賈蘭生

（甘肅省定西公路事業(yè)發(fā)展中心安定公路段，甘肅定西 743000）

1 黃土的力學(xué)性能

黃土在我國(guó)分布廣泛，位于黃河中上游的甘肅省屬于黃土集中分布區(qū)，這些地區(qū)由于天然石料缺乏，在進(jìn)行道路工程建設(shè)時(shí)，多采用黃土改良土作為路基填料，能夠緩解石料稀缺的壓力，同時(shí)，還可以達(dá)到減少開挖、保護(hù)環(huán)境的目的。在工程地質(zhì)中，黃土屬于特殊土，粉土含量相對(duì)較高，黏粒、極細(xì)沙、細(xì)沙也占有一定的比重?；谄涮厥獬煞郑S土表現(xiàn)出空隙率大、結(jié)構(gòu)疏松、濕陷性強(qiáng)、壓縮性高等物理力學(xué)性質(zhì)。在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的共同作用下，很容易出現(xiàn)土體結(jié)構(gòu)破壞，從而降低路基強(qiáng)度，尤其是在水的作用下，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的濕陷性，造成路基下陷、路面開裂，不但會(huì)影響交通運(yùn)行，而且可能會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。分析判斷黃土是否屬于濕陷性，以及濕陷性強(qiáng)弱程度、濕陷類別、濕陷等級(jí)等方面是黃土地區(qū)工程勘察設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，必須采取有效的加固改良措施，提高路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低遇水塌陷的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

2 黃土的加固方法

黃土路基加固的目的主要有兩方面：（1）提升土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；（2）提高土體水穩(wěn)定性。從某種程度上講，提高水穩(wěn)定性比提高土體強(qiáng)度更重要，因?yàn)辄S土在保證壓實(shí)度、干燥性的情況下強(qiáng)度較高?，F(xiàn)階段，黃土路基加固主要采用換填法、強(qiáng)夯法、擠密樁法、固化劑處理法等技術(shù)，其中，換填法、強(qiáng)夯法、擠密樁法都是物理加固法。換填法是用抗剪強(qiáng)度較高的材料將一定范圍內(nèi)的黃土替換掉，但由于其土方運(yùn)輸量大、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，已經(jīng)很少使用；強(qiáng)夯法主要通過(guò)夯錘強(qiáng)大的沖擊力提高土體壓實(shí)度，降低黃土的空隙率，緩解黃土濕陷性，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，但是不能明顯提高路基的防水效果，而且產(chǎn)生了巨大的噪聲和振動(dòng)，在某些道路工程中并不適用；擠密樁法能夠減小土體變形、提高承載能力、消除黃土濕陷性，但是對(duì)施工技術(shù)要求比較高，容易產(chǎn)生一些質(zhì)量通?。还袒瘎┘庸谭ㄊ峭ㄟ^(guò)添加固化劑與黃土發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)碾壓成型后，將黃土固化成“石頭”，達(dá)到改善黃土工程力學(xué)性能的目的，該方法具有經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但是不同固化劑作用機(jī)理不同，需要根據(jù)氣候、水文、地質(zhì)、施工條件等因素，合理選擇固化劑類型。

3 固化劑作用機(jī)理

根據(jù)物質(zhì)組成，固化劑主要類型包括有機(jī)型、無(wú)機(jī)型、生物酶和離子型。實(shí)際應(yīng)用中，必須明確不同類型的固化劑的作用機(jī)理，才能做出合理選擇和科學(xué)設(shè)計(jì)。

1）有機(jī)型固化劑主要由高分子材料類、環(huán)氧樹脂類、磺化油類、改性水玻璃類等成分構(gòu)成，通過(guò)聚合反應(yīng)在土壤縫隙中形成有機(jī)高分子鏈，促使土壤顆粒與其膠結(jié)，不僅能提高土體強(qiáng)度，而且還能降低含水量，提高抗?jié)B透性。從工程實(shí)踐的角度講，有機(jī)類固化劑施工操作簡(jiǎn)單方便，有利于控制強(qiáng)度，但抗水性較差，容易受環(huán)境影響。

2）無(wú)機(jī)類固化劑則是以無(wú)機(jī)材料為主，添加少量的激發(fā)劑，通過(guò)水化反應(yīng)，將松散的土顆粒膠結(jié)成整體狀態(tài)，提高了強(qiáng)度和耐水性。使用無(wú)機(jī)類固化劑施工成本更低，但不利于環(huán)境保護(hù)。

3）生物酶固化劑是有機(jī)質(zhì)發(fā)酵成的多酶基產(chǎn)品，能夠催化土壤顆粒表面形成堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)層，在外力的擠壓作用下，使土體更加密實(shí)。其作為純生物制劑具備良好的環(huán)境保護(hù)效應(yīng)，但由于生物酶的易分解性，固化作用時(shí)間比較短，在耐久性方面需要加強(qiáng)。

4）離子型固化劑是通過(guò)復(fù)雜的表面物化反應(yīng)，減少土顆粒表面吸附的結(jié)合水膜厚度和顆粒間距，達(dá)到密實(shí)結(jié)構(gòu)的效果。該類型固化劑具有綠色環(huán)保、安全適用、抗?jié)B性好、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著抗堿性差、抗水性不足、使用壽命短等缺陷。根據(jù)黃土路基工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)，無(wú)機(jī)類和離子類固化劑實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較多，有機(jī)類和生物酶類固化劑應(yīng)用則相對(duì)較少，而且主要以國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品為主，具體實(shí)施效果還需要通過(guò)廣泛實(shí)踐驗(yàn)證。

4 固化劑在黃土路基固化處理中的應(yīng)用

4.1 工程概況

本工程為甘肅省隴西縣2022 年榮豐村肖家灣社玉米種植基地產(chǎn)業(yè)道路硬化項(xiàng)目。項(xiàng)目地處文峰鎮(zhèn)，屬于隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)溝壑縱橫、梁峁起伏，地勢(shì)由西南向東北傾斜。路線全長(zhǎng)1.890 km，路線起點(diǎn)位于榮豐村，與水泥路相交。舊路寬2～4 m，土方量大，沿舊路一路上山，途經(jīng)肖家灣，終點(diǎn)至陽(yáng)灣里莊口。每逢下雨，路面濕滑，行車?yán)щy，原有路基無(wú)排水設(shè)施，路面積水現(xiàn)象非常嚴(yán)重，雨后交通基本處于中斷狀態(tài)，無(wú)法通行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察，對(duì)現(xiàn)有地形條件、建設(shè)需求和投資規(guī)模綜合考慮后，決定本項(xiàng)目應(yīng)主要采用自然村（組）道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為10 km／h，路基寬度為4.5 m，路面寬度為3.5m，路面結(jié)構(gòu)層采用水泥混凝土面層，路拱橫坡2%，路肩橫坡3%。本項(xiàng)目基本沿舊路布設(shè)，遵循充分利用舊路、盡量減少征地拆遷的原則，主要對(duì)原路基進(jìn)行加寬，對(duì)路面進(jìn)行硬化處理，部分路段進(jìn)行裁彎取直，適當(dāng)改線。同時(shí)，沿線設(shè)置一定的安全設(shè)施、防護(hù)及排水設(shè)施等，提升道路通行能力和安全水平。

4.2 配合比設(shè)計(jì)

本工程黃土路基處置采用環(huán)保型高強(qiáng)固化材料，同時(shí)結(jié)合無(wú)機(jī)結(jié)合料的使用，能夠有效緩解水泥、石灰、粉煤灰等單一材料的缺點(diǎn)，加快土體固結(jié)成板體。在施工現(xiàn)場(chǎng)，將土壤固化劑、無(wú)機(jī)結(jié)合料、黃土科學(xué)配比，拌和壓實(shí)，不僅提高了土體強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、抗凍融性，還改善了路基的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度，減少了低溫縮裂作用。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，材料組成對(duì)復(fù)合穩(wěn)定黃土路基性能具有較大影響。如果加大固化劑劑量，混合料的塑性指標(biāo)呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)；如果無(wú)機(jī)結(jié)合料劑量加大，混合料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度也會(huì)隨之增強(qiáng)，所以，必須通過(guò)試驗(yàn)分析得出不同材料組合情況下混合料的工程力學(xué)性能，并根據(jù)不同施工段的具體情況適當(dāng)調(diào)整。

4.3 施工準(zhǔn)備

復(fù)合固化土路基正式開工之前，首先要檢查下沉層的施工質(zhì)量，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，查看表面是否平整、是否存在與設(shè)計(jì)要求不同的情況，為路基施工提供良好條件。以長(zhǎng)度不小于10 m 路段為試驗(yàn)路段，驗(yàn)證混合料配合比設(shè)計(jì)，確定混合料、攤鋪、碾壓等施工方法的合理性，檢驗(yàn)各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到的水平。通過(guò)試鋪路段，驗(yàn)證混合料配合比設(shè)計(jì)中的各種材料比例是否適應(yīng)工藝要求，并根據(jù)需求加以調(diào)整。通過(guò)混合料試拌確定所用拌和設(shè)備的工藝參數(shù)，準(zhǔn)確控制固化劑及結(jié)合料、土的使用數(shù)量及含水率，以達(dá)到拌和的均勻性。通過(guò)試鋪機(jī)械驗(yàn)證機(jī)械對(duì)松土系數(shù)、拌和均勻度、拌和時(shí)間控制、鋪筑厚度、壓實(shí)度等。對(duì)設(shè)備的選定。通過(guò)試鋪碾壓試驗(yàn)，對(duì)壓路機(jī)參數(shù)、方法，以及壓實(shí)效果、效率做出評(píng)價(jià)，并根據(jù)實(shí)際情況加以改進(jìn)。

4.4 拌和均勻

在滿足配合比要求的基礎(chǔ)上，黃土改良成分的拌和均勻性也直接影響著最終的加固效果，主要包括無(wú)機(jī)結(jié)合料的拌和和固化劑的拌和。前者主要指的是無(wú)機(jī)結(jié)合料和黃土的干拌過(guò)程，后者指的是固化劑的溶解和噴灑過(guò)程。根據(jù)施工工藝流程，先進(jìn)行無(wú)機(jī)結(jié)合料與黃土的拌和，然后進(jìn)行固化劑的噴灑拌和，保證能夠混合均勻。相對(duì)而言，無(wú)機(jī)結(jié)合料與黃土的拌和質(zhì)量更容易控制，通過(guò)路拌機(jī)充分拌和即可，使用EDTA滴定法對(duì)分布均勻性進(jìn)行檢測(cè)。固化劑拌和的均勻性涉及溶解擴(kuò)散均勻性和噴灑均勻性兩部分。在配置固化劑稀釋液時(shí)，通過(guò)外力將固化劑在灑水車中溶解、分散均勻，并采用離子電導(dǎo)率檢測(cè)的方法，對(duì)稀釋均勻性進(jìn)行檢測(cè)，只有滿足要求后才能進(jìn)行噴灑施工。固化劑的噴灑均勻性需要通過(guò)含水量檢測(cè)進(jìn)行分析，固化劑噴灑后，需要通過(guò)機(jī)械與土壤拌和，拌和結(jié)束后，合理劃分控制區(qū)域，對(duì)每個(gè)控制區(qū)域的土樣抽檢含水率。通過(guò)計(jì)算，如果不滿足均勻度系數(shù)，需要補(bǔ)噴和人工復(fù)拌；如果多個(gè)區(qū)域不滿足均勻度系數(shù)，則需要對(duì)整幅路做復(fù)拌處理，直到滿足要求后才能進(jìn)行碾壓施工。

4.5 碾壓密實(shí)

本工程嚴(yán)格遵守分層填筑、分層夯實(shí)的技術(shù)要求，填土松鋪厚度控制在30 cm 之內(nèi)，在路堤填筑范圍內(nèi)，路基基底壓實(shí)度不小于85%。如果填土高度低于路床厚度，基底壓實(shí)度不能小于路床壓實(shí)度，路基壓實(shí)度應(yīng)嚴(yán)格按照重型夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。根據(jù)碾壓施工控制相關(guān)流程，首先要確定路基土最佳含水量和最大干密度，建立路基土每層擊數(shù)和干密度擬合關(guān)系公式，選取壓實(shí)度要求，計(jì)算施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)所需最小干密度，查看可用壓路機(jī)規(guī)格及各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)要求，得到不同松鋪厚度對(duì)應(yīng)的碾壓遍數(shù)，最后開始碾壓作業(yè)。檢測(cè)壓實(shí)度是否滿足要求，如果不滿足則要繼續(xù)碾壓作業(yè)，如果滿足則可以進(jìn)行下一層施工[2]。

在本工程濕陷等級(jí)為一級(jí)的非自重濕陷性黃土路基施工中，采用的沖擊碾壓處理方式獲得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。在沖擊碾壓施工前，通過(guò)試驗(yàn)分析碾壓后不同深度土體的含水量、壓實(shí)度、干密度等指標(biāo)變化，確定合理的技術(shù)參數(shù)，得到合適的加固深度和碾壓變數(shù)。在全面沖擊壓實(shí)前，要對(duì)路基底表面做清理整平處理，并將表面碾壓密實(shí)。選擇合適的沖擊壓實(shí)機(jī)型號(hào)，控制行駛速度，按照先兩邊、后中間的順序，從一側(cè)向另一側(cè)轉(zhuǎn)圈沖碾。

在沖擊碾壓過(guò)程中，如果出現(xiàn)因輪跡過(guò)深導(dǎo)致的壓實(shí)機(jī)行駛太慢，則可以先用推土機(jī)平整后再繼續(xù)碾壓。如果揚(yáng)塵嚴(yán)重，可以采取適當(dāng)?shù)臑⑺祲m措施。每碾壓6 遍，用平地機(jī)整平，光輪壓路機(jī)收面。在場(chǎng)地條件受限的情況下，可以采用強(qiáng)振壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)。為了保證碾壓的連續(xù)性、提高碾壓效率，應(yīng)該盡可能在路基形成較長(zhǎng)連續(xù)沖碾段后再進(jìn)行沖擊碾壓。嚴(yán)格控制路表以下50 cm 內(nèi)土體的含水量，防止因沖擊力過(guò)大導(dǎo)致翻漿、彈簧等問(wèn)題。在雨后施工時(shí)，應(yīng)該采取有效措施降低表面含水量，此時(shí)一般不能直接采用沖擊碾壓的方式施工。經(jīng)過(guò)施工后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，采用固化劑處理的黃土路基，在承載力、強(qiáng)度、壓實(shí)度等方面均有明顯提升，有效提高了黃土路基的工程力學(xué)性能。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著西北地區(qū)道路工程建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大，黃土路基加固處置成為重要的研究課題。實(shí)踐證明，固化劑處理法能夠有效改善黃土工程性質(zhì)，需要結(jié)合黃土類型、成本管理、施工技術(shù)、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)方面綜合考量，通過(guò)提前試驗(yàn)，確定固化劑及其他材料的配合比例，保證拌和噴灑的均勻性，嚴(yán)格控制壓實(shí)成型過(guò)程，使最終的加固效果能夠滿足設(shè)計(jì)要求。