黄土固化技术在道路工程路基施工中的应用

贾兰生

（甘肃省定西公路事业发展中心安定公路段，甘肃定西 743000）

1 黄土的力学性能

黄土在我国分布广泛，位于黄河中上游的甘肃省属于黄土集中分布区，这些地区由于天然石料缺乏，在进行道路工程建设时，多采用黄土改良土作为路基填料，能够缓解石料稀缺的压力，同时，还可以达到减少开挖、保护环境的目的。在工程地质中，黄土属于特殊土，粉土含量相对较高，黏粒、极细沙、细沙也占有一定的比重。基于其特殊成分，黄土表现出空隙率大、结构疏松、湿陷性强、压缩性高等物理力学性质。在自重应力和附加应力的共同作用下，很容易出现土体结构破坏，从而降低路基强度，尤其是在水的作用下，会出现严重的湿陷性，造成路基下陷、路面开裂，不但会影响交通运行，而且可能会造成严重的安全事故。分析判断黄土是否属于湿陷性，以及湿陷性强弱程度、湿陷类别、湿陷等级等方面是黄土地区工程勘察设计的核心问题，必须采取有效的加固改良措施，提高路基结构强度，降低遇水塌陷的风险[1]。

2 黄土的加固方法

黄土路基加固的目的主要有两方面：（1）提升土体结构强度；（2）提高土体水稳定性。从某种程度上讲，提高水稳定性比提高土体强度更重要，因为黄土在保证压实度、干燥性的情况下强度较高。现阶段，黄土路基加固主要采用换填法、强夯法、挤密桩法、固化剂处理法等技术，其中，换填法、强夯法、挤密桩法都是物理加固法。换填法是用抗剪强度较高的材料将一定范围内的黄土替换掉，但由于其土方运输量大、运输距离远，已经很少使用；强夯法主要通过夯锤强大的冲击力提高土体压实度，降低黄土的空隙率，缓解黄土湿陷性，具有较好的经济性，但是不能明显提高路基的防水效果，而且产生了巨大的噪声和振动，在某些道路工程中并不适用；挤密桩法能够减小土体变形、提高承载能力、消除黄土湿陷性，但是对施工技术要求比较高，容易产生一些质量通病；固化剂加固法是通过添加固化剂与黄土发生物理化学反应，经过碾压成型后，将黄土固化成“石头”，达到改善黄土工程力学性能的目的，该方法具有经济合理、安全可靠、绿色环保等优点。但是不同固化剂作用机理不同，需要根据气候、水文、地质、施工条件等因素，合理选择固化剂类型。

3 固化剂作用机理

根据物质组成，固化剂主要类型包括有机型、无机型、生物酶和离子型。实际应用中，必须明确不同类型的固化剂的作用机理，才能做出合理选择和科学设计。

1）有机型固化剂主要由高分子材料类、环氧树脂类、磺化油类、改性水玻璃类等成分构成，通过聚合反应在土壤缝隙中形成有机高分子链，促使土壤颗粒与其胶结，不仅能提高土体强度，而且还能降低含水量，提高抗渗透性。从工程实践的角度讲，有机类固化剂施工操作简单方便，有利于控制强度，但抗水性较差，容易受环境影响。

2）无机类固化剂则是以无机材料为主，添加少量的激发剂，通过水化反应，将松散的土颗粒胶结成整体状态，提高了强度和耐水性。使用无机类固化剂施工成本更低，但不利于环境保护。

3）生物酶固化剂是有机质发酵成的多酶基产品，能够催化土壤颗粒表面形成坚硬结构层，在外力的挤压作用下，使土体更加密实。其作为纯生物制剂具备良好的环境保护效应，但由于生物酶的易分解性，固化作用时间比较短，在耐久性方面需要加强。

4）离子型固化剂是通过复杂的表面物化反应，减少土颗粒表面吸附的结合水膜厚度和颗粒间距，达到密实结构的效果。该类型固化剂具有绿色环保、安全适用、抗渗性好、性价比高等优点，但也存在着抗碱性差、抗水性不足、使用寿命短等缺陷。根据黄土路基工程实例统计，无机类和离子类固化剂实际应用相对较多，有机类和生物酶类固化剂应用则相对较少，而且主要以国外进口产品为主，具体实施效果还需要通过广泛实践验证。

4 固化剂在黄土路基固化处理中的应用

4.1 工程概况

本工程为甘肃省陇西县2022 年荣丰村肖家湾社玉米种植基地产业道路硬化项目。项目地处文峰镇，属于陇中黄土高原丘陵沟壑区，境内沟壑纵横、梁峁起伏，地势由西南向东北倾斜。路线全长1.890 km，路线起点位于荣丰村，与水泥路相交。旧路宽2～4 m，土方量大，沿旧路一路上山，途经肖家湾，终点至阳湾里庄口。每逢下雨，路面湿滑，行车困难，原有路基无排水设施，路面积水现象非常严重，雨后交通基本处于中断状态，无法通行。经现场实际勘察，对现有地形条件、建设需求和投资规模综合考虑后，决定本项目应主要采用自然村（组）道路技术标准，设计速度为10 km／h，路基宽度为4.5 m，路面宽度为3.5m，路面结构层采用水泥混凝土面层，路拱横坡2%，路肩横坡3%。本项目基本沿旧路布设，遵循充分利用旧路、尽量减少征地拆迁的原则，主要对原路基进行加宽，对路面进行硬化处理，部分路段进行裁弯取直，适当改线。同时，沿线设置一定的安全设施、防护及排水设施等，提升道路通行能力和安全水平。

4.2 配合比设计

本工程黄土路基处置采用环保型高强固化材料，同时结合无机结合料的使用，能够有效缓解水泥、石灰、粉煤灰等单一材料的缺点，加快土体固结成板体。在施工现场，将土壤固化剂、无机结合料、黄土科学配比，拌和压实，不仅提高了土体强度、水稳定性、抗冻融性，还改善了路基的抗压强度和抗弯拉强度，减少了低温缩裂作用。根据研究发现，材料组成对复合稳定黄土路基性能具有较大影响。如果加大固化剂剂量，混合料的塑性指标呈现出增大趋势；如果无机结合料剂量加大，混合料的无侧限抗压强度也会随之增强，所以，必须通过试验分析得出不同材料组合情况下混合料的工程力学性能，并根据不同施工段的具体情况适当调整。

4.3 施工准备

复合固化土路基正式开工之前，首先要检查下沉层的施工质量，对各项指标进行检测，查看表面是否平整、是否存在与设计要求不同的情况，为路基施工提供良好条件。以长度不小于10 m 路段为试验路段，验证混合料配合比设计，确定混合料、摊铺、碾压等施工方法的合理性，检验各项质量指标达到的水平。通过试铺路段，验证混合料配合比设计中的各种材料比例是否适应工艺要求，并根据需求加以调整。通过混合料试拌确定所用拌和设备的工艺参数，准确控制固化剂及结合料、土的使用数量及含水率，以达到拌和的均匀性。通过试铺机械验证机械对松土系数、拌和均匀度、拌和时间控制、铺筑厚度、压实度等。对设备的选定。通过试铺碾压试验，对压路机参数、方法，以及压实效果、效率做出评价，并根据实际情况加以改进。

4.4 拌和均匀

在满足配合比要求的基础上，黄土改良成分的拌和均匀性也直接影响着最终的加固效果，主要包括无机结合料的拌和和固化剂的拌和。前者主要指的是无机结合料和黄土的干拌过程，后者指的是固化剂的溶解和喷洒过程。根据施工工艺流程，先进行无机结合料与黄土的拌和，然后进行固化剂的喷洒拌和，保证能够混合均匀。相对而言，无机结合料与黄土的拌和质量更容易控制，通过路拌机充分拌和即可，使用EDTA滴定法对分布均匀性进行检测。固化剂拌和的均匀性涉及溶解扩散均匀性和喷洒均匀性两部分。在配置固化剂稀释液时，通过外力将固化剂在洒水车中溶解、分散均匀，并采用离子电导率检测的方法，对稀释均匀性进行检测，只有满足要求后才能进行喷洒施工。固化剂的喷洒均匀性需要通过含水量检测进行分析，固化剂喷洒后，需要通过机械与土壤拌和，拌和结束后，合理划分控制区域，对每个控制区域的土样抽检含水率。通过计算，如果不满足均匀度系数，需要补喷和人工复拌；如果多个区域不满足均匀度系数，则需要对整幅路做复拌处理，直到满足要求后才能进行碾压施工。

4.5 碾压密实

本工程严格遵守分层填筑、分层夯实的技术要求，填土松铺厚度控制在30 cm 之内，在路堤填筑范围内，路基基底压实度不小于85%。如果填土高度低于路床厚度，基底压实度不能小于路床压实度，路基压实度应严格按照重型夯实标准实施。根据碾压施工控制相关流程，首先要确定路基土最佳含水量和最大干密度，建立路基土每层击数和干密度拟合关系公式，选取压实度要求，计算施工现场实测所需最小干密度，查看可用压路机规格及各项参数指标要求，得到不同松铺厚度对应的碾压遍数，最后开始碾压作业。检测压实度是否满足要求，如果不满足则要继续碾压作业，如果满足则可以进行下一层施工[2]。

在本工程湿陷等级为一级的非自重湿陷性黄土路基施工中，采用的冲击碾压处理方式获得了不错的应用效果。在冲击碾压施工前，通过试验分析碾压后不同深度土体的含水量、压实度、干密度等指标变化，确定合理的技术参数，得到合适的加固深度和碾压变数。在全面冲击压实前，要对路基底表面做清理整平处理，并将表面碾压密实。选择合适的冲击压实机型号，控制行驶速度，按照先两边、后中间的顺序，从一侧向另一侧转圈冲碾。

在冲击碾压过程中，如果出现因轮迹过深导致的压实机行驶太慢，则可以先用推土机平整后再继续碾压。如果扬尘严重，可以采取适当的洒水降尘措施。每碾压6 遍，用平地机整平，光轮压路机收面。在场地条件受限的情况下，可以采用强振压路机进行压实补强。为了保证碾压的连续性、提高碾压效率，应该尽可能在路基形成较长连续冲碾段后再进行冲击碾压。严格控制路表以下50 cm 内土体的含水量，防止因冲击力过大导致翻浆、弹簧等问题。在雨后施工时，应该采取有效措施降低表面含水量，此时一般不能直接采用冲击碾压的方式施工。经过施工后检测发现，采用固化剂处理的黄土路基，在承载力、强度、压实度等方面均有明显提升，有效提高了黄土路基的工程力学性能。

5 结语

综上所述，随着西北地区道路工程建设范围的不断扩大，黄土路基加固处置成为重要的研究课题。实践证明，固化剂处理法能够有效改善黄土工程性质，需要结合黄土类型、成本管理、施工技术、环境保护等多个方面综合考量，通过提前试验，确定固化剂及其他材料的配合比例，保证拌和喷洒的均匀性，严格控制压实成型过程，使最终的加固效果能够满足设计要求。