土壤固化技術

馬天水

大慶油田采油二廠

土壤固化技術

馬天水

大慶油田采油二廠

油田道路的設計使用年限一般為15年，近幾年發現，由于各種不利因素導致很多新建道路七、八年就會出現一些翻漿和裂縫等現象，甚至個別路段在建設后第二年就需要維修。土壤固化劑與土壤混合后發生物理化學反應，能快速而顯著地改變土壤的工程性質。傳統常規道路基層為20 cm厚的二灰碎石，概算價格為42.9元/平方米；同等厚度10%固化土基層概算價格為37.29元/平方米，且使用固化土道路因為水穩性比較好，可以減少底基層二灰土的厚度，同時減少土培路肩量。綜合計算每千米道路造價降低6.54萬元。

固化劑；水穩；井排路；二灰碎石

1 井排路現狀及存在的問題

截至2013年底，大慶油田采油二廠各類油田道路總里程1 521 km，砂石路和土路占很大比例，約為88.5%。其中，土路1112 km，砂石路234 km，瀝青路175 km。2008年至2013年期間產能工程共新建土路110 km、砂石路13 km，改造砂石路、瀝青路18 km；老區改造項目平均每年大修16 km，新建1 km。道路等級偏低、大型車輛多、交通量大，雨天又不能禁行，導致大部分砂石路、瀝青表處路及部分結構較差瀝青砼道路嚴重破損，使用期限縮短，很多路段雨季根本無法通行。

雖然近兩年道路大修投資有所增加，路況有所改善，但由于道路整體基礎差，長期存在嚴重超載問題，維修養護工作欠賬太多，致使部分瀝青表處路及由砂石路改造而來的瀝青砼路年久失修，破壞嚴重，無法正常使用。

井排路存在的問題主要有：一是連續不間斷產能建設施工對道路的破壞非常嚴重；二是由于投資緊張等原因對道路系統的恢復大修投資很少；三是平常養護維護工作跟不上損壞老化的速度。基于以上原因，道路系統形勢仍將十分嚴峻，壓力將繼續增大，急需維修的道路數量將逐年增加。

油田道路的設計使用年限一般為15年，近幾年發現，由于各種不利因素導致很多新建道路七、八年就會出現一些翻漿、裂縫等現象，甚至個別路段在建設后第二年就需要維修。隨著近幾年石灰、水泥、石子、砂等材料市場價格直線上升，道路造價也越來越高。相繼使用了舊路料利用、道路冷再生等新技術，在一定程度上有效地降低了建設成本，但是道路總體質量未見明顯提升。

2 技術原理與參數

土壤固化理論始于歐洲建筑業。近年來，土壤固化技術在國外土木工程、高速鐵路、高速公路及環境保護等領域得到應用，取得了良好的效果，被美國工程雜志評為20世紀人類偉大發明之一。因目前我國尚無國家標準規范，只有參考浙江省地方性工程建設標準DB33/T1052—2008土壤固化劑加固道路路基應用技術規程。

2.1 技術原理

土壤固化劑與土壤混合后發生物理化學反應，能快速而顯著地改變土壤的工程性質。它可將土壤中大量的自由水以針狀結晶體的形式固定下來，改變土壤膠團表面電荷，降低土壤顆粒間的排斥性。土壤固化劑和土壤化學反應生成的新物質體積膨脹后改善土壤中的孔隙，建立空間網狀結構，形成較高強度的整體，致使處理過的土壤達到常規所不能達到的壓密度。土壤固化技術對土壤有廣泛的適用性，只要達到最大粒徑不超過15mm及有機物含量不超過10%兩個要求即可，且取材方便。

到目前為止最經濟適用、采用最多的固化形式中無機類土壤固化劑占主導地位，特別是這類固化劑可以有效地固化石灰、水泥及工業廢渣等以作建筑材料。無機類土壤固化劑與水發生反應，水化生成的膠凝物質與土壤中的活性成分互相交錯，增加土體顆粒黏結力，并填充固化土體內部的空隙，使固化土體體積發生一定程度膨脹，產生內應力，從而提高了固化土體的抗凍性能、抗滲性能、防腐蝕性能及耐疲勞性能。

2.2 技術參數

從強度性能看，摻入比為6%時就能有效地固化淤泥；摻入比提高至8%，固化效果將提高25%～35%。淤泥改性土用于工程實際時，根據淤泥中有機質含量及含水率不同，固化劑的摻入比范圍為6%～8%，改性后淤泥的抗剪強度指標：凝聚力≥50kPa，內摩擦角＞25°，滲透系數達6～10 cm/s。

在道路工程中，固化土與傳統道路基層二灰碎石最重要的參數是抗壓強度，將7天齡期和28天齡期的抗壓強度進行對比發現，固化土無側限抗壓強度明顯高于二灰碎石。

2.3 應用特點

鑒于大慶油田處于嚴寒地區且土質道路多，水穩性不好等特點，如采用固化劑固化路基，提高基層密實度的同時，可以加強基層的強度、回彈模量、彎沉值、加州承載比及抗剪強度，從而延長道路的使用壽命。

寒區道路的重要指標是抗凍融性，將固化土與二灰碎石進行了對比，結果見表1。

表1 固化土與二灰碎石抗凍融性對比

3 應用

2005年分別在南8—2站進站路、南四東5#注入站進站路和南6—5站進站路等道路大修中將固化土與二灰碎石作為瀝青砼或瀝青表處路面基層，經過8年的使用，目前狀態良好。

在2013年度的老區改造道路系統大修工程中，計劃對南6—2排井排路、南7—2排井排路、南6-丁3排井排路這3條道路使用固化土技術進行改造，使用20 cm厚10%固化土代替原技術標準的20 cm厚石灰粉煤灰碎石。其中南6—2排井排路全長2.89 km，南7-2排井排路全長4.07 km，南6—丁3排井排路全長1.7 km。結構均為4 cm瀝青碎石+20 cm10%固化土+20 cm二灰土。相比較傳統工藝的二灰碎石基層，2013年道路系統大修預計將節省投資17萬元。

4 經濟效益分析

傳統常規道路基層為20 cm厚的二灰碎石，概算價格為42.9元/平方米；同等厚度10%固化土基層概算價格為37.29元/平方米，且使用固化土道路因為水穩性比較好，可以減少底基層二灰土的厚度，同時減少土培路肩量。綜合計算每千米道路造價降低6.54萬元。依照近幾年道路大修每年長度為17 km左右計算，每年道路大修節約資金在100萬元左右。

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.061