工程師，主要從事巖土工程方面的科研工作。E-mail：louylei@163.com