軌道交通工程軟基處理中淤泥原位固化技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要：在軌道交通工程軟基處理中，現(xiàn)有的淤泥原位固化技術(shù)存在無(wú)側(cè)限強(qiáng)度高、軟基穩(wěn)定性差等問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一種全新的淤泥原位固化技術(shù)。運(yùn)用水泥和粉煤灰進(jìn)行材料復(fù)合，同時(shí)加入少量的外添劑材料磷石膏，增加固化淤泥的強(qiáng)度，防止離析。運(yùn)用機(jī)械攪拌和高壓旋噴技術(shù)進(jìn)行加壓，完成水泥與固化劑的攪拌，對(duì)軟基進(jìn)行防滲加固，對(duì)邊坡做支護(hù)處理。實(shí)例研究結(jié)果表明，壓強(qiáng)值均符合預(yù)期目標(biāo)，有效提升了淤泥土的剛度和軟基穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：軌道交通；軟基處理；淤泥原位固化技術(shù)；應(yīng)用

0 " 引言

對(duì)于處于淤泥沉積的沿海周邊城市，在軌道交通施工過(guò)程中存在大量的沉積淤泥，嚴(yán)重影響工程施工，因此，需要對(duì)軟基進(jìn)行處理。對(duì)于軟基可運(yùn)用淤泥原位固化技術(shù)固化淤泥，不斷減少淤泥的填埋處理次數(shù)，降低軟基材料資源的消耗。

應(yīng)用固化技術(shù)降低對(duì)土壤、水體形成的污染，消除淤泥堆積，可在一定程度上防止坍塌等安全事故的發(fā)生，從而提升施工過(guò)程的安全性。在軌道交通軟基處理過(guò)程中，固化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，對(duì)大量淤泥堆積進(jìn)行快速處理，有利于加快施工進(jìn)程。

現(xiàn)有的固化技術(shù)對(duì)于淤泥質(zhì)渣土的適用程度低，存在資源消耗量大、固化效果差等不足，導(dǎo)致其應(yīng)用存在轉(zhuǎn)化率較低、路用性能差等問(wèn)題。鑒于此，本文通過(guò)對(duì)淤泥原位固化施工技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新，優(yōu)化了材料的制備配比，確定了軌道交通工程軟基處理施工中的質(zhì)量規(guī)范。

1 " 淤泥原位固化處理軟基

1.1 " 材料

1.1.1 " 材料選取

淤泥原位固化技術(shù)中淤泥流動(dòng)固化性能與流動(dòng)淤泥相關(guān)，而流動(dòng)淤泥與材料的選取存在必然聯(lián)系，因此，在配置流動(dòng)淤泥前，需考慮淤泥流動(dòng)固化性能和工程情況，科學(xué)選取軟基淤泥的固化材料。選擇普通硅酸鹽水泥為主要的固化材料，其基本特性如表1所。

含水率高的淤泥主要為流動(dòng)狀態(tài)，所以其強(qiáng)度為0。在進(jìn)行具體施工時(shí)，運(yùn)用水泥和粉煤灰進(jìn)行材料復(fù)合。同時(shí)加入少量的外添劑材料磷石膏，增加固化淤泥的強(qiáng)度，防止離析。加入輔助固化材料可以減少水泥的使用量。也有研究表明，當(dāng)所用固化材料質(zhì)量相同時(shí)，運(yùn)用復(fù)合材料的強(qiáng)度，比僅使用水泥材料所處理的淤泥固化土的強(qiáng)度大。

1.1.2 " 配制流動(dòng)淤泥

在選擇固化材料后，按照流動(dòng)性規(guī)范設(shè)定，將所用淤泥配制成起始含水率為120%的流動(dòng)淤泥。添加固化劑并充分?jǐn)嚢瑁鶕?jù)淤泥流動(dòng)固化處理后的強(qiáng)度值，按照1.5L淤泥量進(jìn)行設(shè)計(jì)。配制流動(dòng)淤泥的配合比公式為：

（1）

式中：Rsd為干密度比；Rws為粉煤灰淤泥土比；ms為淤泥土的質(zhì)量；md為水泥的質(zhì)量；mw為粉煤灰的質(zhì)量。

按照上述公式配置流動(dòng)淤泥。先準(zhǔn)備一個(gè)空心的有機(jī)玻璃筒，高度為28mm，內(nèi)壁涂抹少量凡士林。將有機(jī)玻璃筒放置于透明玻璃板中央。將加入固化劑的淤泥流動(dòng)固化土攪拌均勻，并將其倒入量杯中，用平口土工刀小幅擊打圓筒外殼，令淤泥流動(dòng)固化土不斷加密加實(shí)密，以減少中間存在的縫隙。

靜置一段時(shí)間后，用鋼尺測(cè)量塌落在玻璃板中的淤泥長(zhǎng)度，得到試樣的流動(dòng)值。不斷重復(fù)上述操作，將結(jié)果取平均值后，定位淤泥流動(dòng)固化的最終流動(dòng)值。

采用泵送進(jìn)行施工時(shí)，要求其起始含水率要求在120%以上，水泥混入量為8%。淤泥流動(dòng)固化黏滯性強(qiáng)，為減少黏滯阻礙，確保泵送時(shí)不堵管，需要設(shè)定好流動(dòng)性值，為有利于流動(dòng)化施工，設(shè)置流動(dòng)值為160mm。

1.2 " 淤泥原位固化處理

1.2.1 " 設(shè)置機(jī)械設(shè)備具體參數(shù)

運(yùn)用機(jī)械攪拌和高壓旋噴技術(shù)進(jìn)行加壓完成兩者的攪拌。通過(guò)液壓裝置分流漿液，并準(zhǔn)確設(shè)置淤泥施工機(jī)械設(shè)備的具體參數(shù)。設(shè)定C為攪拌升降次數(shù)；n為回轉(zhuǎn)速度；h為攪拌設(shè)備攪拌的高度；Z為攪拌設(shè)備的數(shù)量；v為升降速度。淤泥與固化劑攪拌次數(shù)需要進(jìn)行合理設(shè)定，要求次數(shù)的關(guān)系滿足表達(dá)式如下：

（2）

采用輸送淤泥控制設(shè)備控制泥漿泵的主機(jī)，不斷限制漿流量的輸出。通過(guò)安裝漿液統(tǒng)計(jì)設(shè)備對(duì)漿液的流量進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)上述設(shè)計(jì)指標(biāo)，得到泥漿泵的輸送漿液量，通過(guò)對(duì)泥漿泵輸送流量設(shè)定，得到泥漿泵的運(yùn)行功率。計(jì)算固化劑流量的公式如下：

（3）

公式中：S為泵輸送流量；r為樁半徑；m為固化劑的比例；a為噴漿過(guò)程中的循環(huán)次數(shù)；ρ為固化劑的容量。

1.2.2 " 施工要點(diǎn)

基于上述淤泥固化材料和淤泥原位固化處理，設(shè)置機(jī)械設(shè)備參數(shù)，并且考慮固化土的強(qiáng)度和剛度較強(qiáng)。淤泥原位固化技術(shù)設(shè)計(jì)固化樁時(shí)，在底層結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)布樁。間隔設(shè)定時(shí)要另設(shè)保護(hù)樁，使其形成一個(gè)固化整體。

在施工開(kāi)始前，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理和平整，確定施工區(qū)域，并設(shè)置防護(hù)措施，避免固化劑對(duì)周邊環(huán)境造成影響。然后將淤泥進(jìn)行清理和處理，去除其中的石塊、雜物和淤泥中的大顆粒物質(zhì)，以便固化劑能夠更好地滲透到淤泥中。在清楚淤泥中大顆粒物質(zhì)后，攪拌混合流動(dòng)淤泥。為了使固化用的材料能夠充分滲透到淤泥中，需要采用機(jī)械設(shè)備對(duì)淤泥進(jìn)行攪拌混合，使固化劑與淤泥充分接觸，并達(dá)到均勻混合的效果。淤泥固化后30天可以做取芯處理，得到的結(jié)果如圖1所示。

在淤泥原位固化處理軟基時(shí)，支護(hù)處理邊坡。將臨近的兩根樁進(jìn)行連接，使其連接后形狀為壁狀。將不同方向的加固樁相互搭接，形成格狀，即完成加固處理。

若固化土的抗拉強(qiáng)度低，可以在固化墻中加入支撐型鋼。如果軟基結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軌道交通施工中軟基土性質(zhì)存在差異，則可以選用一根長(zhǎng)度為25m的長(zhǎng)樁進(jìn)行加固處理。通過(guò)加設(shè)長(zhǎng)樁并與原樁進(jìn)行連接，形成格柵，來(lái)及時(shí)調(diào)節(jié)沉降量，以免出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。

2 " 實(shí)例分析

為驗(yàn)證本文方法的可靠性，在軌道交通軟基處理中，根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)對(duì)淺層淤泥軟土進(jìn)行處理，通過(guò)對(duì)原地改良加固處理，來(lái)節(jié)省施工成本，加快施工進(jìn)度。根據(jù)不同時(shí)間長(zhǎng)度對(duì)樣品無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。設(shè)定固化混凝土強(qiáng)度在500kPa以下時(shí)，符合預(yù)期目標(biāo)。在該條件下進(jìn)行1000次循環(huán)，得到不同天數(shù)至今的淤泥固化土的累積應(yīng)變對(duì)比結(jié)果。

2.1 " 工程概況

該工程項(xiàng)目淤泥質(zhì)土堆積深厚，其中應(yīng)變力為15.6kPa，自然空隙數(shù)為1.64，內(nèi)部含水率45.9%，泥土密度為54kN/m3。同時(shí)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果得到泥土濕潤(rùn)度占整體的九成以上。

外側(cè)為湖泊，實(shí)際長(zhǎng)度為765.32m。在內(nèi)側(cè)頂板施工過(guò)程中，挖高程約為9.20m，兩側(cè)的坡腳高程約為13.25m。根據(jù)施工規(guī)范要求，工程設(shè)計(jì)實(shí)際汛期為15d，如果遇到險(xiǎn)情，水位最高點(diǎn)值超過(guò)標(biāo)高值，需要增加安全超高。圍欄頂高程為10m，施工周期為150d。對(duì)淤泥原位進(jìn)行固化設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)防滲支護(hù)長(zhǎng)度為25m，運(yùn)用雙柱三角形的淤泥固化處理技術(shù)進(jìn)行處理。

2.2 " 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)不同時(shí)間長(zhǎng)短，對(duì)樣品的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)定。對(duì)上述固化樣品達(dá)到不同齡期開(kāi)展強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)壓強(qiáng)值結(jié)果進(jìn)行回歸分析，不同時(shí)間長(zhǎng)度的固化樣品強(qiáng)度計(jì)算表達(dá)式為：

（4）

式中：Y為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；X1為液態(tài)固化劑增加值；X2為液態(tài)固化劑稀釋值；X3為水密投加量。根據(jù)公式（4）對(duì)不同時(shí)間長(zhǎng)度的固化試樣強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)實(shí)際影響因素及水平如表2所示。

運(yùn)用SDI-8型計(jì)算機(jī)控制電液伺服動(dòng)三軸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行工作。考慮到淤泥結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，形成一定的土體擾動(dòng)，所以在試驗(yàn)前對(duì)土樣進(jìn)行整合處理。為了更快速完成淤泥樣品的制備，在預(yù)定條件下，將試驗(yàn)樣品進(jìn)行一定的條件管控。

試驗(yàn)選用某交通工程中的湖泊周側(cè)的淺層泥，選擇深度為0.7～5m之間。樣品的含水率要求控制在最佳制樣的25%含水程度。其中，選用PO42.5普通硅酸鹽水泥，使用固化的試劑為液態(tài)試劑。將固化劑與淤泥均勻攪拌，制備出進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)所需樣品。養(yǎng)護(hù)齡期為7d、30d和120d。

2.3 " 試驗(yàn)效果分析

為得到循環(huán)后固化混凝土的累積應(yīng)變量值，設(shè)定壓強(qiáng)為53kPa，豎向荷載值為25N。無(wú)側(cè)限強(qiáng)度具體狀況如圖2所示。

由圖2試驗(yàn)結(jié)果可知，在壓強(qiáng)和豎向荷載值相同時(shí)，循環(huán)1000次后，淤泥土的累積應(yīng)變程度逐漸開(kāi)始呈下降趨勢(shì)。對(duì)于不同天數(shù)的固化淤泥土，相同條件下其壓強(qiáng)均在500kPa以下，混凝土應(yīng)變累積量均較小。由此說(shuō)明，運(yùn)用本文方法進(jìn)行固化，能夠大幅度加強(qiáng)淤泥土的剛度，使得軟基穩(wěn)定程度增加。

運(yùn)用本文方法得到工程淤泥土的最優(yōu)配合比，可以制備樣品，進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)淤泥固化土的應(yīng)變量進(jìn)行測(cè)試，得到了不同應(yīng)力水平作用下，不同循環(huán)次數(shù)作用下累積量值變化，在不同時(shí)間均增強(qiáng)了固化土的剛度，提升了穩(wěn)定程度，滿足交通工程的預(yù)期目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)淤泥原位固化技術(shù)的良好應(yīng)用。

綜上所述，通過(guò)對(duì)固化技術(shù)優(yōu)化，將材料配比設(shè)置更為合理，可以滿足軌道交通實(shí)際工程需求。通過(guò)試驗(yàn)證明了該方法的有效性和實(shí)用性。將淤泥原位固化技術(shù)運(yùn)用于交通工程建設(shè)中，得到了良好的應(yīng)用效果。

3 " 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)淤泥原位固化施工技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新，優(yōu)化了材料的制備配比，確定了軌道交通工程軟基處理施工中的質(zhì)量規(guī)范。這不僅有助于加快施工總體進(jìn)度，而且有助于提升軌道交通工程施工的安全性。但該設(shè)計(jì)還存在不足之處，如工程中材料浪費(fèi)問(wèn)題，成本結(jié)算不足的問(wèn)題等。今后在研究中，要不斷提升施工過(guò)程中的加固程度，實(shí)現(xiàn)其在軌道交通施工中的有效程度，對(duì)提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全加以要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，解決施工中有可能產(chǎn)生的問(wèn)題，加快施工進(jìn)程。

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