高含水率黏性土回填应用研究

高含水率黏性土回填应用研究

王春远 国家电投 山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南

【摘要】现场开挖区域地层结构为①粉土夹①-1粉质粘土层，土体天然含水率26%~36.3%。根据现场土壤击实试验报告，土体最优含水率11.6%，最大干密度1.82g/cm³；黏性土含水率高且保水性强，开挖土直接回填难以达到设计要求。通过多轮次的试验研究、数据对比分析和论证，制定了经济、环保、可行的黏性土改良方案，攻克了高含水率黏性土回填的技术难题，解决了基坑回填施工工期短、含水率高以及工程量大、质量要求高的矛盾，为项目的顺利实施提供了保障。

【关键词】高含水率 黏性土 改良试验 回填应用

一、引言

本工程由于回填土含水率高且保水性强，项目组先后多次召开技术专题会分析研究讨论解决方案。结合类似土质地区工程以及其他项目的实践，如更换回填材料影响现场土方平衡，且造价较高，也不符合本工程绿色建造的宗旨。

目前国内关于高含水率回填土试验研究主要在道路路基施工领域，采用石灰和水泥对回填土进行改良^【1】，主要发挥石灰、水泥的固化作用，以及研究路基回填土压实过程中,碾压方式、回填土含水量、碾压遍数等因素在碾压施工中对压实度的影响程度^【2】。

对此，本研究主要通过采取回填土翻晒处理、在回填土中掺入石灰、水泥或粉煤灰进行改良等方案。

二、研究的意义和必要性

本项目依托于山东能源聊城祥光2×660MW热电联产工程，土方回填是祥光项目现阶段的重点工作任务，影响项目分区域分层施工的整体策划和安排，对主厂房及锅炉区域地下设施、粗地坪施工、锅炉钢架吊装、上部结构施工等影响重大，各区域高标准施工及安全文明施工状态受较大影响。随着冬期施工日益临近，基础回填工作已迫在眉睫。

本研究与现场急需解决问题紧密结合，项目研究必要性强。项目研究旨在：

1）对高含水率黏性土回填一次合格率低的问题进行质量改进，提升工程质量，为工程创优打下良好基础；

2）攻克黏性土回填的技术难题，提升业主满意度；

3）满足项目质量、工期、成本要求。

三、主要研究内容

1、通过试验确定研究方向

根据本工程岩土工程勘测报告书37-FC15001S-G01，由于本工程基坑开挖区域地层结构为①粉土夹①-1粉质粘土层，土体天然含水率26%~36.3%。

根据《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019），采用土壤击实试验的方法对基坑开挖区域土体进行试验，测得现场开挖土体最优含水率11.6%，最大干密度1.82g/cm³。

根据《建筑地基基础工程施工规范》（GB51004-2015），第8.5.5条规定：黏土的施工含水量与最优含水量之差可控制为-4%~+2%，使用振动碾时，可控制为-6%~+2%。

目前回填土的天然含水率明显超过规范允许范围，确定主要研究方向：降低黏性土的含水率。

2、采取翻松、晾晒的措施降低黏性土的含水率

结合类似土质地区工程以及其他项目的实践，项目部首先采取翻松、晾晒的措施以降低黏性土的含水率。

现场在集控楼北侧-5m~ -4.75m层选取一块试验区，使用翻松、晾晒的黏性土进行回填试验，回填机械为小型振动压路机，碾压遍数4遍，分层厚度250mm，2020年10月14日，对回填试验区选取3处试验点进行压实度取样，回填压实系数分别为：84.1%、94%、92.3%，仅有1个试验点满足，另外2个试验点不满足设计压实系数≥0.94的要求。

采用黏性土直接回填的合格率仅为33%，而常规项目回填土一次合格率需达到90%以上，才能满足的工期、质量、成本要求。

试验结果表明，仅采取采取翻松、晾晒的措施仍无法满足设计要求，仍需采取在回填土中掺入石灰、水泥或粉煤灰进行改良的措施。

3、确定回填土改良试配方案

根据工程经验和调研收资，项目部采用头脑风暴、专家评审等方式，制定以下试配方案：

1. 在回填土中掺配10%消石灰（1:9石灰土）；

2. 在回填土中掺配20%消石灰（2:8石灰土）；

3. 在回填土中掺配 5%水泥（5%水泥土）；

4. 在回填土中掺配10%粉煤灰（1:9粉煤灰土）；

5. 在回填土中掺配20%粉煤灰（2:8粉煤灰土）；

6. 在回填土中掺配30%粉煤灰（3:7粉煤灰土）。

针对上述试配方案，根据《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）采用土壤击实试验的方法，委托铁正试验室对各试配方案的最优含水率、最大干密度进行逐一检测，试验结果如下表：

根据试配试验结果的综合对比分析（效果比较、成本比较、环保影响、可行性分析等），项目组确定采用1:9石灰土试配方案进行域现场回填试验。

4、工程应用验证

根据确定采用1:9石灰土试配方案，在集控楼区域现场回填试验：

根据试验检验，集控楼区域-5m~-4.75m层6个试验点回填土含水率已降至15.5%以下，压实系数均大于0.94。说明，采用1:9灰土对回填土进行改良的方案能够有效降低黏性土的含水率，从而显著提高回填土一次合格率。

5、成果应用，对实施结果进行统计分析

根据研究成果，对集控楼、主厂房、锅炉房、侧煤仓等区域使用1:9石灰土进行回填应用，已完成回填土检测统计表如下：

从表中可以看出，回填土共取样2035点，一次合格率达到95.3%。检测结果表明：采用1:9石灰土对回填土进行改良的方案能够有效降低黏性土的含水率。

四、结论

通过多轮次的试验研究、数据对比分析和论证，在6种改良试配方案中择优选择了1:9石灰土方案进行现场回填试验，含水率从26%降至15%，攻克了高含水率黏性土回填的技术难题；实现基坑回填施工工期从144天缩短至76天；累计回填取样2035点，一次合格率达到95.3%，有效的解决了基坑回填施工工期短、含水率高以及工程量大、质量要求高的矛盾。

项目研究成果可复制、可推广，为企业带来一定的经济效益和社会效益的同时，对企业的技术创新发展或市场开拓具有较高价值。

五、参考文献

[1] 屈财魏，李文，熊卓彧，何健，高含水率路基回填土改良试验研究，《路基工程》 2018年05期

[2] 刘运兰，路基回填土压实度影响因素试验研究，《施工技术》 2015年S1期