YTG巖土固化劑在渠道防滲工程中的應用

□王玉玨（河南省黃河水利職業技術學院）

對于渠道防滲，我國先后采用過黏土、灰土、三合土夯實黏土錘打、砌磚、砌石及水泥土和混凝土等等。在防滲材料方面，研究和實踐證明：石灰土和水泥土經濟效益顯著，但灰土早期強度低、收縮大，容易產生裂縫；水泥土防滲的主要缺點是水泥土早期的強度低、水穩定性和耐久性差，而且，兩者對土料要求高，又有施工受氣候、環境影響大。這一缺點已成為它們大面積推廣的障礙。近年來，一種新型的膠凝材料YTG巖土固化劑的出現，徹底解決了傳統石灰土和水泥土材料和工法中存在的問題。

1.YTG巖土固化劑應用于渠道防滲的可行性

YTG巖土固結劑是我國自行研制的一種新型粉狀膠凝材料，屬土體固結劑的新類型，它在固結機理上與國內外同類產品相比，具有獨特的功能是高親土性和使被固結土產生高耐水性能，它能激發各類被固結巖土和工業廢渣中的礦物質的活性，使其成為工程實際所需求的材料，它能夠使被固結土體具有較高的早期強度和后期穩定增長的強度，它與土料結合產生的固化土的硬化過程比水泥土快得多，并且其固化土具有高水穩定性和高耐久性能，徹底解決了石灰土、水泥土耐水性差的問題。

近年來，YTG巖土固化劑在黃河南岸鄉村道路 （及基層）、汾河灌區渠底及護坡防滲襯砌、人工湖防滲襯砌、長江江心島固砂、河南近100幢樓房建筑換土地基及樁基工程、建筑制品等中得到了大量應用。實踐證明YTG固化土的各項力學性能指標遠高于水泥土，其中，單軸抗壓強度遠高于水泥土，早期強度比水泥土增加得快，且后期強度穩定增長，耐水、耐久性遠高于水泥土。因此，用YTG固化劑固結原土所形成耐水固化土代替水泥土應用于南水北調濟平干渠防滲襯砌的實際驗證必將對我國已建成渠道的防滲工程提供一條新的途徑。

2.YTG固化土與水泥加固土原理的比較

YTG巖土固結劑，看起來像波特蘭水泥，但不同之處在于它含有16%的21種無機化合物，稱為YTG特種元素，這些特種元素對于展現YTG巖土固結劑獨特的功能起著積極的作用。YTG具有很好的物理力學性能，與普通的波特蘭水泥相比，其粒徑是很細的，它能滲入普通的波特蘭水泥所不能滲入的細小孔隙，裹住比砂小的土料。它與土摻合凝固后的抗折、抗壓強高，透水率很低，幾乎不滲水，而且，具有使劣質土產生再固結的良好能力。因此，巖土固化劑按一定的比例與土均勻拌和并壓實后，由表及里的使被固結土產生增強作用，形成具有高強度、高耐水、體積穩定和高耐久性能的YTG固化土。

土顆粒與水泥攪拌壓實成水泥加固土的基本原理與混凝土的硬化機理有所相似，混凝土的硬化主要是水泥在粗充填料（即比表面積不大，活性很弱的介質）中進行水解和水化作用，所以凝結速度快。而在水泥加固土中，由于土顆粒的比表面積大，水泥的摻入量相對很少，因而水泥土的強度低是必然的。而且，水泥的水解和水化反應是在與空氣隔離的具有一定活性介質土（或飽和土）的圍繞下進行的，所以，硬化速度緩慢。大量實驗證明，水泥加固土強度增長的過程比混凝土緩慢的多，一般90d才具有特定的強度，其強度很低。至于粘土顆粒所帶有的活性礦物質與水泥水化物的復雜作用對水泥土的增強可以認為是微乎其微的。因為，實踐已證明，水泥固化砂性土的無側限抗壓強度大于固化粘性土，固化含有砂粒的粉土，其強度又大于固化粉質粘土和淤泥質粘土，而水泥固化的砂性土強度已經很低。同時，這也說明，水泥加固土基本原理與混凝土的硬化機理有所相似，其強度隨被固結土的顆粒比表面積的增大而減小。

相比之下，YTG巖土固化劑中，含有16%的21種無機化合物和YTG特種元素的獨特功能——高耐水性和高親土性在固化土中體現的優為突出。YTG巖土固化劑按一定的比例與土均勻拌和并密實后，由表及里的使被固結土產生增強作用，形成不可逆反應的具有高強度、高耐水體積穩定性和高耐久性能的YTG固化土。 YTG固化土的基本原理與水泥加固土的硬化機理有所不同，YTG在具有一定活性的介質土中的水解和水化反應時，充分發揮土體顆粒礦物鋁硅酸鹽的活性，加速了土中礦物與YTG的理化反應，改變了土性，增加YTG固化土的強度。并使YTG加固土的硬化過程比水泥土快的多，在與水泥常規摻入量相同時，28d能達到強度85%左右，其強度可達水泥土90d的2～3倍。

3.固化土防滲層施工配合比確定

3.1 基本要求

某輸水工程主干渠防滲工程防滲層固化土主要性能指標要求：抗凍標號D25，允許最小抗壓強度3.0MPa,滲透系數不應>1×10-6cm/s。固化土壓實的允許最小干密度，必須經過固化劑和素土的擊實試驗確定。設計要求壓實度為0.94。配合比按各渠段土料物理力學指標，經配比試驗后確定。固化劑用量一般為素土干容重的8%～12%。

3.2 技術參數確定

試驗測得：原土干容重為1.56t/m3，含水量為12.6%～32%，最優含水量為16.8%，原土最大干密度為1.70 t/m3。試驗和計算分析確定：滿足抗凍標號D25，允許最小抗壓強度3.0MPa,滲透系數不應>1×10-6cm/s時，固化劑用量為原土干容重的8%。試驗分析確定：固化土壓實的允許最小干密度為1.71t/m3。

4.固化穩定土防滲層的施工

4.1 施工前的準備工作

一是土基上應布設中線。直線段每15～20m的長度內宜設標樁，平曲線段每10～15m宜設標樁，并在兩側邊緣外每0.3～0.5m長度內宜設標樁；二是在兩側標樁上應設標記，并應進行高程測量，標出固化層邊緣的設計高度；三是檢測土中的含水量，宜符合固化類混合料的最佳含水量的要求，當不能滿足要求時，應對土采取處理措施；四是應根據每段的長度、寬度、基層厚度、預定的干密度及巖土固化劑的配合比，計算巖土固化劑的用量；五是根據固化土的厚度和預定的干密度及固化劑的用量，計算每包固化劑的攤鋪面積。再根據固化土的寬度確定巖土固化劑的行數、間距和用量。

4.2 路拌法固化穩定土的施工

4.2.1 松土攤鋪

一是應事先通過試驗確定土的松鋪厚度，松鋪厚度應等于壓實厚度乘以松鋪系數，每層不得>30cm；二是松土攤鋪應在使用巖土固化劑的前一天進行。攤鋪長度應根據從混合料拌和開始至碾壓成型在一個工作日內完成確定。其攤鋪、拌和及碾壓成型每道工序應在巖土固化劑初凝時間之前完成。

4.2.2 巖土固化劑的擺放和攤鋪

一是在擺放巖土固化劑之前，應檢測土的含水量；二是按要求計算擺放巖土固化劑的間距；三是攤鋪巖土固化劑時，每袋攤鋪面積應相等，其厚度應均勻。

4.2.3 混合料路拌機拌和

一是當采用路拌機時，應根據施工固化土厚度的要求，確定拌和深度，由兩側拌向中心，并達到固化底層。每次拌和應有重疊和翻透，并不得漏拌，且固化類混合料拌和顏色應一致；二是當分層施工時，層之間不得留有未摻拌的“素土”平層。

4.2.4 整型

一是混合料拌和均勻后，立即用平地機整型；二是應采用履帶拖拉機或輪胎壓路機初壓一遍，再用平地機進行整型；三是當采用人工整型時，應采用鍬與耙，并應先將混合料鋪平，再用履帶拖拉機初壓l～2遍后進行第二次整型。

4.2.5 碾壓、成型

一是整型后的固化類混合料基層應在最佳含水量時壓實；當表層含水量不足時，應先灑水再進行碾壓；二是應根據固化穩定土寬度和壓路機的輪距的不同，制定碾壓方案；三是應先用120kN及以上的三輪壓路機碾壓一遍，再用重型輪胎壓路機或振動壓路機進行碾壓。直線段應由兩側邊緣向中心進行碾壓；平曲線段應由內側向外側路邊緣進行碾壓。碾壓時重疊部分應為1/2寬，后輪應超過兩段的接縫處，并重復碾壓不得少于4遍。碾壓成型的固化土結構層表面應無明顯輪跡，其壓實度應達到95%；四是壓路機的碾壓速度，第1遍和第2遍的碾壓速度應為1.5～1.7km／h，以后碾壓速度宜為2.0～2.5km/h；五是碾壓過程中，當出現“彈簧”、松散、起皮等現象，應及時采取處理措施；六是，在碾壓結束之前，應采用平地機最后一次整型。終平應仔細進行，并應將局部高出部分刮除并掃出；對局部低洼之處，不應進行找補。

4.2.6 施工接縫處處理

一是在碾壓過程中應對施工接縫處進行處理。施工接縫處，應搭接拌和。第一段拌和后，留出5～8m不進行碾壓，在第二段施工時再將前段余留的未碾壓段添加巖土固化劑重新拌和，與第二段相連一起碾壓；二是末端縫（即工作縫）和“調頭”處可按水泥土施工經驗進行處理。

4.2.7 養護要求

一是固化穩定土碾壓成型后，不應過濕或忽干忽濕。養護期不宜少于7d；二是固化穩定土成型后，其未達到強度要求之前3d，應限制水泡。

5.現場實測技術參數分析

通過實驗室試驗和現場施工檢測，進一步證明：YTG固化土較水泥土早期強度增長快，且早期強度高，8%摻量的YTG固化土7d強度相當于16%摻量水泥土28d強度。YTG固化土較水泥土易于拌和均勻，采用路拌機拌和完全可以達到設計要求，施工簡單。未經外加功能壓實時，是一種處于松散狀特的混合物，強度低，只有將固化土加壓密實，使土粒緊密連接，才能保證固化土具有應有的強度。試驗表明干密度每增加0.1t/m3，抗壓強度就增加0.76～1.16MPa，由此可見，增加固化土的干密度可以大幅度提高固化土的強度。固化土固結反應能夠在水和空氣中硬化，徹底解決了常溫下被固結各類巖土的水穩定性問題。

6.結論

一是固化土能夠在水和空氣中硬化，強度在28d內可達85%以上，這對工程安全及整個工程工期有著重大意義；二是固化土可以就地取材，施工方便、成本低、工期短；三是固化土與水泥土相同時，28d能達到強度85%左右，其強度可達水泥土90d的2～3倍；四是固化土的應用，具有良好的社會經濟效益和生態環保效益。為渠道防滲工程提供一種新的可靠的材料和技術。