浅析道路工程建设中软弱土壤固化技术的研究进展

毛玮芸

摘 要：随着土壤固化技术的不断发展，土壤固化技术优势明显，得到了越来越多的认可，土壤固化技术在道路工程中的应用也越来越广泛。该文从传统无机筑路材料、高分子有机化合物、生物酶、固化剂改性土料这4个方面的科学研究现状，阐述了土壤固化剂的固化机理，综合分析了现代道路工程中土壤固化技术的发展趋势，指出其中的不足，对土壤固化技术的发展提出几点建议。

关键词：现代道路工程 土壤固化 固化剂

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0052-03

现代道路工程建设当中，通过对软弱土壤进行固化处理，不仅要满足施工要求，还要降低施工成本。随着软弱土壤固化技术的发展，它在现代道路工程建设中也会发挥着越来越大的作用。20世纪60年代以来，固化剂已经成为一种新型固化工程材料，并在国外被广泛应用和研究。固化剂相比较水泥而言有更好的社会效益和经济效益，固化剂己经在实际工程中取得成果。我国研究人员首先对国外土壤固化剂进行了研究和应用，随着研究的深入，国内土壤固化剂的相关研究有了更大的进步，在宁夏、广东、北京、公路中有广泛的应用[1]。

1 传统无机筑路材料的固化研究进展

无机筑路材料的固化研究开始较早，国外学者对此进行了大量研究。Shirazi等通过对水泥和粉煤灰混合进行实验并且判定加固效果，确定出二者的最佳配合比[2]；Bell在石灰和水泥中分别添加PFA试剂，探究了加固效果[3]；Kamon等研究了使用熟石灰和三氧化二铁的工业废渣对土壤进行加固时，加入一定量的含铝煤泥可以提高固化土的强度[4]。Zalihe通过实验得出了粉煤灰能增大或膨胀土壤的强度，减少其塑性[5]。Sivapullaiah等得出了在粉煤灰中加入硅粉可以，提高固化土的无侧限抗压强度的结论[6]。Miller GA研制出ISS土壤稳定剂（Ionic Soil Stabilizer），通过化学反应使得离子进行交换进而减少了土壤中的空气和水，所以，土壤不会因为水分和空气的体积变化而膨胀或收缩[7]。

20世纪80年代土壤固化技术引进国内以来，国内学者对土壤固化相关技术展开了研究并取得了一定的成果。汪稔[8]等通过对石灰桩加固机理进行了详細的分析，认为生石灰和粉煤灰搅拌并且夯实成桩后，生石灰吸收水分体积变大、释放热量同时产生Ca（OH）2，再与含有较高SiO2、Fe2O3、Al2O3成分的粉煤灰发生水化反应，将会产生强度、水硬性、水稳定性等性能良好的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁酸钙，提高了桩体强度。黄殿瑛研究水泥土添加硅粉后的相关变化，发现硅粉的火山灰效应与微粒充填效应[9]，此技术使得水泥硬化，水化向更好方向发展，提高了固化土的强度。

2 高分子有机类化合物及生物酶固化研究进展

随着土壤固化研究的深入，越来越多的新技术得到了推广与应用。在20世纪80年代，美国科学家发明了帕尔玛技术[10]，它是一种高效生物土壤稳定材料。近几年来，南非的CON-AID系列、Pansai系列、美国的Magic系列等高分子化合物获得了良好发展。Magic系列产品是一种高分子有机聚合物并且易溶于水，稀释比例为1∶1000。Pansai系列产品针对不同的土质规定了不同的稀释比，面对不同的土壤选择不同的试剂浓度，可以直接将试剂喷洒于土壤表面来进行固化。以上两种固化剂也有缺点，它们的水稳定性不够高，使用时可能造成加固土壤的强度分布不均匀[11-12]。

国内在有机类固化剂的相关研究中，与国外相比较还有很大差距，目前国内的研究还只是停留在实验室阶段。刘瑾等通过高分子聚合反应将丙烯酸等乙烯基单体合成了一种水溶性高分子土壤固化剂[13]，但是没有明确指出该固化剂的固化机理。王银梅等采用兰州大学开发的高分子类固化剂SH对黄土进行了试验研究，SH固化后黄土的韧性和抗水性能好[14]。邹斌将其他高分子材料加入到脲醛树脂中，脲醛树脂的浆液具有高强度和抗水性，将其掺入土体后提高了固化土的强度[15]。彭波在粉质粘土中加入一种以高分子表面活性剂为主的液体固化剂并且进行了固化研究[16]，并阐述了双电层理论固化土强度的形成过程，并且试验证明石灰固化土的效果不如该固化剂固化土。

在新型复合类土壤固化剂方面的研究，东南大学的黄晓明等以石灰、水泥、矿渣等一种或几种互配物作为主固化剂，选用胺基磺酸盐、碳酸钠、马来酸、硫酸铝钾、氟化钠、胡马酸、氢氧化钠和三乙醇胺等作为助固化剂，配制了一种TR型土壤固化剂[17]，通过试验证明路用性能良好。李迎春采用复合固化剂，分别对粘土和粉土进行了对比试验，发现粉土和粘土存在着活性物质被激发的现象，产生了CSH凝胶[18]。

3 土壤固化剂改性土料的性能研究进展

土壤固化剂改性土料作为基层填料时，除了保证路基整体的强度、刚度、稳定性之外，土料自身还应具有合适的力学性能，以保证设计年限内路基功能的正常使用。肖寒冰等设计了普通硅酸盐水泥、硅灰、熟石灰三元混料方案，实验表明，其提高了固化土7 d无侧限抗压强度[19]。关喜才等利用EWEC土壤固化剂进行固化土壤的研究，通过对深层软土地基的实验，结果表明软土变硬且该地基强度和水稳性均有显著提高[20]。Himes[21]等利用季铵盐等改良材料来处理此膨胀砂岩，结果表明基本消除了膨胀砂岩遇水膨胀的特点，并且遇水之后渗透系数基本不会改变。中国矿业大学马占国[22]和淄博矿业集团亓爱国等通过对某矿区松散煤矸石进行系统的压实特性试验研究，测定了煤矸石的侧压曲线、压实曲线，探究了颗粒度对压实特性的影响，总结了泊松比、轴向应变、弹性模量、横向应变等变形模量的变化规律，并分析了压实过程中的变形机理。张书立使用中路系列固化剂对沈阳地区广泛分布的粉土和风积砂进行固化实验研究，获得了较为全面的固化土路用性能相关指标，试验结果表明，对于沈阳地区的混合土，添加了ZL-3固化剂之后，土壤力学性能得到提高，达到了二级公路道路底基层或基层的技术标准[23]，对于缺乏筑路材料的施工地区，大大减少了运输距离，大幅降低了工程费用。

4 固化剂技术优势与存在问题

土壤固化技术优势明显，无论在技术性还是经济性都具有很強的可行性，随着固化技术的发展，它在现代道路工程当中的应用会越来越广泛。同时，土壤固化剂作为一种新型土壤加固材料与传统的加固材料相比有着不同的特点，主要体现在以下几个方面。

（1）土体压缩效果较好。固化剂（尤其是液体固化剂）施工时很方便，它与土壤接触较均匀，反应较充分。

（2）固化剂与石料相比用量很少并且可以在施工工地制作，在减少运输和节约施工时间的同时大大降低了工程造价。

（3）固化剂的固结速度快，固化土强度高，同时固化土的抗干缩、抗渗性和抗冻性都好于传统的石灰稳定土和水泥稳定土。

5 结语

综上所述，可以确认土壤固化剂可以定向地改变原土料的力学性能，使土料更适合路基工程。但通过整理分析，也可以发现对于这些基础理论和应用技术的研究，尚存在一些问题有待进一步的探讨和研究，目前能够适应不同类型土体的土壤固化剂较少，不同种类的固化剂对不同类型的土体的加固效果差异也很大，固化剂的不普遍性导致了它不能规模化生产，严重制约了它的应用与发展。所以，需要加强对土壤固化的相关研究，使得土壤固化技术更好地应用于道路建设。

参考文献

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