土壤固化技術(shù)

馬天水

大慶油田采油二廠

土壤固化技術(shù)

馬天水

大慶油田采油二廠

油田道路的設(shè)計(jì)使用年限一般為15年，近幾年發(fā)現(xiàn)，由于各種不利因素導(dǎo)致很多新建道路七、八年就會(huì)出現(xiàn)一些翻漿和裂縫等現(xiàn)象，甚至個(gè)別路段在建設(shè)后第二年就需要維修。土壤固化劑與土壤混合后發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，能快速而顯著地改變土壤的工程性質(zhì)。傳統(tǒng)常規(guī)道路基層為20 cm厚的二灰碎石，概算價(jià)格為42.9元/平方米；同等厚度10%固化土基層概算價(jià)格為37.29元/平方米，且使用固化土道路因?yàn)樗€(wěn)性比較好，可以減少底基層二灰土的厚度，同時(shí)減少土培路肩量。綜合計(jì)算每千米道路造價(jià)降低6.54萬元。

固化劑；水穩(wěn)；井排路；二灰碎石

1 井排路現(xiàn)狀及存在的問題

截至2013年底，大慶油田采油二廠各類油田道路總里程1 521 km，砂石路和土路占很大比例，約為88.5%。其中，土路1112 km，砂石路234 km，瀝青路175 km。2008年至2013年期間產(chǎn)能工程共新建土路110 km、砂石路13 km，改造砂石路、瀝青路18 km；老區(qū)改造項(xiàng)目平均每年大修16 km，新建1 km。道路等級(jí)偏低、大型車輛多、交通量大，雨天又不能禁行，導(dǎo)致大部分砂石路、瀝青表處路及部分結(jié)構(gòu)較差瀝青砼道路嚴(yán)重破損，使用期限縮短，很多路段雨季根本無法通行。

雖然近兩年道路大修投資有所增加，路況有所改善，但由于道路整體基礎(chǔ)差，長期存在嚴(yán)重超載問題，維修養(yǎng)護(hù)工作欠賬太多，致使部分瀝青表處路及由砂石路改造而來的瀝青砼路年久失修，破壞嚴(yán)重，無法正常使用。

井排路存在的問題主要有：一是連續(xù)不間斷產(chǎn)能建設(shè)施工對道路的破壞非常嚴(yán)重；二是由于投資緊張等原因?qū)Φ缆废到y(tǒng)的恢復(fù)大修投資很少；三是平常養(yǎng)護(hù)維護(hù)工作跟不上損壞老化的速度?；谝陨显颍缆废到y(tǒng)形勢仍將十分嚴(yán)峻，壓力將繼續(xù)增大，急需維修的道路數(shù)量將逐年增加。

油田道路的設(shè)計(jì)使用年限一般為15年，近幾年發(fā)現(xiàn)，由于各種不利因素導(dǎo)致很多新建道路七、八年就會(huì)出現(xiàn)一些翻漿、裂縫等現(xiàn)象，甚至個(gè)別路段在建設(shè)后第二年就需要維修。隨著近幾年石灰、水泥、石子、砂等材料市場價(jià)格直線上升，道路造價(jià)也越來越高。相繼使用了舊路料利用、道路冷再生等新技術(shù)，在一定程度上有效地降低了建設(shè)成本，但是道路總體質(zhì)量未見明顯提升。

2 技術(shù)原理與參數(shù)

土壤固化理論始于歐洲建筑業(yè)。近年來，土壤固化技術(shù)在國外土木工程、高速鐵路、高速公路及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，取得了良好的效果，被美國工程雜志評為20世紀(jì)人類偉大發(fā)明之一。因目前我國尚無國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，只有參考浙江省地方性工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DB33/T1052—2008土壤固化劑加固道路路基應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。

2.1 技術(shù)原理

土壤固化劑與土壤混合后發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，能快速而顯著地改變土壤的工程性質(zhì)。它可將土壤中大量的自由水以針狀結(jié)晶體的形式固定下來，改變土壤膠團(tuán)表面電荷，降低土壤顆粒間的排斥性。土壤固化劑和土壤化學(xué)反應(yīng)生成的新物質(zhì)體積膨脹后改善土壤中的孔隙，建立空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成較高強(qiáng)度的整體，致使處理過的土壤達(dá)到常規(guī)所不能達(dá)到的壓密度。土壤固化技術(shù)對土壤有廣泛的適用性，只要達(dá)到最大粒徑不超過15mm及有機(jī)物含量不超過10%兩個(gè)要求即可，且取材方便。

到目前為止最經(jīng)濟(jì)適用、采用最多的固化形式中無機(jī)類土壤固化劑占主導(dǎo)地位，特別是這類固化劑可以有效地固化石灰、水泥及工業(yè)廢渣等以作建筑材料。無機(jī)類土壤固化劑與水發(fā)生反應(yīng)，水化生成的膠凝物質(zhì)與土壤中的活性成分互相交錯(cuò)，增加土體顆粒黏結(jié)力，并填充固化土體內(nèi)部的空隙，使固化土體體積發(fā)生一定程度膨脹，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而提高了固化土體的抗凍性能、抗?jié)B性能、防腐蝕性能及耐疲勞性能。

2.2 技術(shù)參數(shù)

從強(qiáng)度性能看，摻入比為6%時(shí)就能有效地固化淤泥；摻入比提高至8%，固化效果將提高25%～35%。淤泥改性土用于工程實(shí)際時(shí)，根據(jù)淤泥中有機(jī)質(zhì)含量及含水率不同，固化劑的摻入比范圍為6%～8%，改性后淤泥的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：凝聚力≥50kPa，內(nèi)摩擦角＞25°，滲透系數(shù)達(dá)6～10 cm/s。

在道路工程中，固化土與傳統(tǒng)道路基層二灰碎石最重要的參數(shù)是抗壓強(qiáng)度，將7天齡期和28天齡期的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯高于二灰碎石。

2.3 應(yīng)用特點(diǎn)

鑒于大慶油田處于嚴(yán)寒地區(qū)且土質(zhì)道路多，水穩(wěn)性不好等特點(diǎn)，如采用固化劑固化路基，提高基層密實(shí)度的同時(shí)，可以加強(qiáng)基層的強(qiáng)度、回彈模量、彎沉值、加州承載比及抗剪強(qiáng)度，從而延長道路的使用壽命。

寒區(qū)道路的重要指標(biāo)是抗凍融性，將固化土與二灰碎石進(jìn)行了對比，結(jié)果見表1。

表1 固化土與二灰碎石抗凍融性對比

3 應(yīng)用

2005年分別在南8—2站進(jìn)站路、南四東5#注入站進(jìn)站路和南6—5站進(jìn)站路等道路大修中將固化土與二灰碎石作為瀝青砼或?yàn)r青表處路面基層，經(jīng)過8年的使用，目前狀態(tài)良好。

在2013年度的老區(qū)改造道路系統(tǒng)大修工程中，計(jì)劃對南6—2排井排路、南7—2排井排路、南6-丁3排井排路這3條道路使用固化土技術(shù)進(jìn)行改造，使用20 cm厚10%固化土代替原技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的20 cm厚石灰粉煤灰碎石。其中南6—2排井排路全長2.89 km，南7-2排井排路全長4.07 km，南6—丁3排井排路全長1.7 km。結(jié)構(gòu)均為4 cm瀝青碎石+20 cm10%固化土+20 cm二灰土。相比較傳統(tǒng)工藝的二灰碎石基層，2013年道路系統(tǒng)大修預(yù)計(jì)將節(jié)省投資17萬元。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

傳統(tǒng)常規(guī)道路基層為20 cm厚的二灰碎石，概算價(jià)格為42.9元/平方米；同等厚度10%固化土基層概算價(jià)格為37.29元/平方米，且使用固化土道路因?yàn)樗€(wěn)性比較好，可以減少底基層二灰土的厚度，同時(shí)減少土培路肩量。綜合計(jì)算每千米道路造價(jià)降低6.54萬元。依照近幾年道路大修每年長度為17 km左右計(jì)算，每年道路大修節(jié)約資金在100萬元左右。

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.061