淺析土壤固化劑在鐵路路基處理中的應用

程素麗

（山西工程職業學院，山西 太原 030013）

0 引言

在我國的鐵路施工工程中，路基建設所采用的材料大多沿用傳統施工中所使用的石灰、混凝土、礦渣以及砂石的混合物進行施工，為了突破傳統施工中材料使用的諸多限制，部分工程通過使用土壤固化劑來滿足鐵路施工對材料性能的需求。土壤固化劑是一種經濟實用的新型建筑材料，其不僅具有較為良好的施工性能，同時該材料的使用同樣也能夠滿足綠色施工的需求，因此，土壤固化劑在國內的鐵路道路施工中備受關注，廣為應用。

1 土壤固化劑的作用原理及優勢

1.1 土壤固化劑的使用性能

在鐵路工程的施工過程中，路段內的土壤是施工建設最重要的組成部分，并且是鐵路路基及路床等建設的基礎條件。但在實際的建設過程中，由于不同地區的土壤具有不同的特性，所以施工過程也會受到地區內土壤特性的影響。比如，在一些氣候濕潤的地區，其土壤的水分含量較高，而在這一類地區建設鐵路工程，鐵路路基必然會受到土壤中水分的侵蝕，時間久了，鐵路路基的混凝土容易出現開裂以及凹陷等現象，繼而使得鐵路的路基結構受到破壞。為了解決當前鐵路施工建設中的這一問題，施工人員往往會采用土壤固化劑，來解決混凝土與混凝土材料在鐵路施工中的缺陷。從土壤固化劑的使用性能來看，土壤固化劑不僅具有和混凝土同樣的本質性能，即能夠使土壤固結，同時，還能夠進一步提高凝固后的土壤強度，且由于固化劑與建設材料混合在凝固后很少出現微孔的現象，所以即使當地土壤水分含量多，以土壤固化劑為材料而建設的工程結構也不會受到水的侵蝕與影響，并且能夠大大地提高鐵路道路路基的使用壽命，并且降低后期道路的維護頻率。

1.2 土壤固化劑施工與傳統施工的差異表現

相比傳統的鐵路路基施工方案，固化劑施工方案具有更加顯著的使用特征。首先，從使用結構上來看，傳統的鐵路道路路基本體由多層組成，表層為不同材料筑成的路基面，下面是具有不同厚度的碎石層以及砂石層，最后便是施工前期經過調整的土層。而固化劑施工方案的結構差異則表現在不同路層的組合以及結構當中，比如，常見的以土壤固化劑施工方案為主的鐵路路基分為三層，并且運用土壤固化劑結合其他材料的混合土層代替傳統鐵路路基當中的碎石層。這種結構具有十分突出的應用優勢，固化土層能夠直接作用下層的素土層，同樣也能夠對上層路面起到支撐的作用，且由于中間層的厚度增加，所以鐵路路基的抗壓能力能夠得到進一步提高，并且整體路段不易出現塌陷現象。從中可以看出，盡管土壤固化劑施工方案當中的路基下土層數相較于傳統施工方案較少，但其總體強度卻高于傳統施工方案的路基強度，并且還能夠大幅度減少傳統施工方案當中細砂石以及碎石材料的使用，減少材料成本的耗費。

1.3 不同土壤固化劑類型的作用優勢表現

從土壤固化劑的成分構成角度來看，不同成分構成的土壤固化劑具有不同的使用性能以及特征，這使施工中對土壤固化劑的使用具有可選擇性，施工人員可以根據施工工作的實際需求來選擇土壤固化劑的種類。例如，在部分干旱的地區內，當地土壤因氣候環境的干旱而產生一種親水性，并且內部常以疏松多孔的狀態為主，且在降水的過程中，此類性質的土壤極其容易出現內陷的現象。這樣，地區內降水便會對當地的土壤狀態造成影響，繼而阻礙鐵路路基的建設以及后期維護。針對這一類型的問題，EN—1類型的土壤固化劑十分適用于該地區的鐵路路基施工中，其原因在于這一類型的土壤固化劑內部具有酸基化合物，并且具有高沸點以及高密度的物理特性，這種固化劑材料與路基材料當中的石灰以及煤灰等進行結合，能夠有效地使材料形成沉積巖狀的板塊，從而使土壤的密度得到進一步提高，這樣，該地區土壤的親水性就會轉變為疏水性的特征，從而使在當地路段的鐵路路基建設中，土壤的承載能力能夠適應路基建設的標準要求。而在當前土壤固化劑的研究中，仍然存在更多不同性能的土壤固化劑，其不同的作用原理能夠適應大多數鐵路路基施工的實際需求，并且能夠有效地提高鐵路路基的建設質量。

2 土壤固化劑在鐵路道路施工中的實際應用

2.1 土壤固化劑在水泥固化施工中的應用

在鐵路的路基施工中，為了進一步優化水泥路基建設的質量，并且提高路基的抗壓強度，施工人員往往會在水泥固化施工技術的應用過程中，使用土壤固化劑。而在具體的施工過程中，施工人員首先需要結合施工規劃中對土方量的應用需求，將土方填入施工路段的路床范圍之內。之后，施工人員需要采用壓機來將土方路床壓平，比如運用人工配合推土機減少鐵路路床內的土壤間隙，從而為后續土壤固化劑的使用奠定基礎。而在使用土壤固化劑的過程中，工作人員首先需要對鐵路路床范圍內具有代表性的施工點進行測試，測試的內容主要以路段土壤的含水量為主，以此來推算出后續作業中的補水總量，這樣，工作人員能夠將推算完成的補水量以及土壤固化劑的使用量進行統計與核算，繼而在實際施工的過程中，將所需的補水量與固化劑一同攪拌，按照施工路段的實際范圍進行鋪勻。且從一般的工程應用情況來看，固化劑與補水溶液的平鋪應當使用具有壓力式的灑水車來進行工作，并且為了優化固化劑的使用效果，施工中往往會將固化劑與水溶液平鋪2～3次，直至路床的固化層成型之后便可以開始封層。這樣，鐵路路床的初步固化工作便能夠順利完成，而這也為后期的路基建設工作奠定了基礎。

2.2 不同路段內土壤固化劑的應用

為了優化土壤固化劑在鐵路施工建設當中的應用效果，施工人員會對施工的實情進行詳細的分析，并且提前規劃對土壤固化劑的使用，確保不同路段內的土壤固化劑能夠發揮出最佳的應用效果。例如，在某地區的穿山鐵路施工過程中，為了建設山內隧道的鐵路路基，并使隧道內的路基能夠保持與其他路基具有相同的應用強度，施工人員通過對當地山洞隧道的地理條件進行分析，得出路基建設中土壤固化劑的最佳使用量，以及路基固化層的最佳位置與厚度。而在實際的過程中，隧道外的路基下地層運用煤灰材料進行壓實，并且在素土層之上使用適量的土壤固化劑，待到土壤固化劑完全作用之后，施工人員再對其他的土層進行建設。而在隧道內的路基下地層建設當中，施工人員考慮到隧道內的環境相較于外界更加潮濕，所以對路基下的固化層位置進行了適當的調整，并通過運用固化層來阻擋潮氣與濕氣對混凝土層的侵蝕，這樣，隧道內外的鐵路道路基層不僅能夠保持相同的運行強度，同樣還能夠在后期正式投入使用的過程中，適應不同路段內的環境條件，極大地提高了穿山鐵路路段的強度以及使用壽命。

2.3 固化土混合料的應用配比設計

在應用土壤固化劑進行鐵路路基的施工過程中，施工人員必須要對現場的實際情況，包括環境以及地理條件，來對固化土混合料中各種材料的應用配比進行設計，從而使土壤固化劑的使用能夠滿足無側限抗壓強度的標準要求。而在實際的施工過程中，較為常見的固化土混合料應用配比為不同原材料與固化劑的混合，比如硅酸鹽水泥、煤矸石以及黏土等材料，而在配比的具體應用過程中，不同種類的材料以及材料的使用量，都會影響路基下層的凝固速度。比如，常規的硅酸鹽水泥的初始凝固時間大約在3～5h之間，而在具體的施工過程中，施工人員會嚴格地觀察硅酸鹽混凝土的凝固狀態，進而施以土壤固化劑進行加固，而針對這一類型的硅酸鹽混凝土，土壤固化劑的應用也會選擇固化作用快、強度高的固化劑類型，這樣，土壤固化劑的應用就能夠使鐵路路基的抗壓強度提高40%。所以，在土壤固化劑的具體應用過程中，不同固化劑的選擇與原材料的搭配，能夠起到不一樣的作用效果，而這也會成為土壤固化施工研究的切入點。

3 土壤固化劑的應用案例與分析

在建造某鐵路某段路段的工程中，施工人員提前對路段的延伸方向以及具體范圍進行了考察，并且初步擬定運用固化土基層以及煤矸石層來建設鐵路路基。

3.1 前期準備與試驗觀察

為了選擇適合該地段鐵路路基建設的土壤固化劑，施工人員通過運用試驗以及模擬的方法，來進一步探究使用土壤固化劑的固化土層的最佳含水率以及固化劑使用量，且由于試驗當中的固化土基層的混合料成分，以及底基層的混合料成分主要以素土以及混凝土的混合料為主，所以土壤固化劑的使用量以及使用類型成為唯一需要考究的準備工作要點。在完成試驗與準備工作之后，施工人員通過結合施工路段內混合料底層的含水率數據以及干密度數據，總結出有關固化劑的使用方法，并且規劃固化劑的混合采用水泥外摻的方式進行混合攪拌。

3.2 具體施工應用

為了盡可能減少固化土層中對材料的耗費，施工人員將整體施工路段分為三種類型，并且采用不同的鐵路路基建設方式。首先，在深度較低的鐵路路基建設當中，施工人員在鐵路路床壓實之后，采用深度為200mm的煤矸石層進行填充，并且將固化土的路基層設置在該土層的上方，再用較薄的碎石層進行最后的填充，完成基礎的路基建設。而在深度正常的鐵路路段路基建設當中，為了進一步提高路基的穩定程度，施工人員將固化土基層的厚度提高5cm，并且將煤矸石層替換為固化的土底基層，使相鄰的固化土層能夠起到相互支撐的作用。而在深度較高的路段路基施工中，為了在保持路基強度的基礎上，提高該路段的耐侵蝕能力，施工人員通過抬高路段內路床高度，并且將固化土層以及固化土基層內部的固化劑混合量分別控制在0.19%和0.14%的標準之內，使該路段各階段基層強度能夠與其他路段相互協調。

3.3 采用土壤固化劑土層的養護工作

為了保障在后續的鐵路施工過程中，鐵路路基內部的固化土層不會出現異常狀況，施工人員對使用土壤固化劑的基層進行養護工作。首先，由于路段內的固化土基層在混料之后便直接完成成型，所以，針對這一類路段所采取的養護措施為持續一周的養護，并且分為標準養護6d、水養1d。其次，混料4h之后成型的固化土基層的平均強度較低，所以在養護的過程中，施工人員采取時長7d的標準養護工作進行養護。從最終的養護效果來看，使用土壤固化劑進行建造的土層在養護前后具有明顯的狀態差異，并且整體的強度有所提高。

3.4 土壤固化劑應用分析

從該案例中對土壤固化劑的使用情況可以看出，土壤固化劑經過與原材料的混合、悶料以及養護等工作，最終形成多層鐵路路基結構，并且鐵路路基的應用強度十分可觀，而這一優勢為后續軌道的鋪設以及道路表層的建設奠定了基礎。從總體上來看，土壤固化劑的使用成功地將鐵路路基建設的質量與效果進行了提高，并且強化了鐵路路基的使用性能，具有十分明顯的應用價值。

4 在路基建設中應用土壤固化劑的注意事項

4.1 明確土壤固化劑的各項施工數據

在鐵路施工建設中，施工人員在運用土壤固化劑之前，必須明確各項有關土壤固化劑應用的數據，其中包括：使用土壤固化劑地層的縱橫斷面標高、土壤固化劑的摻雜量、土壤固化劑與原材料的配比成分等。而在具體的施工過程中，施工人員可以采用測量放線的調研方式，來對施工內的鐵路路段進行數據采集與分析，進而通過放置水準測量線，來初步規劃地基各層的橫斷面標高數據，最終合理地調整路基下固化土層的高度數據與位置。而在考慮土壤固化劑的使用參數過程中，施工人員必須要著重考慮施工環境以及土壤的成分，進而再對土壤固化劑的類型進行科學合理的選擇，提高該材料在施工過程中的適用性。比如，在配比固化劑的過程中，施工人員應當結合當地氣候以及施工路段內的土質，來將與固化劑配比的補水總量控制在最佳含水率2%的狀態之間，并且在建造固化土層的過程中，施工人員可以將土層分兩次建造完成，從而提高固化劑的作用速度。

4.2 土壤固化劑使用后的土層碾壓整形

在完成對固化劑土層的建設之后，施工人員需要結合路段內的寬距、土層的厚度以及結構等信息數據，選擇適合路寬以及機輪距相協調的壓路機械，來進行土層的碾壓整形。且在進行壓實作業的過程中，工作人員應當適當調整速度，從而讓土壤固化劑能夠充分地與土層材料發生作用，減少鐵路路基內部的間隙，并且采用縱向進退式的碾壓方式，防止路基表面出現松散推移的現象。從總體上來看，對土壤固化層壓實工作的注意事項，主要圍繞土層狀態、土壤固化劑反應作用等內容來展開，施工人員應當妥善運用碾壓整形，進一步優化土壤固化劑的應用效果。

4.3 土壤固化劑應用后的養護注意事項

從大多數鐵路路基施工的養護現象來看，針對土壤固化劑應用后的養護工作應當控制在一周以上，而在養護的過程中，施工人員應當注意以下幾點注意事項：（1）為了防止土壤固化劑應用效果不充分，施工人員應當時刻保持固化層的濕潤，并且做好灑水養生。（2）為了降低外部環境因素對土壤固化劑應用后所產生的影響，施工人員應當采用封層的方式，來對采用固化劑的固化層進行密閉養護。而常見的密閉養護方式有：塑料薄膜養生、鋪土養生等。（3）施工人員應當結合實際情況來進行思考，并且促進固化層內部的土壤固化劑能夠在養生工作的作用下，使內部凝固效果得到進一步的優化。

5 結束語

總的來說，從現有土壤固化劑的施工使用案例來看，土壤固化劑具有十分優良的施工使用性能，運用土壤固化劑來建設鐵路道路路基，不僅能夠有效地提高建設鐵路道路路基的堅固程度、抗侵蝕程度，還能夠有效地減少施工中對其他材料的不必要浪費。因此，著重發揮土壤固化劑在鐵路道路施工工程中的應用優勢，是優化當前中國鐵路工程建設效果的重要途徑，同樣也是促進建筑施工綠色化的必然要素。