【摘要】道路基礎(chǔ)工程是城市和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中至關(guān)重要的一部分，對保障社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活的便利起著不可替代的作用。然而，在長期的工程實踐中，不可避免地面臨著地基不均勻沉降、土壤側(cè)移等問題，直接影響道路的使用壽命和安全性。文章旨在研究新型地基加固材料在道路基礎(chǔ)工程中的性能，以探索其在提高道路工程質(zhì)量和可持續(xù)性方面的潛在應(yīng)用。同時，期望可以為提高道路工程質(zhì)量、延長使用壽命和減少維護(hù)成本提供新的思路和方向。

【關(guān)鍵詞】道路基礎(chǔ)工程；地基加固材料；材料性能

【中圖分類號】TU472" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）03-0035-03

0 引言

傳統(tǒng)的地基加固材料如石灰、水泥等，雖然在一定程度上能夠改善土壤的力學(xué)性質(zhì)，但仍然存在著諸多局限，因此，迫切需要尋找新型地基加固材料，以滿足道路基礎(chǔ)工程中更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 道路基礎(chǔ)工程的重要性

道路基礎(chǔ)工程是道路建設(shè)的關(guān)鍵階段，對于確保道路的穩(wěn)定性、安全性和耐久性具有重要意義。道路基礎(chǔ)工程的主要任務(wù)之一是確保路基和路面的足夠承載能力，以應(yīng)對不同類型和強度的交通負(fù)荷，承載能力不足會導(dǎo)致路面變形、裂縫和損壞，降低道路的使用壽命。道路基礎(chǔ)工程需要處理不同類型的土體，包括軟弱土壤和可變土質(zhì)，通過使用適當(dāng)?shù)牡鼗牧虾图庸檀胧?，確保路基的穩(wěn)定性，防止因土體沉降和變形而導(dǎo)致的路面不平和沉降[1]。良好的道路基礎(chǔ)工程有助于確保道路的平坦度和水平度，提高駕駛舒適性降低車輛磨損。平整的路面還有助于提高車輛的穩(wěn)定性，從而增加交通安全性。

良好的基礎(chǔ)工程直接關(guān)系到道路的使用壽命，通過在基礎(chǔ)工程中采用適當(dāng)?shù)牟牧虾凸に?，可以延長道路的壽命，減少維護(hù)和修復(fù)成本。

2 地基加固在道路工程中的作用

地基加固在道路工程中發(fā)揮著重要的作用。可以顯著提高土壤的承載能力，使其能夠更好地支撐道路結(jié)構(gòu)和交通載荷，這對于提高道路的荷載能力、減少沉降和地基沉降差異具有重要意義。地基加固可以改善土壤的工程性質(zhì)，包括增強土壤的抗剪強度、提高壓縮模量和改變土壤的滲透性等，可以降低土壤的變形性，減小沉降和變形對道路結(jié)構(gòu)的不利影響。部分地區(qū)會面臨凍融和濕陷等地質(zhì)問題，地基加固可以通過改變土壤的工程性質(zhì)，增加其抗凍融和抗?jié)裣莸哪芰?，提高道路的穩(wěn)定性和耐久性[2]。在一些地質(zhì)條件較差或土壤不均勻的地區(qū)，地基加固可以減小施工風(fēng)險，提高道路工程的可靠性，通過在設(shè)計和施工階段對地基進(jìn)行加固，可以減少后期維護(hù)和修復(fù)的需求。通過改善地基條件，地基加固有助于減緩道路結(jié)構(gòu)的老化過程，延長道路的使用壽命，對于降低維護(hù)成本、提高交通運輸效率和改善行車安全性都是至關(guān)重要的。在某些需要特殊工程要求的地區(qū)，如軟土地區(qū)、高地下水位地區(qū)等，地基加固是確保道路工程可行性和安全性的必要手段。

3 新型地基加固材料的需求

新型地基加固材料的引入和研發(fā)是出于對傳統(tǒng)地基加固材料的一些限制和不足的需求。

傳統(tǒng)地基加固材料在一些方面存在性能上的限制，如強度、可塑性、耐久性等。對于一些特殊的工程要求，或者為了提高工程的可持續(xù)性和耐久性，傳統(tǒng)的地基加固材料在施工過程中存在一些不便之處，例如需要大量的水泥、混凝土攪拌，施工周期較長等。因此，需求尋找施工更為便利和高效的新型地基加固材料，以降低工程成本和提高施工效率[3]。隨著社會對于環(huán)保材料的需求日益增長，也需要開發(fā)出對環(huán)境友好的新型地基加固材料，減少對自然環(huán)境的影響。地質(zhì)條件的多樣性要求地基加固材料具有一定的適應(yīng)性和靈活性，能夠適應(yīng)不同地區(qū)和工程項目的要求。

4 傳統(tǒng)地基加固材料

4.1 水泥

水泥是一種灰色粉狀物質(zhì)。主要由石灰石、黏土、煤矸石等原材料經(jīng)煅燒、粉磨而成。水泥具有出色的抗壓強度，能夠有效承受來自上部結(jié)構(gòu)的荷載，當(dāng)水泥與水混合后，發(fā)生水化反應(yīng)形成堅硬的膠凝體，這種硬化性能使其在土體中形成堅固的支撐。水泥在地基加固中應(yīng)用廣泛。常用于改良軟弱土壤，通過與土壤中的水和顆粒發(fā)生反應(yīng)，提高土壤的抗壓強度和承載能力。

在公路和鐵路工程中，水泥用于加固路基提高路面的穩(wěn)定性和承載能力，延長道路的使用壽命，確保建筑物的穩(wěn)定性[4]。然而，需要注意的是，水泥固化需要一定的時間，因此在施工過程中需要考慮其硬化時間以及與其他材料的協(xié)同作用。

4.2 碎石

碎石是一種由天然石塊或經(jīng)過機械破碎得到的顆粒性材料。碎石具有相對較大的顆粒，碎石堆積后形成的空隙具有良好的排水性能；碎石的堆積可以分散荷載，減小地基的沉降，提高土壤的穩(wěn)定性。碎石在地基加固中應(yīng)用廣泛，在道路建設(shè)中，常用于路基的加固。通過在土壤中鋪設(shè)碎石層，提高路基的承載能力和穩(wěn)定性。在鐵路建設(shè)中碎石常用于鋪設(shè)鐵道基床，為軌道提供堅實的支撐，減小鐵路沉降。尤其在軟土地區(qū)，碎石的應(yīng)用可以有效提高土壤的承載能力，減小地基沉降。

但是，在選擇和設(shè)計碎石加固方案時，需充分考慮土壤類型、工程荷載等因素，以確保加固效果的最大化。

4.3 土工布

土工布是一種由合成纖維制成的材料。土工布具有較高的抗拉強度，能夠有效抵抗外部拉力，增強土體的抗拉性能，防止土體表面裂縫的發(fā)生，適用于土體較薄或承受外力較大的情況。土工布常用于加固基礎(chǔ)土體防止地基沉降，尤其在需要增強土體的支撐能力和抗拉性能的場合。土工布的柔韌性能夠提供均勻的支撐力，使它更適用于復(fù)雜形狀的土體表面。土工布通常具有透水性，利于排水，防止土體發(fā)生裂縫[5]。在巖土工程中，土工布可用于支護(hù)坡面、防止巖石崩塌，提高邊坡的穩(wěn)定性。

在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)工程需要選擇合適的土工布類型、規(guī)格和施工方法，并考慮土體的特性和環(huán)境因素，以確保加固效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

5 新型地基加固材料的分類和特性

5.1 地工合成材料

地工合成材料是一類由高分子材料制成的工程材料，主要包括地工合成薄膜和土工格柵等，這些材料在道路工程和土木工程中廣泛應(yīng)用。地工合成材料由高分子材料構(gòu)成，具有良好的抗拉強度和剛度。它們能夠在土體中有效抵抗外部荷載引起的拉伸力，提高土體的整體強度。地工合成材料被廣泛用于加固土體，特別是在軟弱土地區(qū)，通過將地工合成材料埋入土體中，可以形成一種增強結(jié)構(gòu)，能夠有效地抑制土體的側(cè)移，提高土體的承載能力。這對于在挖土和填土工程中，減小土體沉降差異，減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，增加工程的安全性，確保工程的平穩(wěn)進(jìn)行具有重要意義。

5.2 聚合物改性材料

聚合物改性材料是一類通過添加聚合物成分來改善土壤工程性質(zhì)的材料，包括聚合物改性土和聚合物改性瀝青等。這些材料在土木工程、公路工程和建筑工程中發(fā)揮著重要的作用。

聚合物改性材料通常能夠改善土壤的抗凍融性，使土體在低溫條件下更具彈性，降低凍融循環(huán)對土體的損傷提高工程的耐久性。這類材料有助于提高土壤的整體穩(wěn)定性，特別是在軟弱土地區(qū)，通過改良土壤的工程性質(zhì)，減輕土體的變形和沉降，改善土壤的穩(wěn)定性[6]。聚合物改性材料能夠提高土壤的黏聚性，改變土壤的粒間作用，有利于形成更為緊密的土體結(jié)構(gòu)增加土壤的黏結(jié)性。聚合物改性材料可以應(yīng)用于各種不同的土質(zhì)和地質(zhì)條件，一些聚合物改性材料具有較好的環(huán)境友好性，在土壤改良、路基加固和地基處理等方面展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景，為工程提供了可行的土壤改良解決方案。

5.3 纖維增強材料

纖維增強材料是一類通過添加纖維成分來改善土壤工程性質(zhì)的材料，包括玻璃纖維、碳纖維等。這些材料通常以纖維形式添加到土體中。纖維增強材料能夠顯著提高土壤的抗拉強度，使土體具有更好的抗拉性能，這對于抵御外部荷載引起的拉伸力，提高土體的整體強度具有重要作用，纖維增強材料能夠改善土體的耐久性，使其更抵抗長期風(fēng)化和環(huán)境侵蝕的作用，提高工程的使用壽命。添加纖維后，土壤的變形性能得到改善，減小了土體的沉降和變形有助于維持土體的穩(wěn)定性，纖維的添加能夠改變土體的粒間作用，提高土壤的黏聚性，有助于形成更為緊密的土體結(jié)構(gòu)。纖維增強材料能夠提高土壤的抗裂性，減少土體的開裂和裂縫的形成，改善土體的整體穩(wěn)定性，其適用于各種土壤類型，包括砂土、黏土等，具有較強的適應(yīng)性。纖維通常具有輕量化的特性，不會增加土體的密度，有助于保持土體的輕量化性質(zhì)，為土體提供了有效的增強和改良手段。

5.4 微生物材料

微生物材料是一類利用微生物作用來改良土壤的工程材料，其中包括微生物膠結(jié)土和微生物固化劑等，這些材料通過微生物的代謝作用，形成膠結(jié)物質(zhì)加固土體。微生物膠結(jié)土是一種通過微生物的活動，將土壤中的顆粒通過膠結(jié)物質(zhì)黏結(jié)在一起的土工材料。微生物膠結(jié)過程中，微生物分泌的黏結(jié)物質(zhì)能夠形成堅固的結(jié)構(gòu)，提高土體的整體強度。微生物固化劑通常包含特定的微生物，能夠促使土壤中的某些礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成固化物質(zhì)加固土體，提高土體的抗剪強度和穩(wěn)定性。對于改善土壤的工程性質(zhì)，提高土體的整體穩(wěn)定性具有積極影響。一些微生物材料的形成過程中產(chǎn)生的黏結(jié)物質(zhì)具有較好的抗凍融性，有助于改善土體在低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。微生物材料通常對環(huán)境友好，它們的制備和應(yīng)用過程相對較為環(huán)保，不會對土壤和水體造成污染。微生物材料能夠適應(yīng)不同類型的土壤和地質(zhì)條件，對于一些復(fù)雜和特殊的工程環(huán)境具有較強的適應(yīng)性，微生物材料在土壤工程和地基加固方面展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用前景。

5.5 地基加固納米材料

地基加固納米材料是通過納米技術(shù)制備的材料，其具有極小的顆粒大小，通常在納米尺度范圍內(nèi)，這有助于材料更好地滲透土體微觀結(jié)構(gòu)，能夠有效增強土體的整體強度，提高土體的密實性和穩(wěn)定性。地基加固納米材料應(yīng)用在一些特殊土體，如黏性土、膨脹土等，納米材料的微觀滲透能力能夠改善土體的工程性質(zhì)，增強其強度和穩(wěn)定性[7]。應(yīng)用在需要對土體進(jìn)行微觀尺度加固的基礎(chǔ)工程中，如微基礎(chǔ)、微樁等，地基加固納米材料可以提供高度精細(xì)化的支撐。

地基加固納米材料在地基加固中的應(yīng)用，雖然有著巨大的潛力，但也需要深入的實驗研究和工程實踐驗證，特別是在納米材料的生產(chǎn)成本、環(huán)境影響等方面還存在一些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的土體特性和工程需求，科學(xué)地設(shè)計和使用地基加固納米材料，以實現(xiàn)最佳的加固效果。

5.6 智能材料

智能材料是一類具有感知和響應(yīng)功能的先進(jìn)材料。其能夠感知外部環(huán)境條件（如土體的變形、溫度、濕度等），具有自主調(diào)整性能的能力（如根據(jù)感知到的土體變形自動改變硬度或其他力學(xué)性能），同時能夠?qū)崟r調(diào)整自身性能以適應(yīng)變化的工程環(huán)境。

智能材料可應(yīng)用于地鐵隧道的地基加固。能夠感知地下水位變化、土體變形等因素，自動調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)的硬度，提高隧道的穩(wěn)定性和安全性。在橋梁基礎(chǔ)工程中，智能材料可以感知橋墩的受力情況和土壤變形，以自動調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)，優(yōu)化橋梁的承載性能。智能材料可應(yīng)用于高速公路的路基加固，通過感知路基的變形和荷載變化，實時調(diào)整路基的硬度，提高道路的承載能力和耐久性。在需要實時監(jiān)測和調(diào)整的城市基礎(chǔ)設(shè)施工程中，如管道和水利工程，智能材料能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的地下環(huán)境，提高工程的可持續(xù)性和安全性。

6 結(jié)語

新型地基加固材料在提高土體強度、改善可塑性、增加穩(wěn)定性和耐久性等方面表現(xiàn)出色，為工程施工提供了可行的解決方案，然而，實際應(yīng)用中仍需根據(jù)具體工程條件和環(huán)境要求進(jìn)行合理選擇。未來的研究方向可以集中在提高新型材料的生態(tài)友好性、降低成本，以及適應(yīng)更廣泛地質(zhì)條件等方面。

參考文獻(xiàn)

[1] 李昌樊.市政道路施工中軟基加固技術(shù)研究[J].江西

建材，2023（1）：249-250.

[2] 韋鋒.道路橋梁施工中軟土地基施工技術(shù)處理研究[J].

運輸經(jīng)理世界，2023（3）：119-121.

[3] 李繼為.軟基加固技術(shù)在市政施工中的應(yīng)用[J].大眾

標(biāo)準(zhǔn)化，2022（16）：157-159.

[4] 王曉俊，孟定宇.公路軟土地基加固防治技術(shù)的綜述及

建議[J].四川建材，2022，48（7）：100-101.

[5] 孫亞朋.軟土地基處理技術(shù)在城市道路工程中的應(yīng)用[J].

工程建設(shè)與設(shè)計，2022（12）：240-242.

[6] 唐袁森.市政道路施工中軟基加固技術(shù)分析[J].居舍，

2022（4）：60-62.

[7] 謝桂浩.道路工程軟土地基處理方式選用與工程實踐[J].

綠色環(huán)保建材，2021（12）：95-96.

[作者簡介]田昌富（1984—），男，山東濰坊人，本科，工程師，研究方向：巖土工程。