固化盾构渣土在道路工程中的施工技术

摘要:随着经济和社会的发展，地铁建设里程大幅增加，盾构施工产生的渣土数量巨大，资源化利用水平需要持续提升。该文利用自主研发的固化剂将地铁盾构渣土进行固化，并代替石灰土用作路床和路面底基层，在城市道路工程中展开应用。同时，依托工程实践，形成一套标准化、规范化、普适化的施工工艺，提出固化盾构渣土施工质量控制要点，对打造固废利用型市政道路、指导固化盾构渣土在道路工程中的实际应用意义重大。

关键词：盾构渣土；固化；道路工程；施工技术；质量控制

0 引言

伴随我国城市化进程的深化，城市版图持续扩张，同时基础设施体系亦在逐步健全与优化。从2010年开始，城市地铁的建设速度明显提高，截至2022年底，中国大陆已开通运营308条线路、10287.45公里城市轨道交通的城市达到55个。其中，8008.17公里为地铁运营线路，占77.84%[1]。

地铁建设大多采用盾构法施工，产生大量盾构渣土。据相关统计表明，我国每年产生的盾构渣土量超过上亿立方米，盾构渣土的无害化处理技术成为当前亟待解决的重要难题[2]。盾构渣土粘度较高、含水率高、孔隙率高、压缩性高，工程性质差，传统的堆填消纳方式环境负荷大，固化是一种加固效果好、工程造价低、施工操作易的处置方式。

国内外学就路用固化盾构渣土进行了多项研究，郝彤等[3]利用盾构渣土以不同质量比例替代细骨料，利用盾构渣土制备高流动性、自密实性的盾构渣土-可控低强度材料（CLSM），作为传统回填材料的替代方案。实践表明，盾构渣土-CLSM能够有效满足路基、管道、结构等工程的回填与填充需求，成功解决了传统回填材料在填充过程中存在的死角问题。朱考飞等[4]对盾构渣土回收利用价值进行了分析，认为其作为路基填料，实现资源化、减量化、无害化，减少堆填占用土地，保护生态环境。杨涛等[5]将胶凝材料和盾构渣土结合后制备出了再生固化充填材料(RSS-ER)，发现一般回填工程中RSS可满足对于充填材料的流动性要求。张建勇[6]改良盾构渣土，通过承载比试验、抗压强度试验等获取盾构渣土的路用性能指标，发现在固化剂和纤维的作用下可以有效限制土颗粒的移动，从而提高土体的整体性、强度和稳定性。

然而，目前的研究大多集中于固化剂研发和性能试验阶段，尚未开展实际工程应用，对于施工工法研究较少，本文在固化土性能试验的基础上，将固化盾构渣土应用于南京某城市道路工程，代替石灰土用作路床和路面底基层，依托工程实践，形成标准化、规范化、普适化的施工工艺流程和技术要点，对指导固化盾构渣土的实际应用意义重大。

1 工程概况

某城市道路工程位于上江苏省南京市，道路全长796m，城市支路，规划道路红线宽度18m，近期实施宽度11m。固化盾构渣土选取的实施范围为：K0+038.808~K0+138.808，共100m的试验路段。

2原材料

2.1盾构土土源及土性

采用的盾构渣土土源来自南京地铁6号线某地铁站，距离文荟路施工现场约13公里，驾车22分钟。依据《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）[7]对工程采用的盾构渣土土样进行物理性能分析，具体情况见表1所示。

曲率系数Cc为1.02，不均匀系数Cu为20.05，该盾构渣土Cu≥5，且1≤Cc≤3，盾构渣土颗粒级配良好。

表1 渣土物理性能指标

2.2固化剂

项目采用固化剂为自主研发的复合固化剂，配方最优组合为：硅酸盐水泥∶粉煤灰∶添加剂一∶添加剂二∶高分子聚合物=35∶35∶15∶9∶6。

3道路设计

3.1技术指标要求

3.1.1路床技术指标要求

1）用于道路路床时，最大粒径不应大于100 mm，80mm～100mm的颗粒含量应不大于20%，小于20mm的颗粒含量应不小于60%。

2）压实度要求：路床固化剂掺配比例为6%，固化土路床压实度≥94%；

3）路床顶面填料强度（CBR）最小值6%。

3.1.2底基层技术要求

1）用于道路底基层时，最大粒径≤50mm，30mm～50mm的颗粒含量应不大于20%，小于20mm的颗粒含量应不小于60%。

2）压实度要求：底基层固化剂掺配比例为8%，路面底基层压实度≥96%。

3）底基层抗压强度要求：7天龄期无侧限抗压强度≥0.7MPa。

3.1.2设计变更

底基层：原设计方案为20cm的12%石灰土，变更为20cm的%8的盾构渣土。

路床：原设计方案为6%灰土，变更为6%固化盾构渣土。

3.1.3工程量统计

路床和底基层部位的变更工程量如表2所示，共计1096m3。

表2 变更工程量数量表

4固化土技术指标

4.1击实试验结果

当固化剂掺量为6%、8%、15%时，各土体的最优含水率为16.8%、17.4%、19.1%，最大干密度依次为1.78g/cm3、1.69g/cm3、1.64g/cm3，如表3所示。

表3 击实试验结果

4.2抗压强度试验

当固化剂掺量分别为6%、8%、15%时，各土体的无侧限抗压强度为1.28MPa、1.78MPa、3.01MPa，满足设计要求。

5 工程施工及现场检测

5.1施工工艺流程

固化盾构渣土施工工艺和流程如下：

（1）盾构渣土晾晒：在道路工程施工现场渣土堆存晾晒区，充分翻耕晾晒盾构渣土，将盾构渣土多次翻晒至含水率25%左右。

（2）布料、摊铺

固化盾构渣土的施工应在下承层施工完毕合格后及施工放样完成后进行，首先应摊铺盾构渣土，松铺厚度取25cm，在场地预定的宽度上均匀地摊铺土料，整平轻压，力求表面平整。在摊料过程中，当土中含有较多土块时，经过筛选，剔除土块、超尺寸颗粒及其他杂质，随后实施粉碎工序。

按设计规定的固化剂掺量（路床6%，路面底基层8%），计算摊铺土方所需的固化剂数量，将固化剂均匀铺在盾构渣土层上。

（2）拌合

摊铺完毕的盾构渣土和固化剂采用旋耕机拌和三到五遍。拌和过程中随时随拌和深浅程度进行检查调整，使土层全部翻透，避免翻拌过深。实时调控含水量，在含水量过高或过低的情况下，需适度晾晒或洒水调整湿度。出现球团时，应将其打碎。确保搅拌过程均匀，色泽一致，且搅拌完成后应立即使用。拌和后，检测含水率至最优含水率上下，方可进行摊铺。

（3）整形

摊铺时应分层摊铺，铺完一层再铺一层，各层摊铺后应用木耙子挂线找平。对标高控制桩进行厚度检查。

用推土机或装载机粗平，局部不平路段应人工配合整平。并采用插竿挂线的方法，保证摊铺面纵横均匀、平顺铺开。人工将超粒径的石料及杂物清出场外，第一层填筑边修顺、整平。完成整型后，需进行挖孔检测，测定固定点的初始松铺厚度。随后，在碾压完成后，对同一点进行压实厚度检测，以获取精确的压实效果数据，确认层厚符合要求，现场试验人员及时取样测含水量，在混合料接近最佳含水量时，方可进行碾压。

（4）碾压

土料摊铺好后，即进行夯实和碾压。本工程采用25吨压路机碾压，对边角无法碾压处，配合蛙式打夯机进行夯压。夯实或碾压遍数，不少于4遍，换填碾压时，遵循先两侧后中间、先静压后振动再静压的操作程序。

在路基填筑过程中，应严格按照设计断面分层进行填筑和压实作业。首先，根据施工机械的压实能力确定每层的最大松铺厚度，该厚度不应超过30cm，以确保压实效果。填筑至路床顶面时，最后一层的最小压实厚度应不小于10cm，以保证路基的整体稳定性。在压路机操作方面，应遵循先两侧后中间、先静压后振动再静压的程序，行驶速度控制在2km/h以内。压路作业分为初压、复压和终压三个流程，每个流程都要确保达到规定的压实度。此外，使用蛙式打夯机进行夯压时，应确保一夯压半夯，夯夯相接，行行相接，纵横交叉，以达到均匀的压实效果。

固化土自拌和至碾压成型应控制在6h内完成，入坑固化土不得隔日夯打。夯实后的固化土3d内不得受水浸泡，现场检测合格后及时进行后续工程施工，或在固化土表面作临时性覆盖，避免日晒雨淋。

（5）养护

采用覆盖节水保湿养生膜方法养生7天。每段碾压完成检测合格后，立即洒水并覆盖养生膜，两相邻养生膜间搭接不小于5cm，在覆盖的养生膜四周用土或石块掩埋，防止覆盖物被大风掀开破坏，造成水分散失。在养生期未开放交通的路面基层两端封闭交通并设专人值班，悬挂养护标志牌和交通标志指明正确的行车路线。

（1）布料、摊铺         （2）现场拌合

（3）整形                （4）碾压

（5）养生

图1 现场施工

5.2现场检测

试验路段路床施工完毕后，在施工现场进行了压实度和弯沉值检测，路床压实度可达94%-96%，弯沉值为10-40（0.01mm），路面底基层施工完成后，经检测，压实度可达96%~98%。均满足设计要求。

6 质量控制

为确保盾构固化渣土的施工质量，以下施工要点应引起重视： 

（1）施工前，首先对路面底基层顶面标高进行复核，并放样出基层边线坐标立桩拉线标示，组织组织技术人员及施工管理人员深入研读设计文件，深入领会设计意图，确保对施工过程中涉及的技术要点、操作程序关键步骤以及质量标准有清晰且详细的理解。随后，开展针对性的技术交底工作，确保每个参与者都能充分掌握相关知识，为施工的顺利进行提供有力保障。

（2）设立现场检测室，选派多年从事检测工作的专业检测工程师担任项目检测工程师，其他检测人员全部做到持证上岗，由专业检测工程师担任项目检测工程师。为确保工程材料符合设计和规范要求，需严格依照招标文件中的相关条款，对所采用的工程材料进行抽样检测。随后，将检测结果提交给监理工程师进行审查与确认，以确保材料质量满足工程需求。

（3）施工中定期检查、鉴定使用的各种计量检测仪器、设备，做到计量、检测、检验等仪器准确无误，确保各项检测工作的顺利进行。按规定规范检查各类物资、设备、器材，对不符合要求用于项目的物资、器材、器材拒不使用。同时需强化工程试验与检验环节，并构建完善的台帐体系与施工记录系统，以实现对工程施工过程的全面追踪与监控。

（4）认真组织好试验段的各项工作，对试验段所取得的施工技术参数进行汇总并上报监理工程师，监理工程师签字认可后，严格遵循试验段所确定的施工工艺和技术流程进行操作，确保施工质量与效率。

（5）填充物松铺厚度在固化土施工中严格控制，保证密实均匀的碾压。符合施工质量要求的重振式压路机用于碾压。严格控制填充物粒径，分层铺装厚度，确保压实度达到设计要求。

（6）固化土施工质量控制一定要把握好填料和原料的控制，施工工艺的控制，检测和检验的控制三个环节。

7 结论

（1）通过对路床及路面底基层技术指标要求进行阐述，对盾构渣土的特性进行分析，并通过击实试验、无侧限抗压强度试验，结果表明6%掺量固化土满足本次试验路段的路床技术指标要求，8%掺量固化土满足本次试验路段的底基层技术指标要求。

（2）针对具体工程所需的盾构施工渣土成分、典型施工工艺以及环境、填料要求，提出固化盾构渣土用作筑路材料具体施工流程和施工工艺，该工程固化盾构渣土施工技术在满足工程要求的基础上取得良好效果。

（3）固化土施工质量控制一定要把握好填料和原料的控制，施工工艺的控制，检测和检验的控制三个环节。通过严格选择材料和质量要求，保证使用高质量的固化剂；具体操作和施工步骤的技术要求，确保了施工工艺的流畅；质量控制环节的严格监测和检测，保证路面的平整度、紧实度和表面平整度符合要求。

参考文献

[1]城市轨道交通2022年度统计和分析报告 [J].城市轨道交通,2023,(04):13-15.DOI:10.14052/j.cnki.china.metros.2023.04.002.

[2]郭卫社,王百泉,李沿宗等.盾构渣土无害化处理,资源化利用现状与展望[J].隧道建设（中英文）,2020,40(8):12-18.

[3]郝彤,王帅,冷发光.利用地铁盾构渣土制备高流态充填材料[J].硅酸盐通报,2020,39(05):1525-1532.

[4]朱考飞,张云毅,薛子斌等.盾构渣土的环境问题与绿色处理[J].城市建筑,2018(29):108-110.

[5]杨涛,李幸孺,刘帅磊等.固化渣土材料力学性能与微观机理试验研究[J/OL].地下空间与工程学报:1-10[2023-08-16].

[6]张建勇.聚丙烯纤维改性盾构渣土强度特性研究[J].地下空间与工程学报,2023,19(02):400-409.

[7] GB/T 50123-2019,土工试验方法标准[S].北京：中国计划出版社，1999.