曹懷兵

(山東萊克工程設(shè)計(jì)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(yīng)用

曹懷兵

(山東萊克工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257000)

土壤固化劑是近些年被大規(guī)模采用的一種由不同種類無機(jī)和有機(jī)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(xué)性質(zhì)，僅需摻入一定比例的土壤固化劑，經(jīng)拌勻、壓實(shí)等一系列處理，就可以達(dá)到所需要的承載能力。與傳統(tǒng)的軟基處理方法相比，土壤固化劑軟基處理有更優(yōu)的技術(shù)指標(biāo)，且工程造價(jià)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(jīng)被廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為交通土木工程中一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新型技術(shù)。

土壤固化劑；軟基處理；交通創(chuàng)新

1 作用原理及性能特點(diǎn)

1.1 水化反應(yīng)

固化劑本自身的一部分組成材料遇水后發(fā)生水化反應(yīng)，能夠生產(chǎn)氯酸鈣、硅酸鈣等膠凝物質(zhì)，這些膠凝物質(zhì)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(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成膠凝物質(zhì)，使黏土表面硬化，可以提高軟土地基水穩(wěn)性，增強(qiáng)土壤強(qiáng)度高。同時(shí)土壤固化劑中還含有激發(fā)劑，它可以有效地使礦渣、粉煤灰中的玻璃體結(jié)構(gòu)遭到破壞，產(chǎn)生很多缺陷，造成玻璃體中的四氧化硅陰離子解聚，進(jìn)而與軟土中活性成分發(fā)生水化反應(yīng)，有助于軟弱土的硬化。

1.2 置換水反應(yīng)

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

1.3 離子交換

固化劑與水作用產(chǎn)生大量的鈣離子，加上激發(fā)素中含有的Fe3+、AL3+等高價(jià)陽離子，具有較高的離子強(qiáng)度，與土顆粒中的鈉離子、鉀離子、鈣離子進(jìn)行離子交換作用，可以降低粘土膠團(tuán)表面ξ電位，減薄膠團(tuán)所吸附的雙電層，顯著增強(qiáng)電解質(zhì)濃度，有效清除土壤內(nèi)的液相和氣相，并且還能生產(chǎn)硫酸鈣結(jié)晶，體積膨脹，進(jìn)一步填充孔隙，這一系列離子交換，改變了土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得地基的強(qiáng)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(zhì)反應(yīng)

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(zhì)，固化劑與這些活性物質(zhì)充分?jǐn)嚢韬?，能夠發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量凝膠性物質(zhì)，與土顆粒結(jié)合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之成為一種高強(qiáng)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(jīng)過均勻拌和后，進(jìn)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(shù)，摻入一定比例固化劑，形成高密度柱狀固化體，達(dá)到深層地基加固的目的。

(3)施工前應(yīng)先進(jìn)行室內(nèi)配比實(shí)驗(yàn)，對土壤進(jìn)行必要的物理檢驗(yàn)，如顆粒度、含水量、比重、孔隙率、有機(jī)質(zhì)含量、塑、液限等是否符合現(xiàn)場地勘情況，是否具有施工土樣的代表性，針對該種土壤進(jìn)行專門的固化劑的配比設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟弱土地基處理的最佳效果。

3 施工與養(yǎng)護(hù)

(1)施工前，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)先對樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，分析土樣的成分和類型，固化劑的種類的選擇應(yīng)該根據(jù)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)而定；還要進(jìn)行土壤及固化劑配合比試驗(yàn)，確定合適的土壤固化劑設(shè)計(jì)配比。

(2)施工段土基的鋪筑與整平，松鋪系數(shù)需要提前通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)獲得。松鋪厚度的數(shù)值應(yīng)等于壓實(shí)厚度乘以松鋪系數(shù)，每層厚度應(yīng)控制在30 cm以內(nèi)。應(yīng)在使用土壤固化劑的前一天對土壤進(jìn)行疏松翻拌，清除土壤中的草根、樹根、生活垃圾等有機(jī)質(zhì)，并對大粒徑土塊顆粒進(jìn)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(jù)土基的鋪筑厚度以及設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行計(jì)算獲得，均勻攤鋪、撒布與土壤表面。

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

(5)在固化類混合料拌和均勻以后，應(yīng)及時(shí)用平地機(jī)進(jìn)行整平。在直線路段，平地機(jī)應(yīng)由兩側(cè)向路中心進(jìn)行刮平；在平曲線路段，平地機(jī)刮平順序?yàn)橛蓛?nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行。初壓應(yīng)采用履帶式拖拉機(jī)或輪胎式壓路機(jī)，初壓過后再用平地機(jī)進(jìn)行成型。在成型過程中，不允許任何車輛或不相關(guān)的設(shè)備通行，最后應(yīng)由人工配合，對粗細(xì)料的離析部分進(jìn)行處理直至消除。

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

(7)養(yǎng)護(hù)與交通管制。固化類基層成型后，不應(yīng)過濕或忽干忽濕，養(yǎng)護(hù)期不宜少于7 d。成型后，其強(qiáng)度要求之前，應(yīng)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(shí)間，如基層中含有水泥，還應(yīng)考慮水泥的終凝時(shí)間。

(2)施工機(jī)械的選擇與搭配，運(yùn)輸車輛的數(shù)量及運(yùn)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(shí)期的季節(jié)和溫度、濕度等氣候條件。

(5)土基施工段的寬度及長度。

5 質(zhì)量要求與檢查驗(yàn)收

(1)在整個(gè)施工過程中，工地試驗(yàn)、質(zhì)量檢查以及工序間的交接驗(yàn)收等規(guī)章制度應(yīng)提前編制、健全。應(yīng)對試驗(yàn)、檢驗(yàn)、驗(yàn)收有齊全的原始記錄和完整的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和資料。

(2)施工單位應(yīng)設(shè)有各項(xiàng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室，配備工地檢測相關(guān)的設(shè)備和儀器，對所有材料壓實(shí)度、平整度等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢測。

(3)在完成每道工序后，應(yīng)及時(shí)的對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下道工序施工。對于檢查不合格的項(xiàng)目及路段，應(yīng)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(zhì)量要求應(yīng)從外觀的控制檢查和質(zhì)量的控制檢查等方面進(jìn)行。檢查時(shí)施工原始記錄應(yīng)齊全完整。

(5)應(yīng)隨機(jī)進(jìn)行抽樣檢查。

6 與傳統(tǒng)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(jù)要求實(shí)際需求選用固化劑型號用于各種土質(zhì)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(jià)比較高。土壤固化劑的施工相比于傳統(tǒng)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(jié)約各種碎石、砂礫等傳統(tǒng)原材料及其運(yùn)輸及人工成本，簡化傳統(tǒng)道路基層、底基層的施工方法。經(jīng)多項(xiàng)工程實(shí)際應(yīng)用測算，可降低工程造價(jià)10%～30%，具有很高的性價(jià)比，高效低耗，節(jié)約能源和資源。

(3)土壤固化劑是一種無毒無害無污染的環(huán)保產(chǎn)品，相對于傳統(tǒng)的水泥石灰等無機(jī)材料，在施工過程中對環(huán)境的影響較小，符合可持續(xù)發(fā)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(qiáng)作用，是一種經(jīng)久耐用的膠結(jié)固化材料，工程壽命長。

(5)土壤固化強(qiáng)度可調(diào)節(jié)，能根據(jù)不同的工程及強(qiáng)度要求，取用不同強(qiáng)度的土壤固化劑配比，滿足不同工程的承載要求，強(qiáng)度可控，經(jīng)濟(jì)節(jié)約。

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

7 結(jié) 論

土壤固化劑現(xiàn)在公路、港口、建筑的地基、江河、湖底等區(qū)域的土基處理已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)方法相比，土壤固化劑具有更為優(yōu)良的技術(shù)指標(biāo)、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(shí)間。

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

[2] 中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).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