预拌流态水泥土在沟槽回填中的应用技术研究_刘佃勇.pdf

工程技术建 筑 技 术 开 发 109Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月城市化进程的加快使得道路工程扩建、综合管廊等施工工程越来越普遍。这些工程中最重要的工序之一为基坑肥槽或者管道沟槽的回填、压实等。在基坑肥槽或者沟槽回填工程施工中，传统的方式为采用固体回填材料，如土质填料、级配砂石填料等，并采用人工夯实、轻型压路机压实等的方式对回填部位进行分层压实夯实。这种回填方式不仅操作烦琐，耗时耗力，而且采用的固体回填材料与结构物或开挖界面存在死角，经常会遇到管线区域难回填、狭窄区域难压实、碾压夯实质量难以保证、回填不实易沉降等工程问题，容易造成质量通病，诱发工程病害，引起一些城市道路路面塌陷等险情。由此可知，传统回填技术虽然发展较为成熟，但难以满足高效快速的施工条件和良好回填质量的要求，相应的回填技术需要进一步有所突破。针对上述施工难题，众多学者和工程师逐渐研发、应用并推广一种新型的回填技术：流态水泥土回填土技术。该技术主要在优质土体中通过加入一定掺量的水泥、水和/或固化剂，采用与自流平混凝土类似的技术，将其搅拌均匀具有一定的流动性和自密实性，采用溜槽或泵送的方式浇筑到基坑肥槽等需要回填部位，固化后达到一定强度，保证回填土密实稳定，确保回填质量。目前针对预拌流态水泥土性能及其在肥槽回填中的应用已有较多研究。例如，王丽筠等（2021）以北京朝阳医院东院综合楼的基坑开挖工程为研究背景，提出了采用预拌流态固化回填土对基坑肥槽回填的施工方案，并研究了该方案的施工工艺、施工效率、质量控制等，发现采用预拌流态固化回填土可显著提高施工效率，确保工程质量。刘旭东预拌流态水泥土在沟槽回填中的应用技术研究刘佃勇1，马成刚1，唐勇2，罗启武2，杨宇1，熊习旺2（1.宿迁市铁路事业发展中心，江苏宿迁 223800；2.中国建筑第五工程局有限公司，湖南长沙 410004）摘要 为解决目前传统方法采用固体填料回填狭小空间产生的回填不实、后期沉降较大等工程问题，通过实验室测试与现场试验研究了预拌流态水泥土在沟槽回填中的应用技术。结果表明：预拌流态水泥土具有较好的自密性，可较好的填充管道沟槽开挖产生的狭小空间，固化后的强度也可满足工程要求。通过实验室测试可优化水泥土的含水率和水泥掺量等关键控制参数，确保在满足水泥土的流动性要求的前提下实现强度要求，且最大程度的减少水泥的使用量。通过选用合适的自动化水泥浆制备系统、流态水泥土拌合系统和土料投入系统，对江苏某地道路快速化改造工程项目排水工程施工管道沟槽回填工程进行现场试验，实现较好的回填效果，并产生较好的经济和社会效益。关键词 流态水泥土；沟槽回填；自密性 中图分类号TU 992 文献标志码B 文章编号1001-523X（2023）02-0109-04STUDY ON THE APPLICATION TECHNOLOGY OF READY MIXED FLUID CEMENT SOIL IN TRENCH BACKFILLINGLiu Dian-yong，Ma Cheng-gang，Tang Yong，Luo Qi-wu，Yang Yu，Xiong Xi-wang AbstractIn order to solve the engineering problems such as inaccurate backfilling and large later settlement caused by the traditional method of backfilling narrow space with solid filler,the application technology of ready mixed fluid cement soil in trench backfilling was studied through laboratory test and field test.The results show that the ready mixed fluid cement soil has good self-tightness,can better fill the narrow space generated by pipeline trench excavation,and the strength after curing can also meet the engineering requirements.Through the laboratory test,the key control parameters such as the moisture content and cement content of cement soil can be optimized to ensure that the strength requirements can be realized on the premise of meeting the fluidity requirements of cement soil,and the use of cement can be reduced to the greatest extent.By selecting the appropriate automatic cement slurry preparation system,fluid cement soil mixing system and soil material input system,the field test is carried out on the pipeline trench backfilling project of drainage engineering construction of a road rapid transformation project in Jiangsu Province,so as to achieve better backfilling effect and produce better economic and social benefits.Keywordsfluid cement soil;trench backfilling;self-compacting收稿日期：20230125基金项目：国家自然科学基金项目（52108364）作者简介：刘佃勇（1974），男，江苏宿迁人，高级工程师，硕士，主要研究方向为交通工程施工。工程技术建 筑 技 术 开 发110 Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月（2018）从回填工程的工艺流程、材料性能研发和设备选型等三方面进行分析，以某个大型地下综合管廊基槽回填为工程背景，研究了基槽流态回填的工艺、流态固化土复合材料和制备流态固化土的成套设备等。杜君等（2021）根据实际工程中对基坑沟槽回填施工的要求，研究出用于搅拌、运输和回填流动化回填土的专用设备，可同时完成流动化土的制备和浇筑回填，从而显著地降低了作业劳动强度、提高了回填施工效率和质量，并节约了工程成本。朱伟等（2021）为解决城市管网工程中开挖基槽产生渣土不易处理、基槽回填缺乏优质固体回填料等的工程难题，研究了将开挖弃土改良为流动化回填土并就地使用的技术并进行了示范工程应用。可通过水固比和灰砂比的调节来确定流动化回填土的性能和配比。类似的，薛信恺等（2019）也针对管网基槽开挖回填产生的各种工程问题提出利用流动化的处理方法对基坑及肥槽进行回填的解决方案，并研究了该回填技术填筑施工的专用设备。此外，范猛（2009）也提出了非压实回填土的概念，并对回填土的工作性进行试验探讨。作者指出，非压实回填土具有自密实的特点，并且可以将开挖的弃土就地再生利用，不需要购买新的填土，具有显著的环境效益和经济效益。上述研究总结表明，目前有关流态化回填材料的性能及应用情况已经开展了较多的研究。但已有的文献研究主要集中在基坑肥槽或管廊基槽的回填，在管道开挖沟槽的回填应用案例极少。但值得注意的是，管道开挖沟槽较基坑肥槽等具有尺寸更窄距离更长等特点，因此无法直接根据基坑肥槽开挖的经验对管道沟槽进行施工。此外，多数的已有研究仅仅给出了某些具体工程的应用情况，并未给出流态化回填材料的具体配比及其对应的特性。因此应用在具体工程中不免存在工程开挖土的物理力学性质确定、制备流动化土的配比、如何进行工程施工、质量怎样评价等问题无法解决。研究这些问题对于这种工艺在沟槽开挖回填的成功应用和推广实施具有重要意义。因此本文拟针对预拌流态水泥土在沟槽回填中应用关键技术进行研究，以期为工程提供参考依据。1 工程背景以江苏某地的道路扩建工程为例，该工程除了要完成道路扩建以外，还需进行排污管道的迁移。排污管道通常埋置在道路两侧1-2米深，因此通常的做法是开挖一个倒梯形的沟槽，管道安装完毕后将开挖空间进行回填，如图1所示。管道基础层沟槽宽度填充空间管道分层1分层2分层3地面图1管道埋设示意图管道沟槽开挖空间的回填质量的保证是工程上考虑的重要问题之一。传统的回填方式普遍采用固体回填材料，如土质填料、级配砂石填料等进行回填。这种固体回填材料与结构物界面难免存在未填充的死角，如管线临近区域和部分狭窄区域，在回填过程中存在难压实、碾压夯实质量难以保证等工程问题。在道路运营期间，采用这种回填方法施工的路面在受到交通荷载作用后经常会产生较大的残余沉降，诱发道路路面塌陷等险情。因此在各大工程均倡导安全高效施工的背景下，传统的固体填料回填技术难以满足快速施工条件和良好回填质量要求。如何确保管道沟槽或其他狭小空间的回填效果成为工程上一大难题。2 流态水泥土性能要求基于上述分析的工程背景，本文提出了一种可用在狭小空间实现高效高质量回填的工程施工方法，即预拌流态水泥土在沟槽或其他狭小空间回填中的应用技术。该技术主要涉及到流态水泥土控制参数的确定，以及如何在现场进行高效快速的施工（即设备要求和施工工序等）。流态水泥土的性能对该技术的成功应用与否具有重要的影响，这是因为相比较与传统固体填料，流态水泥土的主要优势在于其自密实特性和较好的强度指标。这就需要水泥土有较好的流动性，从回填效果的角度来分析，流动性越大越好，因为可确保狭小空间得到较好充填。例如，刘晖（2019）测试了水土比对流态水泥土流动性的影响。作者采用了内径和净高均为80mm的光滑圆筒，并参考气泡混合轻质土填筑工程技术规程(CJJ/T 1772012)进行测试，结果如图2所示。图2表明，随着水土比的不断增大，水泥土的流动性呈快速上升趋势，且上升速度不断加大，表明水泥土的含水率对水泥土的流动性起决定性的、作用。因此在现场施工中，需要确保含水率不低于某一值，从而可较为均匀的填充狭小的空间。工程技术建 筑 技 术 开 发 111Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月水土比0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85350200流动性/mm0图2 水土比对流态水泥土流动性的影响尽管水泥土的含水率越高流动性越好，也越有利于回填密实，但另一方面，含水率越高，水泥土固化后的强度也随之降低，若强度低到一定程度，可能不满足工程要求。张军等（2019）将水泥土掺入淤泥质土，并研究含水率对水泥土强度的影响，试验结果如图3所示。图3表明，对于任意水泥掺入量，随着含水率的增加，水泥土的无侧限抗压强度均不断降低，呈线性下降的趋势。由此可以说明，在水泥土的配比中，含水率和水泥掺量等控制参数需有机协调，确保在满足水泥土的流动性要求的前提下既实现强度要求又可最大程度的减少水泥的使用量。根据大量的现场经验，在自密水泥土塌落度控制在140mm18