生石灰\水泥\粉煤灰混合料在土地固化中的新应用

摘要 唐山曹妃甸国际生态城是围绕唐山曹妃甸工业区着力开发建设的生态新城，其建设地址在渤海湾淤泥地上，天然地基承载力低，施工机械及运输车辆无法通行。表层土体的固结硬化处理是工程建设解决的首要问题。采用合理配比的生石灰、水泥、粉煤灰混合料作为固化剂，结合合理的施工顺序，对提高表层土体的强度理取得了理想的效果。

关键词 淤泥；固化；生石灰；水泥；粉煤灰混合料；合理配比；合理顺序；理想效果

中图分类号TU5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）44-0168-02

土地固化是指在常温下把固化材料和原基土拌合，固化材料和土体发生一系列的物理、化学反应，从而改变土体结构、胶结土体颗粒及反应生成胶凝物质对土颗粒产生胶化作用，提高固化土体的强度。

1曹妃甸国际生态城概况及固化方案的选取

1.1概况

曹妃甸国际生态城位于唐山市唐海县东南环渤海的淤泥地上，称为建造在海上的生态新城，是为唐山曹妃甸工业区服务的生活居住的生态聚集区。建设地址：多为淤泥滩涂及淤泥回填的鱼塘虾池，表层淤泥厚度3.0m~5.0m不等，鱼塘、虾池位置6.0m~8.0m不等，天然地基承载力低，施工机械及运输车辆无法施工及通行，必须进行固化处理才能满足开发建设要求。

1.2方案的选取

根据设计要求，表层土体处理后承载力达到10t~18t即可满足施工及运输要求，表层固化为临时的土体固化，桩基施工完成后挖除。根据以上要求，业主分别选取了：真空预压法、轻型井点降水法、固化剂土地固化法3种方案进行讨论比较：

1）真空预压法：施工周期长，成本较高，两方面不能满足开发建设的要求；

2）轻型井点降水法：表层淤泥渗透率较低，施工周期较长，不能满足开发建设的时间要求；

3）固化剂土地固化法：由业主组织到工业区施工现场考察，此方法有施工周期短，原材料容易购买，成本较低，施工简便的优点，满足开发建设的要求。

经己方认定，采用固化剂方法进行施工。

2 生石灰、水泥、粉煤灰土体固化的机理

2.1生石灰作用机理：脱水挤密及胶凝作用

生石灰与原土拌合后，生石灰吸收土体中得水分消解成熟石灰，同时反应中放出大量的热，体积增大1倍~2.5倍，CaO+H2O=Ca（OH）2+热量。生石灰和水的化学反应，放出大量热量使土体产生一定的气化脱水，使土体含水量下降，空隙比减小，土体失水固结，体积增大，使土颗粒靠紧挤密，挤压固结，提高土体强度。一部分消石灰与空气中的二氧化碳、土体里的物质等反应生成水化碳酸钙等水化物。水化物对土颗粒产生胶化作用，使土聚体增大，改变土的结构，挤压固结，提高土体的强度。

2.2 水泥的作用机理：脱水、胶凝固结及凝结硬化固结

水泥与原土拌合后，水泥和土体里的水分发生水化反应，体积增大，发出热量，使土体脱水挤压固结。水泥的水化反应产出物中形成具有胶凝性质的水化物，对土颗粒产生胶化作用。随着水泥的不断水化，水化产物不断生成并填充土体颗粒之间空隙，空隙减少，胶化土颗粒，使土体固结。水泥水化反应后的凝结及硬化也提高了土体的强度，同时减少土体固结时间。

2.3 粉煤灰的作用机理：填充及胶凝作用固结

粉煤灰与原土拌合，细小颗粒可以使其填充土体中的空隙，减小空隙，与水泥反应生成具有胶凝能力的水化物，胶化土颗粒，使土体胶凝固结。

2.4 合理配合比例

抽取需固化土体样本，抽取购买的生石灰、水泥、粉煤灰样本，送实验室做配合比试验，按不同比例（根据当地施工经验确定配比范围）拌合，压实养护后，进行无侧限抗压强度试验，选取合理经济的配比方案。

2.5 合理的施工顺序

根据固化剂材料的固化作用机理得知，固化剂与土拌合后，伴有发热，胶结、体积增大，固结等反应，施工时：第一步先对固化土地周圈进行固化处理，可根据现场情况确定施工宽度，最小不小于1.50m，分层开挖拌合，分层回填压实。处理时增大水泥用量。第二步对圈内土体分区分层固化处理，分层开挖拌合，分层回填压实，采用试验得出的最佳配比进行拌合添加固化剂处理，最下层（不小于0.50m）添加固化剂时增大水泥用量。第三步对表层土地二次固化处理，不小于0.50m，根据实际情况确定，固化时加大水泥用量。

注：增加水泥用量是为了改变固化土体的渗透率，使之形成简单的防渗墙，阻碍固化土体周围的水分渗透，破坏固化土体。

2.6 土地固化的施工实例

唐山工业职业技术学院曹妃甸新校园三标段土地固化工程是采用传统固化剂（生石灰、水泥、粉煤灰）拌合料为固化剂，固化土地的第一个工程，在唐山曹妃甸生态城作为老材料新应用的实验工程。本项目的设计固化深度为1.8m~2.m，固化土层内以高含水量的淤泥质粉粘土为主，局部夹杂粉砂，地下水为在3.0m~4.0m,局部在2.0m~2.5m。施工前分别抽取土体样本，及生石灰、水泥、粉煤灰样品，送实验室进行配比实验。本项目的配合比（体积比）为生石灰：水泥：粉煤灰=3：1：1。施工时固化土体周圈、底层及表层二次处理是的配比为：生石灰：水泥=3：2。

施工顺序为：固化土地外边线测放――周圈固化处理，宽度1.5m，分层开挖拌合，分层回填压实，配比生石灰：水泥=3：2――圈内固化处理，分层开挖拌合，分层回填压实，配合比生石灰：水泥：粉煤灰=3：1：1――表层二次固化处理，深度0.50米，拌合压实，配比生石灰：水泥=3：2――固化区域表面压实拉光处理――固化区域养护。控制要点：1）开挖区域划分，开挖层数确定，每层开挖深度不得大于1.0m；2）固化剂的添加及拌合，拌合要均匀，颜色一致；3）混合物的晾晒，就地开挖拌合、搅动，至规定地点晾晒，达到最优含水率后回填；4）回填、压实，混合料达到最优含水率，分层回填压实，回填深度不得大于0.50m，机械整平、压实，横纵交叉，不少于两遍，不得有橡皮土现象出现，压实系数不小于0.90；5）养护,施工完毕的区域禁止车辆通行，必要时表层洒水，养护。

本工程项目施工周期为18天，处理固化土体81 516m3。处理后采用平板载荷试验，测定其承载力，试验数据如下：

共计抽取14点，处理深度及承载力均能满足设计要求。

对周圈3部位进行破坏性开挖检验，均发现土体渗透率均得到改善，可以做简单防渗墙使用，对圈内的固化起到很大的推动作用。

3 结论

采用此工艺施工具有施工周期短，成本低，质量容易控制，施工简便，原材料及施工机械可以就地买取和就地租赁等优点。此次施工的成功为沿海地区淤泥地的土体固化取得了一定经验。

参考文献

[1]建筑工程材料.

[2]龚晓南.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社.

[3]梁文泉.土壤固化剂的性能及固化机理的研究[J].武汉水利大学学报.

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”