武 晟，許光照，謝永平，胡麗萍

（西北電力設(shè)計院，陜西 西安710075）

西北戈壁荒漠區(qū)干旱少雨，植被稀少，土壤鹽漬化嚴(yán)重，輸變電工程建設(shè)中遇到的水土保持問題較多，工程建設(shè)對地表造成的擾動會使土壤侵蝕模數(shù)顯著增加，而內(nèi)地成熟的水土保持治理經(jīng)驗又無法全盤照搬。主要原因是戈壁荒漠區(qū)土壤含鹽量較高，晝夜溫差極大，冷暖交替頻繁，內(nèi)地采用的混凝土固化技術(shù)存在混凝土整體耐久性偏低，抗凍等級不能滿足結(jié)構(gòu)長期耐久安全運行的問題［1］，更無法有效地開展植物敷設(shè)措施。

根據(jù)工程建設(shè)中遇到的實際情況，在進(jìn)行了大量對比分析后，認(rèn)為土壤固化技術(shù)更適合解決西北地區(qū)的水土保持問題。土壤固化技術(shù)一直是國內(nèi)外土木工程領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和普遍使用的工程技術(shù)。該技術(shù)興起于20世紀(jì)40年代，處理對象主要為固體、半固體物質(zhì)，應(yīng)用目標(biāo)不僅是加固作用，還包括增加滲透性，提高抗凍能力，防止污染物質(zhì)泄漏等諸多方面［2］。國外研究者針對不同土質(zhì)開發(fā)出了不同的土壤固化劑［3－5］，國內(nèi)的研究主要集中在無機(jī)類固化劑的開發(fā)和應(yīng)用方面，并且取得了一定的進(jìn)展［6－11］。

從現(xiàn)有的土壤固化技術(shù)成果來看，該技術(shù)主要有以下適合于西北地區(qū)的特點：

（1）抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。固化體不怕酸、堿的腐蝕，適用于西北鹽漬土。

（2）耐久性極好。固化體具有優(yōu)異的水穩(wěn)定性、抗凍性、抗?jié)B性和耐磨性，適用于西北惡劣氣候條件。

（3）干縮率小，適用于現(xiàn)場直接制備、鋪設(shè)作業(yè)。

根據(jù)上述分析，本文對西北戈壁的土石山區(qū)、戈壁風(fēng)沙區(qū)和荒漠鹽漬土區(qū)應(yīng)用土壤固化劑的固化效果進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究。

1 研究區(qū)概況

本項目依托的是750kV吐魯番—巴音郭楞輸電線路工程，工程區(qū)植被類型為荒漠草原，屬暖溫帶干旱荒漠氣候區(qū)。試驗對象選擇了土壤類型具有代表性的3座塔基，分別是：J30塔基，代表戈壁土石山區(qū)，巖性主要為角礫、砂土及黏性土；J111塔基，代表戈壁風(fēng)沙區(qū)，以粉土為主；J112塔基，代表鹽漬土荒漠區(qū)，表層為角礫層。

2 固化材料的選擇

土壤固化劑種類繁多，按照外觀形態(tài)可以分為液粉固化劑和粉狀固化劑；按照主要成份可以分為無機(jī)類、有機(jī)類、生物酶類固化劑［12］。

從收集的資料看，HEC高強(qiáng)高耐水土體固化劑（high strength and water stability earth consolidator，簡稱HEC土壤固化劑），是較好的試驗材料。該固化劑為無機(jī)類土壤固化劑，已大規(guī)模應(yīng)用于三峽水利樞紐、金沙江等電站，京廣、京滬等國家重點鐵路干線，上海世博園、浦東機(jī)場等重點工程，尤其是用于酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地火箭場內(nèi)轉(zhuǎn)運道路工程鹽漬土的固化等，這些在西北地區(qū)的應(yīng)用實例，為本研究提供了可以借鑒的經(jīng)驗。

HEC土壤固化劑是一種無機(jī)類水硬性膠凝材料，它的活性組分在常溫下直接滲入被固化材料基本單元的相界面，激發(fā)被固化材料中鋁硅酸鹽活性，利用多組分復(fù)合產(chǎn)生超疊加效應(yīng)，使之形成多晶聚集體，將被固化材料基本單元黏結(jié)成牢固整體，產(chǎn)生較高強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，最終實現(xiàn)對有害物質(zhì)的鈍化和固封。

HEC土壤固化劑的性能特點主要有如下幾個方面。（1）固化范圍廣泛。可代替普通水泥配制混凝土，可固化一般土體，如砂質(zhì)土、壤土，可固化特殊土，如膨脹土、濕陷性黃土和淤泥，甚至還可以固化工業(yè)廢渣。（2）摻量少，固化體性能穩(wěn)定。HEC摻量一般為土體干重的5%～10%，被HEC固化的土體早期強(qiáng)度高，為同條件下水泥土強(qiáng)度的120%～200%，后期強(qiáng)度穩(wěn)定。（3）水穩(wěn)性好，固化后的土體遇水抗壓強(qiáng)度基本無變化。（4）抗凍性能好，耐久性高。通過上述分析，確定選用HEC高強(qiáng)高耐水土體固化劑作為本試驗原材料。

3 試驗設(shè)計

試驗分3個階段。第1階段是基礎(chǔ)試驗，對擾動土進(jìn)行土工試驗、土易溶鹽含量分析以及不同固化劑摻量的擊實試驗等，掌握擾動土的土壤類型、顆粒級配、酸堿性以及固化劑固化擾動土的最優(yōu)含水量等基礎(chǔ)參數(shù)。第2階段是固化制備試驗，以基礎(chǔ)參數(shù)為控制條件，對擾動土固化樣本的養(yǎng)護(hù)齡期、固化劑摻量等制備參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗，找出最優(yōu)參數(shù)范圍。第3階段是對固化樣本進(jìn)行各項性能測試。

根據(jù)輸電工程塔基的特點，認(rèn)為固化劑的固化效果應(yīng)當(dāng)滿足以下要求。

（1）力學(xué)性能。線路塔基的擾動土固化層沒有運輸?shù)缆返呢?fù)荷要求，只是在線路檢修時，存在人員踩踏、檢修設(shè)備壓蓋固化層的可能性。經(jīng)估算，固化層的承重要求也僅為0．05MPa左右?？紤]到要保證耐久性需要一定的抗壓強(qiáng)度，所以參考《上海市地方標(biāo)準(zhǔn) 第一部分：道路人行道設(shè)計要求》，確定本試驗固化樣本的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1．5MPa。

（2）耐久性能。由于固化擾動土的效果沒有統(tǒng)一的工程標(biāo)準(zhǔn)，因此與其他工程材料的性能進(jìn)行對比，分析說明固化樣本的耐久性能。

4 結(jié)果與分析

4．1 基礎(chǔ)試驗

根據(jù)土工試驗結(jié)果，擾動土的土壤粒組含量見表1，根據(jù)粒徑級配的不同，3座塔基處的土壤分別為角礫、粉土和中砂，顆粒級配均良好，有助于固化劑對擾動土的固化。

表1 不同塔基處平均粒組含量 %

根據(jù)土易溶鹽含量分析試驗結(jié)果，3處塔基均為堿性土，其中J112塔基的鹽漬土還具有較強(qiáng)的腐蝕性（如表2所示）。

通過擊實試驗結(jié)果確定了不同的固化劑摻量條件下，擾動土的最佳含水量和最大干密度，為制備固化樣本提供了基本控制條件。

表2 不同塔基處土壤的化學(xué)性質(zhì) mg／kg

4．2 固化制備試驗

根據(jù)上述基礎(chǔ)試驗結(jié)果，并結(jié)合類似工程的經(jīng)驗，以最大干密度，最優(yōu)含水量，壓實度90%，7d養(yǎng)護(hù)齡期為控制條件，對擾動土分別添加6%，8%，10%，12%的HEC固化劑，進(jìn)行強(qiáng)度試驗，結(jié)果見圖1?？梢钥闯觯?座塔基的固化擾動土在固化劑摻量為6%時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度就可以滿足大于1．5MPa的要求。但考慮到實際現(xiàn)場的施工條件，以及較為惡劣的氣候條件，為保證土壤固化的耐久性，適宜將固化劑的摻量提高到8%。

圖1 固化劑摻量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

在8%的固化劑摻量條件下，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)齡期為7，2，90，180，270，360d的固化樣本無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，結(jié)果見圖2。可以看出，7d的養(yǎng)護(hù)齡期就可使無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到1．5MPa的要求，與混凝土相比顯著縮短了養(yǎng)護(hù)周期。

圖2 養(yǎng)護(hù)齡期與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

4．3 性能試驗

為了解在8%的固化劑摻量、養(yǎng)生齡期7d條件下制備的固化樣本的耐久性，分別進(jìn)行了干縮變形，濕脹變形，凍脹變形，滲透試驗以及沖刷試驗。試驗結(jié)果與其他工程材料的對比分析見表3。可以看出，固化樣本在干縮、濕漲、凍脹、滲透等方面與道路硅酸鹽水泥、高強(qiáng)度樓板、石灰改良軟土的性能差別不大，與混凝土的沖磨損失率相比沖刷損失率偏高，考慮到本試驗的固化土是以防治水土流失為主要目標(biāo)，不承擔(dān)繁重運輸任務(wù)，所以綜合各項性能的比較結(jié)果來看，固化樣本的耐久性滿足對擾動土的水土保持要求。

表3 不同塔基處土壤性能試驗結(jié)果與其他工程材料對比分析

5 結(jié) 論

從室內(nèi)試驗結(jié)果來看，只需6%的HEC固化劑摻量就能使擾動土的固化樣本抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，說明該固化劑對戈壁土石山區(qū)、風(fēng)沙區(qū)以及鹽漬土荒漠區(qū)的土壤具有較好的固化能力?？紤]到現(xiàn)場實際氣候條件等不利因素，為提高固化效果的耐久性，建議將固化劑摻量提高至8%。從養(yǎng)護(hù)齡期來看，齡期控制在7d就能使固化效果滿足設(shè)計強(qiáng)度要求，若順利應(yīng)用于實際工程當(dāng)中，將顯著降低原材料的使用量及人工養(yǎng)護(hù)費，并縮短工程周期，而且固化樣本與水泥等其他工程材料相比耐久性能差別不大，滿足水土保持工程的要求。

室內(nèi)試驗結(jié)果為現(xiàn)場試驗提供了指導(dǎo)性的數(shù)據(jù)支持，為現(xiàn)場試驗的順利實施打下了堅實的基礎(chǔ)。下一步將對工程現(xiàn)場的固化效果進(jìn)行現(xiàn)場試驗和長期觀測，并與室內(nèi)試驗結(jié)果進(jìn)行對比，以期獲得室內(nèi)外試驗結(jié)果的差異規(guī)律，找出切合現(xiàn)場實際情況的施工技術(shù)方案，為西北荒漠地區(qū)輸變電線路工程的水土保持工作提供科學(xué)的技術(shù)支持。

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