劉延明,毛文友,李玉鵬
(黑龍江省引嫩工程管理處,黑龍江安達(dá) 151400)
高性能土壤固化劑是近年來興起的一種新型土體加固材料.我國自20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。目前有近50家機(jī)構(gòu)和公司在進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。土壤固化劑可以針對(duì)當(dāng)?shù)仞ね粱騺嗮ね亮现苯舆M(jìn)行固化。并且有足夠的抗壓、抗?jié)B、抗沖、抗凍等特性。因此,土壤固化劑具有廣泛的應(yīng)用前景。
土壤固化劑種類很多。根據(jù)其主要成分,大致可分為無機(jī)類、有機(jī)類及生物酶系列。目前普遍采用的是無機(jī)類土壤固化劑。無機(jī)類土壤固化劑一般為粉末狀,多采用工業(yè)度料制成。如粉煤灰、各類礦渣、煤矸石、沸石、石灰生料等,生產(chǎn)時(shí)添加各種不同的激發(fā)素,按照一定的加工工藝制作而成,有些無機(jī)土壤固化劑也含有少量有機(jī)成分。工程實(shí)踐表明,采用無機(jī)材料土壤固化劑,固化土性能較為穩(wěn)定。通過固化劑與水中的水解水化反應(yīng),可以生成水化生成物結(jié)晶,充填土體中的空隙,使土粒膠結(jié)密實(shí)。水化生成物還可與黏土顆粒產(chǎn)生硬化作用。并與空氣中二氧化碳進(jìn)行碳酸化反應(yīng)。因此,固化土具有一定的氣硬性和水硬性。正常條件下,固化土的性能可保持30~50 a基本不變。在地下工程中受土壓力或水壓力影響,其抗壓強(qiáng)度還有緩慢增加的趨勢。
針對(duì)引嫩工程的地理位置及特點(diǎn),采用土壤固化劑固化渠道坍塌后的岸坡,保證護(hù)坡的穩(wěn)定性還需要解決以下3個(gè)主要問題:
引嫩渠道經(jīng)過多年的運(yùn)行,往往在彎道凹岸淘刷嚴(yán)重,而凸岸造成泥沙淤積。坡腳和邊坡底的土體被逐漸侵蝕淘空。因此,有必要盡快加固護(hù)腳及邊坡,以阻止侵蝕繼續(xù)發(fā)展。固化后的護(hù)坡面板應(yīng)具有一定的抗沖刷性能。
在部分渠道挖方地段,坡外水位高于渠道內(nèi)水位,特別是渠道斷流區(qū),內(nèi)外坡水位差2~4 m,坡外滲流水對(duì)渠道邊坡的穩(wěn)定構(gòu)成威脅。如在滲流溢出部分形成冰夾層,則更容易造成滑坡。因此,固化土護(hù)坡應(yīng)設(shè)置反濾、截滲措施。
渠道土體進(jìn)入冬季,上部土層開始凍結(jié),當(dāng)土中含水量較大,在秋末冬初凍結(jié)鋒面的結(jié)冰率就愈大。第二年氣溫回暖,土壤中冰夾層相繼消失。又因下層土仍處于土的抗剪強(qiáng)度,造成滑坡。因此,固化土必須具有一定的抗凍融特性。
我處1999年對(duì)渠道兩側(cè)的原狀土進(jìn)行取樣,對(duì)取樣土的基本物理性質(zhì),固化特性及固化后土樣的抗凍融特性進(jìn)行試驗(yàn)分析(見表1)。由表1可見,引嫩渠道土壤摻和固化劑后,預(yù)制固化土的單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)1 1.30 MPa,滲透系數(shù)為2.5×10-8cm/s。經(jīng)過20次凍融循環(huán)測試(最低溫度零下30℃),強(qiáng)度損失20%。
表1 引嫩渠道土壤和固化土的物理力學(xué)指標(biāo)
根據(jù)引嫩渠道的具體情況,應(yīng)優(yōu)先采用固化土預(yù)制件加固護(hù)坡。該方法主要優(yōu)點(diǎn)為:
1)構(gòu)件可以批量生產(chǎn),固化土的質(zhì)量容易保證。
2)采用常規(guī)的施工方法,便施工更加簡便。
3)可以在渠道輸水期制作養(yǎng)護(hù)固化土預(yù)制件,在停水期抓緊時(shí)間護(hù)坡,提高工效。
4)由于就地取土,摻加8%左右的固化劑后制作預(yù)制件,可以大大節(jié)省工程材料費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)。
5)預(yù)制塊下設(shè)置的反濾層可以降低侵潤線,減緩護(hù)坡底部土壤的凍脹作用。
6)合量控制含水量,可使固化土預(yù)制件的抗凍性較好。同時(shí)容易適應(yīng)護(hù)坡后面的凍土變形。
7)成本較低。固化土預(yù)制件護(hù)坡單價(jià)為30元/m2左右(不同時(shí)期價(jià)會(huì)有變化)較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。對(duì)于渠道較長,且渠道需要經(jīng)常維護(hù)地段,可以建立移動(dòng)式構(gòu)件生產(chǎn)廠,以達(dá)到降低成本目的。
[1]吳普特,馮浩.中國雨水利用[M].鄭州:黃河水利出版社,2009.