賈志強

（張家口泰保工程監(jiān)理咨詢有限責任公司，河北張家口 075000）

0 引言

土壤固化劑是一種無毒無害無污染的新材料，作用于不良地基具有加固效果好、施工簡單等優(yōu)點，廣泛運用于不良地基加固施工中，但在實際工程中對土壤固化劑摻加量并未明確，導致土壤固化劑摻量過小加固效果并不明顯，土壤固化劑摻量過大將導致土壤硬化[1]。故本文依托實際工程，在試驗路段采用四組土壤固化劑摻加量處理不良路基，并使用石灰和土壤固化劑處理不同土壤，結合不良地基施工工藝，研究土壤固化劑對不良地基施工質量的影響。

1 加固機理

1.1 水化反應

土壤固化劑在水作用下發(fā)生水化反應，生成各種氫氧化鈣、水化碳酸鈣等各種水化產物，這些水化產物首先在土壤中相互聚集凝結，包圍土顆粒，在土層內部形成具有一定硬度和強度的骨架結構，這些骨架結構可以增強黏性土和粉質土等不良土體之間的連接強度[2]。

1.2 置換反應

土壤中含有較多水分，土壤固化劑與土壤均勻混合后，固化劑與土壤中的水發(fā)生置換反應生成鈣礬石結晶體，土壤混合物中水分減少，所生成鈣礬石結晶體使得混合物體積增大，結晶體能夠有效填充土壤大顆粒空隙，土壤孔隙率減小，土體之間緊密度增加，穩(wěn)定性越好；固化劑與土壤中的水發(fā)生置換反應后，土壤中游離水轉換成結晶水，相互連接，土壤顆粒被其包圍，形成一個牢固穩(wěn)定的網狀結構，從而提高土層密實性、抗壓性能和抗?jié)B性能[3]。

1.3 火山灰反應

土壤固化劑與土壤混合后，反應生成鈣礬石針狀結晶體。在土層內部，這些針狀鈣礬石晶體就像鋼筋交叉錯亂在土顆粒之間，在土壤內起到加筋作用，增加固化土的強度。

2 工程實例

2.1 工程概況

某公路位于西北山嶺重丘區(qū)，全線長100km，起點樁號K1100+000，終點樁號K1200+000，道路上面層采用4cm的改性瀝青瑪蹄脂碎石混凝土SMA-13，中面層采用6cm的瀝青混凝土AC-20，下面層采用15cm的瀝青溫度碎石，基層采用20cm的水穩(wěn)碎石，路基土就地取材進行壓實。施工前對當?shù)氐孛埠退牡刭|進行探測，結果表明當?shù)卦陆涤炅扛哌_500mm，路基土多為淤泥、粉質土和黏性土，且土體含水率較高，地質條件較為惡劣，對當?shù)亟煌空{查發(fā)現(xiàn)，日交通量較大，若對土體不進行加固處理，竣工后在反復循環(huán)的交通荷載以及外界環(huán)境共同作用下，導致路基由于承載力不足引起沉陷。其中道路K1120+210—K1141+810路段部分道路存在大面積沉陷等病害，已經嚴重影響交通出行。故本文選用K1130+000—K1130+800道路右側作為試驗路段，并對道路土質進行試驗研究，結果如表1所示。

表1 路土質物理性能和顆粒組成

2.2 施工工藝

為研究不同土壤固化劑摻加量對不良路基施工質量的影響，本文選用某公路K1130+000—K1130+400道路右側作為試驗路段，全長400m，采用四組土壤固化劑摻加量進行施工，施工方案如表2所示。

表2 四組土壤固化劑摻加量施工方案

為研究土壤固化劑的固化效果，本文采用石灰作為對比，在試驗路段使用石灰和土壤固化劑固化不同土質土壤，具體方如表3所示。

表3 試驗方案

試驗路段施工過程中，將不良地基土壤進行修整與翻松處理，根據道路等級確定攤鋪厚度，本文攤鋪厚度選擇35cm，并根據施工現(xiàn)場設置機械攤鋪速度，本文攤鋪速度控制在2～5km/h，攤鋪機具應勻速行駛中途不得突然變速，否則導致路基出現(xiàn)凸起、凹陷等情況。攤鋪施工完成后，初壓采用膠輪壓路機進行碾壓作業(yè)，碾壓遍數(shù)為3遍，碾壓速度為2.5km/h；復壓采用振動壓路機進行碾壓作業(yè)，碾壓遍數(shù)為6遍，碾壓速度為3km/h；終壓采用膠輪壓路機進行碾壓作業(yè)，碾壓遍數(shù)為2遍，碾壓速度為2km/h[3]。

2.3 性能檢驗

（1）土壤固化劑摻加量

土壤固化劑摻加量影響路基土自由水與結合水含量，土壤固化劑摻量過小時，路基土自由水含量高結合水含量低，加固效果并不明顯，土壤固化劑摻量過大時，路基土中沒有多余的自由水轉換成結合水，加固效果不會增加，且影響工程成本，故為研究不同土壤固化劑摻加量對不良地基施工質量的影響，本文采用四種土壤固化劑摻加量處理試驗路段A、B、C、D，并檢測其無側限抗壓強度，檢測結果如表4所示。試驗路段土壤固化劑摻加量與無側限抗壓強度關系如圖1所示。

表4 不同試驗路段穩(wěn)定土無側限抗壓強度

圖1 試驗路段土壤固化劑摻加量與無側限抗壓強度關系圖

由圖1可知，土壤固化劑摻量從0%增加到0.4%時，試驗路段無側限抗壓強度從0.64MPa增加到1.42MPa，強度增加率高達121.9%，土壤固化劑摻量從0.4%增加到0.6%時，試驗路段無側限抗壓強度雖從1.42MPa增加到1.61MPa，強度增加率僅為13.3%對試驗路段土壤固化劑摻加量與無側限抗壓強度關系進行擬合分析，y=0.312x+0.345，R2=0.946，因此使用固化劑處理不良地基時，土壤固化劑摻量控制在0.4%～0.6%范圍內，不僅加固效果好，還可以節(jié)約工程成本。

（2）土壤固化劑固化效果

為研究土壤固化劑對不同土質土壤固化效果，本文在試驗路段選用粉質土和黏質土，采用土壤固化劑固化試驗路段，并使用石灰固化試驗路段作為對照組。施工完成以后，使用鉆芯法檢測試驗路段強度，首先分別在試驗路段輪跡帶位置處隨機選取采樣點，接著使用鉆芯機鉆取半徑150mm、深度600mm的試樣，在實驗室內模擬經過28d齡期后，試件進行5次凍融循環(huán)試驗，最后測得凍穩(wěn)定系數(shù)，測定結果如表5所示。

表5 試驗路段穩(wěn)定系數(shù)結果表

土壤固化劑對土壤固化效果優(yōu)于石灰，由表5可知，在相同粉質土，使用石灰固化土壤，凍穩(wěn)定系數(shù)為0.65，而使用土壤固化劑固化土壤，凍穩(wěn)定系數(shù)為0.82，土壤固化劑較石灰提高了26%；在相同黏質土，使用石灰固化土壤，凍穩(wěn)定系數(shù)為0.76，而使用土壤固化劑固化土壤，凍穩(wěn)定系數(shù)為0.98，土壤固化劑較石灰提高了29%；土壤固化劑對土壤固化效果明顯優(yōu)于石灰，這是由于土壤固化劑中含有較多的鈣離子、鎂離子和鋁離子，能夠與土壤中的負電荷發(fā)生反應，使土顆粒之間相互靠攏并黏結，密實度增加，穩(wěn)定性得到提高。

由表4可知，土壤固化劑對黏質土具有更好的固化效果，土壤固化劑固化粉質土時凍穩(wěn)定系數(shù)為0.82，固化黏質土時凍穩(wěn)定系數(shù)為0.98，因此對于含有較多黏質土的不良路基應該使用土壤固化劑進行加固處理，可以提高路基強度和穩(wěn)定性。

3 結論

土壤固化劑具有施工工藝簡單、使用效果好、無毒無害無污染等優(yōu)點，在工程領域具有巨大潛力。本文試驗路段結合不良地基施工工藝，研究土壤固化劑對不良地基施工質量的影響，結果表明：

（1）使用固化劑處理不良地基時，土壤固化劑摻量控制在0.4%～0.6%范圍內；

（2）土壤固化劑對土壤固化效果優(yōu)于石灰，固化效果提高了26%；

（3）土壤固化劑對黏質土具有更好的加固效果。