土壤固化劑在軟基處理中的應用

曹懷兵

(山東萊克工程設計有限公司，山東 東營 257000)

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土壤固化劑在軟基處理中的應用

曹懷兵

(山東萊克工程設計有限公司，山東 東營 257000)

土壤固化劑是近些年被大規模采用的一種由不同種類無機和有機材料合成的，可用以處理各種不良土壤的新型工程材料。對于被加固的不良土壤地基，針對土壤自身的物理和化學性質，僅需摻入一定比例的土壤固化劑，經拌勻、壓實等一系列處理，就可以達到所需要的承載能力。與傳統的軟基處理方法相比，土壤固化劑軟基處理有更優的技術指標，且工程造價低，施工方便、可以大大縮短工期，在公路、建筑等工程軟基處理中已經被廣泛的應用，已經成為交通土木工程中一項可持續發展的創新型技術。

土壤固化劑；軟基處理；交通創新

1 作用原理及性能特點

1.1 水化反應

固化劑本自身的一部分組成材料遇水后發生水化反應，能夠生產氯酸鈣、硅酸鈣等膠凝物質，這些膠凝物質在黏土顆粒表面形成硬化殼。還有部分成分可以與黏土物質發生化學反應形成膠凝物質，使黏土表面硬化，可以提高軟土地基水穩性，增強土壤強度高。同時土壤固化劑中還含有激發劑，它可以有效地使礦渣、粉煤灰中的玻璃體結構遭到破壞，產生很多缺陷，造成玻璃體中的四氧化硅陰離子解聚，進而與軟土中活性成分發生水化反應，有助于軟弱土的硬化。

1.2 置換水反應

固化劑與土壤混合后，將會在反應中“奪取”多余的水分，生產鈣礬石針狀結晶體，把土壤中大量的自由水轉化為結晶水的形式，這種水化反應形成的結晶體使得材料體積增加，能夠有效填充土團顆粒間的孔隙，從而提高了土壤密實度，能夠明顯提高抗壓、抗滲、抗硫酸鹽侵蝕等性能。

1.3 離子交換

固化劑與水作用產生大量的鈣離子，加上激發素中含有的Fe3+、AL3+等高價陽離子，具有較高的離子強度，與土顆粒中的鈉離子、鉀離子、鈣離子進行離子交換作用，可以降低粘土膠團表面ξ電位，減薄膠團所吸附的雙電層，顯著增強電解質濃度，有效清除土壤內的液相和氣相，并且還能生產硫酸鈣結晶，體積膨脹，進一步填充孔隙，這一系列離子交換，改變了土壤內部結構，使得地基的強度、耐水性和抗凍性都有明顯提高。

1.4 土壤固化劑與活性物質反應

土壤中含有多種成分，它里面含有大量的氧化鈣、三氧化二鋁等活性物質，固化劑與這些活性物質充分攪拌后，能夠發生物理、化學反應產生大量凝膠性物質，與土顆粒結合形成網狀結構，使之成為一種高強度的整體。

2 軟弱地基處理方法與分類

(1)對于淺層軟弱土地基處理，在地基上鋪灑土壤固化劑，經過均勻拌和后，進行整形碾壓，適宜的施工深度為0.3～1.5 m。

(2)對于深層軟弱土地基加固一般采用旋噴樁、粉噴樁成型技術，摻入一定比例固化劑，形成高密度柱狀固化體，達到深層地基加固的目的。

(3)施工前應先進行室內配比實驗，對土壤進行必要的物理檢驗，如顆粒度、含水量、比重、孔隙率、有機質含量、塑、液限等是否符合現場地勘情況，是否具有施工土樣的代表性，針對該種土壤進行專門的固化劑的配比設計，以實現軟弱土地基處理的最佳效果。

3 施工與養護

(1)施工前，應在實驗室內先對樣進行室內試驗，分析土樣的成分和類型，固化劑的種類的選擇應該根據試驗結構而定；還要進行土壤及固化劑配合比試驗，確定合適的土壤固化劑設計配比。

(2)施工段土基的鋪筑與整平，松鋪系數需要提前通過現場實驗獲得。松鋪厚度的數值應等于壓實厚度乘以松鋪系數，每層厚度應控制在30 cm以內。應在使用土壤固化劑的前一天對土壤進行疏松翻拌，清除土壤中的草根、樹根、生活垃圾等有機質，并對大粒徑土塊顆粒進行粉碎或清除，最終攤鋪平整。

(3)土壤固化劑的用量需要根據土基的鋪筑厚度以及設計配合比進行計算獲得，均勻攤鋪、撒布與土壤表面。

(4)拌和可以采用機械或人工方式進行，拌和應保證均勻，最終滿足土壤顏色均勻一致，取此時的混合料進行含水量測定，與最佳含水量相對比，如果相差過大應采取措施，保證混合料處于最佳含水量狀態。

(5)在固化類混合料拌和均勻以后，應及時用平地機進行整平。在直線路段，平地機應由兩側向路中心進行刮平；在平曲線路段，平地機刮平順序為由內側向外側進行。初壓應采用履帶式拖拉機或輪胎式壓路機，初壓過后再用平地機進行成型。在成型過程中，不允許任何車輛或不相關的設備通行，最后應由人工配合，對粗細料的離析部分進行處理直至消除。

(6)應保證固化土混合料在最佳含水量狀態下壓實，碾壓方案的確定應考慮路路基寬度、壓路機的輪距等因素。第一遍碾壓應先用120 kN及以上的三輪壓路機，然后再用重型輪胎壓路機或震動壓路機進行碾壓。碾壓時前后重疊部分至少為1/2輪寬，且后輪應超過兩段的接縫處，重復碾壓不得少于4遍。最終保證碾壓成型后，固化土結構層表面無明顯輪跡。

(7)養護與交通管制。固化類基層成型后，不應過濕或忽干忽濕，養護期不宜少于7 d。成型后，其強度要求之前，應限制各類車輛通行。

4 施工組織

(1)粉狀土壤固化劑的終凝時間，如基層中含有水泥，還應考慮水泥的終凝時間。

(2)施工機械的選擇與搭配，運輸車輛的數量及運距等條件。

(3)人工操作水平以及各部門之間的配合程度。

(4)土基施工時期的季節和溫度、濕度等氣候條件。

(5)土基施工段的寬度及長度。

5 質量要求與檢查驗收

(1)在整個施工過程中，工地試驗、質量檢查以及工序間的交接驗收等規章制度應提前編制、健全。應對試驗、檢驗、驗收有齊全的原始記錄和完整的數據準確和資料。

(2)施工單位應設有各項室內實驗室，配備工地檢測相關的設備和儀器，對所有材料壓實度、平整度等指標進行嚴格檢測。

(3)在完成每道工序后，應及時的對各項指標進行檢查和驗收，驗收合格后方可進行下道工序施工。對于檢查不合格的項目及路段，應采取措施，翻修或返工，最終滿足合格要求。

(4)施工過程中的質量要求應從外觀的控制檢查和質量的控制檢查等方面進行。檢查時施工原始記錄應齊全完整。

(5)應隨機進行抽樣檢查。

6 與傳統方法對比

(1)適用范圍廣，可適用于各類地基、路基土壤加固，還可以根據要求實際需求選用固化劑型號用于各種土質條件的表層、深層土壤的改良加固。

表1 土壤粒徑的使用范圍

(2)性價比較高。土壤固化劑的施工相比于傳統方法更為簡單有效，可以明顯縮短施工的周期，大大提高施工效率；另外可以節約各種碎石、砂礫等傳統原材料及其運輸及人工成本，簡化傳統道路基層、底基層的施工方法。經多項工程實際應用測算，可降低工程造價10%～30%，具有很高的性價比，高效低耗，節約能源和資源。

(3)土壤固化劑是一種無毒無害無污染的環保產品，相對于傳統的水泥石灰等無機材料，在施工過程中對環境的影響較小，符合可持續發展的理念。

(4)土壤固化劑可長期有效地對軟土地基起到固化、增強作用，是一種經久耐用的膠結固化材料，工程壽命長。

(5)土壤固化強度可調節，能根據不同的工程及強度要求，取用不同強度的土壤固化劑配比，滿足不同工程的承載要求，強度可控，經濟節約。

(6)利用土壤固化劑對軟弱土基處理后，地基早期強度要明顯優于現有的常規加固材料，有助于施工安全和工程進度。

7 結 論

土壤固化劑現在公路、港口、建筑的地基、江河、湖底等區域的土基處理已經被廣泛的應用，與傳統方法相比，土壤固化劑具有更為優良的技術指標、相對較低的投資，而且施工更為便捷，可以顯著的縮短施工時間。

[1] 王新岐，胡軍，徐京闊.土壤固化劑在路基處理中的應用研究[J].中國市政工程，2007，(2):74-76.

[2] 中華人民共和國城鎮建設行業標準.土壤固化劑(CJ/T 3073-1998)[S].

2016-12-28

曹懷兵(1988-)，男， 山東壽光人， 助理工程師， 研究方向：公路橋梁與渡河工程。

U416.1

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1008-3383(2017)05-0016-02