□王玉玨（河南省黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

對于渠道防滲，我國先后采用過黏土、灰土、三合土夯實黏土錘打、砌磚、砌石及水泥土和混凝土等等。在防滲材料方面，研究和實踐證明：石灰土和水泥土經(jīng)濟(jì)效益顯著，但灰土早期強度低、收縮大，容易產(chǎn)生裂縫；水泥土防滲的主要缺點是水泥土早期的強度低、水穩(wěn)定性和耐久性差，而且，兩者對土料要求高，又有施工受氣候、環(huán)境影響大。這一缺點已成為它們大面積推廣的障礙。近年來，一種新型的膠凝材料YTG巖土固化劑的出現(xiàn)，徹底解決了傳統(tǒng)石灰土和水泥土材料和工法中存在的問題。

1.YTG巖土固化劑應(yīng)用于渠道防滲的可行性

YTG巖土固結(jié)劑是我國自行研制的一種新型粉狀膠凝材料，屬土體固結(jié)劑的新類型，它在固結(jié)機理上與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，具有獨特的功能是高親土性和使被固結(jié)土產(chǎn)生高耐水性能，它能激發(fā)各類被固結(jié)巖土和工業(yè)廢渣中的礦物質(zhì)的活性，使其成為工程實際所需求的材料，它能夠使被固結(jié)土體具有較高的早期強度和后期穩(wěn)定增長的強度，它與土料結(jié)合產(chǎn)生的固化土的硬化過程比水泥土快得多，并且其固化土具有高水穩(wěn)定性和高耐久性能，徹底解決了石灰土、水泥土耐水性差的問題。

近年來，YTG巖土固化劑在黃河南岸鄉(xiāng)村道路 （及基層）、汾河灌區(qū)渠底及護(hù)坡防滲襯砌、人工湖防滲襯砌、長江江心島固砂、河南近100幢樓房建筑換土地基及樁基工程、建筑制品等中得到了大量應(yīng)用。實踐證明YTG固化土的各項力學(xué)性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于水泥土，其中，單軸抗壓強度遠(yuǎn)高于水泥土，早期強度比水泥土增加得快，且后期強度穩(wěn)定增長，耐水、耐久性遠(yuǎn)高于水泥土。因此，用YTG固化劑固結(jié)原土所形成耐水固化土代替水泥土應(yīng)用于南水北調(diào)濟(jì)平干渠防滲襯砌的實際驗證必將對我國已建成渠道的防滲工程提供一條新的途徑。

2.YTG固化土與水泥加固土原理的比較

YTG巖土固結(jié)劑，看起來像波特蘭水泥，但不同之處在于它含有16%的21種無機化合物，稱為YTG特種元素，這些特種元素對于展現(xiàn)YTG巖土固結(jié)劑獨特的功能起著積極的作用。YTG具有很好的物理力學(xué)性能，與普通的波特蘭水泥相比，其粒徑是很細(xì)的，它能滲入普通的波特蘭水泥所不能滲入的細(xì)小孔隙，裹住比砂小的土料。它與土摻合凝固后的抗折、抗壓強高，透水率很低，幾乎不滲水，而且，具有使劣質(zhì)土產(chǎn)生再固結(jié)的良好能力。因此，巖土固化劑按一定的比例與土均勻拌和并壓實后，由表及里的使被固結(jié)土產(chǎn)生增強作用，形成具有高強度、高耐水、體積穩(wěn)定和高耐久性能的YTG固化土。

土顆粒與水泥攪拌壓實成水泥加固土的基本原理與混凝土的硬化機理有所相似，混凝土的硬化主要是水泥在粗充填料（即比表面積不大，活性很弱的介質(zhì)）中進(jìn)行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度快。而在水泥加固土中，由于土顆粒的比表面積大，水泥的摻入量相對很少，因而水泥土的強度低是必然的。而且，水泥的水解和水化反應(yīng)是在與空氣隔離的具有一定活性介質(zhì)土（或飽和土）的圍繞下進(jìn)行的，所以，硬化速度緩慢。大量實驗證明，水泥加固土強度增長的過程比混凝土緩慢的多，一般90d才具有特定的強度，其強度很低。至于粘土顆粒所帶有的活性礦物質(zhì)與水泥水化物的復(fù)雜作用對水泥土的增強可以認(rèn)為是微乎其微的。因為，實踐已證明，水泥固化砂性土的無側(cè)限抗壓強度大于固化粘性土，固化含有砂粒的粉土，其強度又大于固化粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土，而水泥固化的砂性土強度已經(jīng)很低。同時，這也說明，水泥加固土基本原理與混凝土的硬化機理有所相似，其強度隨被固結(jié)土的顆粒比表面積的增大而減小。

相比之下，YTG巖土固化劑中，含有16%的21種無機化合物和YTG特種元素的獨特功能——高耐水性和高親土性在固化土中體現(xiàn)的優(yōu)為突出。YTG巖土固化劑按一定的比例與土均勻拌和并密實后，由表及里的使被固結(jié)土產(chǎn)生增強作用，形成不可逆反應(yīng)的具有高強度、高耐水體積穩(wěn)定性和高耐久性能的YTG固化土。 YTG固化土的基本原理與水泥加固土的硬化機理有所不同，YTG在具有一定活性的介質(zhì)土中的水解和水化反應(yīng)時，充分發(fā)揮土體顆粒礦物鋁硅酸鹽的活性，加速了土中礦物與YTG的理化反應(yīng)，改變了土性，增加YTG固化土的強度。并使YTG加固土的硬化過程比水泥土快的多，在與水泥常規(guī)摻入量相同時，28d能達(dá)到強度85%左右，其強度可達(dá)水泥土90d的2～3倍。

3.固化土防滲層施工配合比確定

3.1 基本要求

某輸水工程主干渠防滲工程防滲層固化土主要性能指標(biāo)要求：抗凍標(biāo)號D25，允許最小抗壓強度3.0MPa,滲透系數(shù)不應(yīng)>1×10-6cm/s。固化土壓實的允許最小干密度，必須經(jīng)過固化劑和素土的擊實試驗確定。設(shè)計要求壓實度為0.94。配合比按各渠段土料物理力學(xué)指標(biāo)，經(jīng)配比試驗后確定。固化劑用量一般為素土干容重的8%～12%。

3.2 技術(shù)參數(shù)確定

試驗測得：原土干容重為1.56t/m3，含水量為12.6%～32%，最優(yōu)含水量為16.8%，原土最大干密度為1.70 t/m3。試驗和計算分析確定：滿足抗凍標(biāo)號D25，允許最小抗壓強度3.0MPa,滲透系數(shù)不應(yīng)>1×10-6cm/s時，固化劑用量為原土干容重的8%。試驗分析確定：固化土壓實的允許最小干密度為1.71t/m3。

4.固化穩(wěn)定土防滲層的施工

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

一是土基上應(yīng)布設(shè)中線。直線段每15～20m的長度內(nèi)宜設(shè)標(biāo)樁，平曲線段每10～15m宜設(shè)標(biāo)樁，并在兩側(cè)邊緣外每0.3～0.5m長度內(nèi)宜設(shè)標(biāo)樁；二是在兩側(cè)標(biāo)樁上應(yīng)設(shè)標(biāo)記，并應(yīng)進(jìn)行高程測量，標(biāo)出固化層邊緣的設(shè)計高度；三是檢測土中的含水量，宜符合固化類混合料的最佳含水量的要求，當(dāng)不能滿足要求時，應(yīng)對土采取處理措施；四是應(yīng)根據(jù)每段的長度、寬度、基層厚度、預(yù)定的干密度及巖土固化劑的配合比，計算巖土固化劑的用量；五是根據(jù)固化土的厚度和預(yù)定的干密度及固化劑的用量，計算每包固化劑的攤鋪面積。再根據(jù)固化土的寬度確定巖土固化劑的行數(shù)、間距和用量。

4.2 路拌法固化穩(wěn)定土的施工

4.2.1 松土攤鋪

一是應(yīng)事先通過試驗確定土的松鋪厚度，松鋪厚度應(yīng)等于壓實厚度乘以松鋪系數(shù)，每層不得>30cm；二是松土攤鋪應(yīng)在使用巖土固化劑的前一天進(jìn)行。攤鋪長度應(yīng)根據(jù)從混合料拌和開始至碾壓成型在一個工作日內(nèi)完成確定。其攤鋪、拌和及碾壓成型每道工序應(yīng)在巖土固化劑初凝時間之前完成。

4.2.2 巖土固化劑的擺放和攤鋪

一是在擺放巖土固化劑之前，應(yīng)檢測土的含水量；二是按要求計算擺放巖土固化劑的間距；三是攤鋪巖土固化劑時，每袋攤鋪面積應(yīng)相等，其厚度應(yīng)均勻。

4.2.3 混合料路拌機拌和

一是當(dāng)采用路拌機時，應(yīng)根據(jù)施工固化土厚度的要求，確定拌和深度，由兩側(cè)拌向中心，并達(dá)到固化底層。每次拌和應(yīng)有重疊和翻透，并不得漏拌，且固化類混合料拌和顏色應(yīng)一致；二是當(dāng)分層施工時，層之間不得留有未摻拌的“素土”平層。

4.2.4 整型

一是混合料拌和均勻后，立即用平地機整型；二是應(yīng)采用履帶拖拉機或輪胎壓路機初壓一遍，再用平地機進(jìn)行整型；三是當(dāng)采用人工整型時，應(yīng)采用鍬與耙，并應(yīng)先將混合料鋪平，再用履帶拖拉機初壓l～2遍后進(jìn)行第二次整型。

4.2.5 碾壓、成型

一是整型后的固化類混合料基層應(yīng)在最佳含水量時壓實；當(dāng)表層含水量不足時，應(yīng)先灑水再進(jìn)行碾壓；二是應(yīng)根據(jù)固化穩(wěn)定土寬度和壓路機的輪距的不同，制定碾壓方案；三是應(yīng)先用120kN及以上的三輪壓路機碾壓一遍，再用重型輪胎壓路機或振動壓路機進(jìn)行碾壓。直線段應(yīng)由兩側(cè)邊緣向中心進(jìn)行碾壓；平曲線段應(yīng)由內(nèi)側(cè)向外側(cè)路邊緣進(jìn)行碾壓。碾壓時重疊部分應(yīng)為1/2寬，后輪應(yīng)超過兩段的接縫處，并重復(fù)碾壓不得少于4遍。碾壓成型的固化土結(jié)構(gòu)層表面應(yīng)無明顯輪跡，其壓實度應(yīng)達(dá)到95%；四是壓路機的碾壓速度，第1遍和第2遍的碾壓速度應(yīng)為1.5～1.7km／h，以后碾壓速度宜為2.0～2.5km/h；五是碾壓過程中，當(dāng)出現(xiàn)“彈簧”、松散、起皮等現(xiàn)象，應(yīng)及時采取處理措施；六是，在碾壓結(jié)束之前，應(yīng)采用平地機最后一次整型。終平應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行，并應(yīng)將局部高出部分刮除并掃出；對局部低洼之處，不應(yīng)進(jìn)行找補。

4.2.6 施工接縫處處理

一是在碾壓過程中應(yīng)對施工接縫處進(jìn)行處理。施工接縫處，應(yīng)搭接拌和。第一段拌和后，留出5～8m不進(jìn)行碾壓，在第二段施工時再將前段余留的未碾壓段添加巖土固化劑重新拌和，與第二段相連一起碾壓；二是末端縫（即工作縫）和“調(diào)頭”處可按水泥土施工經(jīng)驗進(jìn)行處理。

4.2.7 養(yǎng)護(hù)要求

一是固化穩(wěn)定土碾壓成型后，不應(yīng)過濕或忽干忽濕。養(yǎng)護(hù)期不宜少于7d；二是固化穩(wěn)定土成型后，其未達(dá)到強度要求之前3d，應(yīng)限制水泡。

5.現(xiàn)場實測技術(shù)參數(shù)分析

通過實驗室試驗和現(xiàn)場施工檢測，進(jìn)一步證明：YTG固化土較水泥土早期強度增長快，且早期強度高，8%摻量的YTG固化土7d強度相當(dāng)于16%摻量水泥土28d強度。YTG固化土較水泥土易于拌和均勻，采用路拌機拌和完全可以達(dá)到設(shè)計要求，施工簡單。未經(jīng)外加功能壓實時，是一種處于松散狀特的混合物，強度低，只有將固化土加壓密實，使土粒緊密連接，才能保證固化土具有應(yīng)有的強度。試驗表明干密度每增加0.1t/m3，抗壓強度就增加0.76～1.16MPa，由此可見，增加固化土的干密度可以大幅度提高固化土的強度。固化土固結(jié)反應(yīng)能夠在水和空氣中硬化，徹底解決了常溫下被固結(jié)各類巖土的水穩(wěn)定性問題。

6.結(jié)論

一是固化土能夠在水和空氣中硬化，強度在28d內(nèi)可達(dá)85%以上，這對工程安全及整個工程工期有著重大意義；二是固化土可以就地取材，施工方便、成本低、工期短；三是固化土與水泥土相同時，28d能達(dá)到強度85%左右，其強度可達(dá)水泥土90d的2～3倍；四是固化土的應(yīng)用，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)保效益。為渠道防滲工程提供一種新的可靠的材料和技術(shù)。