淺析道路工程建設中軟弱土壤固化技術的研究進展

毛瑋蕓

摘 要：隨著土壤固化技術的不斷發(fā)展，土壤固化技術優(yōu)勢明顯，得到了越來越多的認可，土壤固化技術在道路工程中的應用也越來越廣泛。該文從傳統(tǒng)無機筑路材料、高分子有機化合物、生物酶、固化劑改性土料這4個方面的科學研究現(xiàn)狀，闡述了土壤固化劑的固化機理，綜合分析了現(xiàn)代道路工程中土壤固化技術的發(fā)展趨勢，指出其中的不足，對土壤固化技術的發(fā)展提出幾點建議。

關鍵詞：現(xiàn)代道路工程 土壤固化 固化劑

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0052-03

現(xiàn)代道路工程建設當中，通過對軟弱土壤進行固化處理，不僅要滿足施工要求，還要降低施工成本。隨著軟弱土壤固化技術的發(fā)展，它在現(xiàn)代道路工程建設中也會發(fā)揮著越來越大的作用。20世紀60年代以來，固化劑已經成為一種新型固化工程材料，并在國外被廣泛應用和研究。固化劑相比較水泥而言有更好的社會效益和經濟效益，固化劑己經在實際工程中取得成果。我國研究人員首先對國外土壤固化劑進行了研究和應用，隨著研究的深入，國內土壤固化劑的相關研究有了更大的進步，在寧夏、廣東、北京、公路中有廣泛的應用[1]。

1 傳統(tǒng)無機筑路材料的固化研究進展

無機筑路材料的固化研究開始較早，國外學者對此進行了大量研究。Shirazi等通過對水泥和粉煤灰混合進行實驗并且判定加固效果，確定出二者的最佳配合比[2]；Bell在石灰和水泥中分別添加PFA試劑，探究了加固效果[3]；Kamon等研究了使用熟石灰和三氧化二鐵的工業(yè)廢渣對土壤進行加固時，加入一定量的含鋁煤泥可以提高固化土的強度[4]。Zalihe通過實驗得出了粉煤灰能增大或膨脹土壤的強度，減少其塑性[5]。Sivapullaiah等得出了在粉煤灰中加入硅粉可以，提高固化土的無側限抗壓強度的結論[6]。Miller GA研制出ISS土壤穩(wěn)定劑（Ionic Soil Stabilizer），通過化學反應使得離子進行交換進而減少了土壤中的空氣和水，所以，土壤不會因為水分和空氣的體積變化而膨脹或收縮[7]。

20世紀80年代土壤固化技術引進國內以來，國內學者對土壤固化相關技術展開了研究并取得了一定的成果。汪稔[8]等通過對石灰樁加固機理進行了詳細的分析，認為生石灰和粉煤灰攪拌并且夯實成樁后，生石灰吸收水分體積變大、釋放熱量同時產生Ca（OH）2，再與含有較高SiO2、Fe2O3、Al2O3成分的粉煤灰發(fā)生水化反應，將會產生強度、水硬性、水穩(wěn)定性等性能良好的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣，提高了樁體強度。黃殿瑛研究水泥土添加硅粉后的相關變化，發(fā)現(xiàn)硅粉的火山灰效應與微粒充填效應[9]，此技術使得水泥硬化，水化向更好方向發(fā)展，提高了固化土的強度。

2 高分子有機類化合物及生物酶固化研究進展

隨著土壤固化研究的深入，越來越多的新技術得到了推廣與應用。在20世紀80年代，美國科學家發(fā)明了帕爾瑪技術[10]，它是一種高效生物土壤穩(wěn)定材料。近幾年來，南非的CON-AID系列、Pansai系列、美國的Magic系列等高分子化合物獲得了良好發(fā)展。Magic系列產品是一種高分子有機聚合物并且易溶于水，稀釋比例為1∶1000。Pansai系列產品針對不同的土質規(guī)定了不同的稀釋比，面對不同的土壤選擇不同的試劑濃度，可以直接將試劑噴灑于土壤表面來進行固化。以上兩種固化劑也有缺點，它們的水穩(wěn)定性不夠高，使用時可能造成加固土壤的強度分布不均勻[11-12]。

國內在有機類固化劑的相關研究中，與國外相比較還有很大差距，目前國內的研究還只是停留在實驗室階段。劉瑾等通過高分子聚合反應將丙烯酸等乙烯基單體合成了一種水溶性高分子土壤固化劑[13]，但是沒有明確指出該固化劑的固化機理。王銀梅等采用蘭州大學開發(fā)的高分子類固化劑SH對黃土進行了試驗研究，SH固化后黃土的韌性和抗水性能好[14]。鄒斌將其他高分子材料加入到脲醛樹脂中，脲醛樹脂的漿液具有高強度和抗水性，將其摻入土體后提高了固化土的強度[15]。彭波在粉質粘土中加入一種以高分子表面活性劑為主的液體固化劑并且進行了固化研究[16]，并闡述了雙電層理論固化土強度的形成過程，并且試驗證明石灰固化土的效果不如該固化劑固化土。

在新型復合類土壤固化劑方面的研究，東南大學的黃曉明等以石灰、水泥、礦渣等一種或幾種互配物作為主固化劑，選用胺基磺酸鹽、碳酸鈉、馬來酸、硫酸鋁鉀、氟化鈉、胡馬酸、氫氧化鈉和三乙醇胺等作為助固化劑，配制了一種TR型土壤固化劑[17]，通過試驗證明路用性能良好。李迎春采用復合固化劑，分別對粘土和粉土進行了對比試驗，發(fā)現(xiàn)粉土和粘土存在著活性物質被激發(fā)的現(xiàn)象，產生了CSH凝膠[18]。

3 土壤固化劑改性土料的性能研究進展

土壤固化劑改性土料作為基層填料時，除了保證路基整體的強度、剛度、穩(wěn)定性之外，土料自身還應具有合適的力學性能，以保證設計年限內路基功能的正常使用。肖寒冰等設計了普通硅酸鹽水泥、硅灰、熟石灰三元混料方案，實驗表明，其提高了固化土7 d無側限抗壓強度[19]。關喜才等利用EWEC土壤固化劑進行固化土壤的研究，通過對深層軟土地基的實驗，結果表明軟土變硬且該地基強度和水穩(wěn)性均有顯著提高[20]。Himes[21]等利用季銨鹽等改良材料來處理此膨脹砂巖，結果表明基本消除了膨脹砂巖遇水膨脹的特點，并且遇水之后滲透系數(shù)基本不會改變。中國礦業(yè)大學馬占國[22]和淄博礦業(yè)集團亓愛國等通過對某礦區(qū)松散煤矸石進行系統(tǒng)的壓實特性試驗研究，測定了煤矸石的側壓曲線、壓實曲線，探究了顆粒度對壓實特性的影響，總結了泊松比、軸向應變、彈性模量、橫向應變等變形模量的變化規(guī)律，并分析了壓實過程中的變形機理。張書立使用中路系列固化劑對沈陽地區(qū)廣泛分布的粉土和風積砂進行固化實驗研究，獲得了較為全面的固化土路用性能相關指標，試驗結果表明，對于沈陽地區(qū)的混合土，添加了ZL-3固化劑之后，土壤力學性能得到提高，達到了二級公路道路底基層或基層的技術標準[23]，對于缺乏筑路材料的施工地區(qū)，大大減少了運輸距離，大幅降低了工程費用。

4 固化劑技術優(yōu)勢與存在問題

土壤固化技術優(yōu)勢明顯，無論在技術性還是經濟性都具有很強的可行性，隨著固化技術的發(fā)展，它在現(xiàn)代道路工程當中的應用會越來越廣泛。同時，土壤固化劑作為一種新型土壤加固材料與傳統(tǒng)的加固材料相比有著不同的特點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）土體壓縮效果較好。固化劑（尤其是液體固化劑）施工時很方便，它與土壤接觸較均勻，反應較充分。

（2）固化劑與石料相比用量很少并且可以在施工工地制作，在減少運輸和節(jié)約施工時間的同時大大降低了工程造價。

（3）固化劑的固結速度快，固化土強度高，同時固化土的抗干縮、抗?jié)B性和抗凍性都好于傳統(tǒng)的石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土。

5 結語

綜上所述，可以確認土壤固化劑可以定向地改變原土料的力學性能，使土料更適合路基工程。但通過整理分析，也可以發(fā)現(xiàn)對于這些基礎理論和應用技術的研究，尚存在一些問題有待進一步的探討和研究，目前能夠適應不同類型土體的土壤固化劑較少，不同種類的固化劑對不同類型的土體的加固效果差異也很大，固化劑的不普遍性導致了它不能規(guī)模化生產，嚴重制約了它的應用與發(fā)展。所以，需要加強對土壤固化的相關研究，使得土壤固化技術更好地應用于道路建設。

參考文獻

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