土壤固化剂在软基处理中的应用

曹怀兵

(山东莱克工程设计有限公司，山东 东营 257000)



土壤固化剂在软基处理中的应用

曹怀兵

(山东莱克工程设计有限公司，山东 东营 257000)

土壤固化剂是近些年被大规模采用的一种由不同种类无机和有机材料合成的，可用以处理各种不良土壤的新型工程材料。对于被加固的不良土壤地基，针对土壤自身的物理和化学性质，仅需掺入一定比例的土壤固化剂，经拌匀、压实等一系列处理，就可以达到所需要的承载能力。与传统的软基处理方法相比，土壤固化剂软基处理有更优的技术指标，且工程造价低，施工方便、可以大大缩短工期，在公路、建筑等工程软基处理中已经被广泛的应用，已经成为交通土木工程中一项可持续发展的创新型技术。

土壤固化剂；软基处理；交通创新

1 作用原理及性能特点

1.1 水化反应

固化剂本自身的一部分组成材料遇水后发生水化反应，能够生产氯酸钙、硅酸钙等胶凝物质，这些胶凝物质在黏土颗粒表面形成硬化壳。还有部分成分可以与黏土物质发生化学反应形成胶凝物质，使黏土表面硬化，可以提高软土地基水稳性，增强土壤强度高。同时土壤固化剂中还含有激发剂，它可以有效地使矿渣、粉煤灰中的玻璃体结构遭到破坏，产生很多缺陷，造成玻璃体中的四氧化硅阴离子解聚，进而与软土中活性成分发生水化反应，有助于软弱土的硬化。

1.2 置换水反应

固化剂与土壤混合后，将会在反应中“夺取”多余的水分，生产钙矾石针状结晶体，把土壤中大量的自由水转化为结晶水的形式，这种水化反应形成的结晶体使得材料体积增加，能够有效填充土团颗粒间的孔隙，从而提高了土壤密实度，能够明显提高抗压、抗渗、抗硫酸盐侵蚀等性能。

1.3 离子交换

固化剂与水作用产生大量的钙离子，加上激发素中含有的Fe3+、AL3+等高价阳离子，具有较高的离子强度，与土颗粒中的钠离子、钾离子、钙离子进行离子交换作用，可以降低粘土胶团表面ξ电位，减薄胶团所吸附的双电层，显著增强电解质浓度，有效清除土壤内的液相和气相，并且还能生产硫酸钙结晶，体积膨胀，进一步填充孔隙，这一系列离子交换，改变了土壤内部结构，使得地基的强度、耐水性和抗冻性都有明显提高。

1.4 土壤固化剂与活性物质反应

土壤中含有多种成分，它里面含有大量的氧化钙、三氧化二铝等活性物质，固化剂与这些活性物质充分搅拌后，能够发生物理、化学反应产生大量凝胶性物质，与土颗粒结合形成网状结构，使之成为一种高强度的整体。

2 软弱地基处理方法与分类

(1)对于浅层软弱土地基处理，在地基上铺洒土壤固化剂，经过均匀拌和后，进行整形碾压，适宜的施工深度为0.3～1.5 m。

(2)对于深层软弱土地基加固一般采用旋喷桩、粉喷桩成型技术，掺入一定比例固化剂，形成高密度柱状固化体，达到深层地基加固的目的。

(3)施工前应先进行室内配比实验，对土壤进行必要的物理检验，如颗粒度、含水量、比重、孔隙率、有机质含量、塑、液限等是否符合现场地勘情况，是否具有施工土样的代表性，针对该种土壤进行专门的固化剂的配比设计，以实现软弱土地基处理的最佳效果。

3 施工与养护

(1)施工前，应在实验室内先对样进行室内试验，分析土样的成分和类型，固化剂的种类的选择应该根据试验结构而定；还要进行土壤及固化剂配合比试验，确定合适的土壤固化剂设计配比。

(2)施工段土基的铺筑与整平，松铺系数需要提前通过现场实验获得。松铺厚度的数值应等于压实厚度乘以松铺系数，每层厚度应控制在30 cm以内。应在使用土壤固化剂的前一天对土壤进行疏松翻拌，清除土壤中的草根、树根、生活垃圾等有机质，并对大粒径土块颗粒进行粉碎或清除，最终摊铺平整。

(3)土壤固化剂的用量需要根据土基的铺筑厚度以及设计配合比进行计算获得，均匀摊铺、撒布与土壤表面。

(4)拌和可以采用机械或人工方式进行，拌和应保证均匀，最终满足土壤颜色均匀一致，取此时的混合料进行含水量测定，与最佳含水量相对比，如果相差过大应采取措施，保证混合料处于最佳含水量状态。

(5)在固化类混合料拌和均匀以后，应及时用平地机进行整平。在直线路段，平地机应由两侧向路中心进行刮平；在平曲线路段，平地机刮平顺序为由内侧向外侧进行。初压应采用履带式拖拉机或轮胎式压路机，初压过后再用平地机进行成型。在成型过程中，不允许任何车辆或不相关的设备通行，最后应由人工配合，对粗细料的离析部分进行处理直至消除。

(6)应保证固化土混合料在最佳含水量状态下压实，碾压方案的确定应考虑路路基宽度、压路机的轮距等因素。第一遍碾压应先用120 kN及以上的三轮压路机，然后再用重型轮胎压路机或震动压路机进行碾压。碾压时前后重叠部分至少为1/2轮宽，且后轮应超过两段的接缝处，重复碾压不得少于4遍。最终保证碾压成型后，固化土结构层表面无明显轮迹。

(7)养护与交通管制。固化类基层成型后，不应过湿或忽干忽湿，养护期不宜少于7 d。成型后，其强度要求之前，应限制各类车辆通行。

4 施工组织

(1)粉状土壤固化剂的终凝时间，如基层中含有水泥，还应考虑水泥的终凝时间。

(2)施工机械的选择与搭配，运输车辆的数量及运距等条件。

(3)人工操作水平以及各部门之间的配合程度。

(4)土基施工时期的季节和温度、湿度等气候条件。

(5)土基施工段的宽度及长度。

5 质量要求与检查验收

(1)在整个施工过程中，工地试验、质量检查以及工序间的交接验收等规章制度应提前编制、健全。应对试验、检验、验收有齐全的原始记录和完整的数据准确和资料。

(2)施工单位应设有各项室内实验室，配备工地检测相关的设备和仪器，对所有材料压实度、平整度等指标进行严格检测。

(3)在完成每道工序后，应及时的对各项指标进行检查和验收，验收合格后方可进行下道工序施工。对于检查不合格的项目及路段，应采取措施，翻修或返工，最终满足合格要求。

(4)施工过程中的质量要求应从外观的控制检查和质量的控制检查等方面进行。检查时施工原始记录应齐全完整。

(5)应随机进行抽样检查。

6 与传统方法对比

(1)适用范围广，可适用于各类地基、路基土壤加固，还可以根据要求实际需求选用固化剂型号用于各种土质条件的表层、深层土壤的改良加固。

表1 土壤粒径的使用范围

(2)性价比较高。土壤固化剂的施工相比于传统方法更为简单有效，可以明显缩短施工的周期，大大提高施工效率；另外可以节约各种碎石、砂砾等传统原材料及其运输及人工成本，简化传统道路基层、底基层的施工方法。经多项工程实际应用测算，可降低工程造价10%～30%，具有很高的性价比，高效低耗，节约能源和资源。

(3)土壤固化剂是一种无毒无害无污染的环保产品，相对于传统的水泥石灰等无机材料，在施工过程中对环境的影响较小，符合可持续发展的理念。

(4)土壤固化剂可长期有效地对软土地基起到固化、增强作用，是一种经久耐用的胶结固化材料，工程寿命长。

(5)土壤固化强度可调节，能根据不同的工程及强度要求，取用不同强度的土壤固化剂配比，满足不同工程的承载要求，强度可控，经济节约。

(6)利用土壤固化剂对软弱土基处理后，地基早期强度要明显优于现有的常规加固材料，有助于施工安全和工程进度。

7 结 论

土壤固化剂现在公路、港口、建筑的地基、江河、湖底等区域的土基处理已经被广泛的应用，与传统方法相比，土壤固化剂具有更为优良的技术指标、相对较低的投资，而且施工更为便捷，可以显著的缩短施工时间。

[1] 王新岐，胡军，徐京阔.土壤固化剂在路基处理中的应用研究[J].中国市政工程，2007，(2):74-76.

[2] 中华人民共和国城镇建设行业标准.土壤固化剂(CJ/T 3073-1998)[S].

2016-12-28

曹怀兵(1988-)，男， 山东寿光人， 助理工程师， 研究方向：公路桥梁与渡河工程。

U416.1

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1008-3383(2017)05-0016-02