新型土壤固化劑在軟土治理中的應(yīng)用初探

龍旺等

摘 要：軟土治理在工程建設(shè)中經(jīng)常遇到，解決軟土問(wèn)題的本質(zhì)是排水，其次是防水，使其具有良好的工程性質(zhì)。文章通過(guò)在軟土中添加新型土壤固化劑，進(jìn)行軟土工程治理實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)添加固化劑處理后的軟土，土壤含水率降低，壓實(shí)后密實(shí)度提高；壓實(shí)后的試件在泡水24小時(shí)，試件未發(fā)生開(kāi)裂、崩解的現(xiàn)象；而未經(jīng)處理的壓實(shí)試件泡水不到10分鐘全部水化。這說(shuō)明處理后試件的抗水化的能力大大加強(qiáng)，這種方法在軟土的工程治理中有很好的前景。

關(guān)鍵詞：軟土；壓實(shí)度；固化劑；水化

軟土通常存在于流水緩慢或靜止的地勢(shì)較低而又相對(duì)平緩的地區(qū)，主要的工程性質(zhì)為孔隙較大、含水量較高、滲透性差、壓縮性高、不易壓實(shí)，即工程中常見(jiàn)的“彈簧土”。軟土的礦物組成除少量原生礦物石英、方解石、長(zhǎng)石、云母、角閃石外，含有大量次生粘土礦物，我國(guó)軟土所含粘土礦物主要以伊利石、高嶺石為主。由于粘土礦物多呈片狀、板狀或管狀結(jié)構(gòu)，易在水中離解、吸附、同晶置換、邊緣斷裂而使其常常帶有一定的電荷，因而與水有著較好的結(jié)合能力。

軟土治理一直是工程建設(shè)中的一個(gè)棘手問(wèn)題，解決的關(guān)鍵是排水和防止水體的再次侵蝕。排水固結(jié)、深層密實(shí)、膠結(jié)等常規(guī)的軟體處理方式均是在軟土基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)制排水，壓密擠實(shí)；或是添加碎石樁形成復(fù)合地基提高基礎(chǔ)承載力；換填法能夠從根本上解決土質(zhì)軟弱的問(wèn)題，但對(duì)于軟土分布較多地區(qū)，工程量無(wú)疑是巨大的。由于軟土地區(qū)地下水位較高，或是常年積水，土體依舊存在再次侵蝕破壞的隱患。新型土壤固化劑的運(yùn)用解決了軟土治理中的一些實(shí)際問(wèn)題，在軟土中添加固化劑后，軟土快速崩解，含水率逐漸降低，碾壓后，土體更加密實(shí)，同時(shí)土體的抗水毀能力大大增強(qiáng)，保證了基礎(chǔ)整體穩(wěn)定。這為軟土治理提供了新思路。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

羊安仁和社區(qū)（羊仁大道）工程地處四川省成都市邛崍市境內(nèi)，修建等級(jí)為鄉(xiāng)村四級(jí)公路。該地區(qū)屬成都平原西部，地下水位高，道路穿過(guò)農(nóng)田，地勢(shì)低洼、植物腐殖質(zhì)較多，路基1m深處土體近于飽和，多為淤泥及淤泥質(zhì)土夾少量砂粒，呈軟塑狀態(tài)（如圖1），分布廣泛，厚度為3～4m承載力低，壓縮性高。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得知：該土體天然孔隙比e=1.13，室內(nèi)經(jīng)液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)定土的液限ωL=29.3%，塑限ωP=18.1%，塑性指數(shù)IP=11.2；對(duì)路基不同深度含水率測(cè)定的結(jié)果如下：

2 室內(nèi)試驗(yàn)

軟土問(wèn)題的解決在于排水，降低含水率，使土體易于壓實(shí)，提高壓實(shí)度；其次在于阻隔水體，防止水份再次侵入路基，破壞基底，縮短道路使用壽命。本實(shí)驗(yàn)對(duì)添加固化劑的土體經(jīng)壓實(shí)后，模擬道路路基浸水，檢驗(yàn)其抵抗水體侵蝕破壞的能力。

試驗(yàn)中選取了新型土壤固化劑（包括水劑和粉劑兩種產(chǎn)品），試驗(yàn)采用其中的水劑作為添加劑，試以成都市邛崍市地區(qū)的軟土為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得出該土壤的最

佳含水率ω=13.8%，最大干密ρd=1.808g/cm3。藥劑的加入量為干土質(zhì)量的2%。

由以上數(shù)據(jù)可以得出：在浸水10分鐘時(shí)，未添加固化劑的試件，水完全侵蝕至試件頂端，浸潤(rùn)部分出現(xiàn)了嚴(yán)重的膨脹、開(kāi)裂現(xiàn)象，35分鐘時(shí)，試件完全濕潤(rùn)，發(fā)生嚴(yán)重膨脹、開(kāi)裂，試件中心部位也逐漸趨于飽和；而添加固化劑的試件浸水部分仍舊保持在4mm，10分鐘時(shí)增加了1mm，此后一直保持在5mm，不再繼續(xù)上升，而且未出現(xiàn)膨脹、開(kāi)裂、崩解的現(xiàn)象。

總結(jié)：未添加固化劑的試件，由于土壤的毛細(xì)性，加之土顆粒連接的不緊密，試件浸潤(rùn)高度迅速上升，吸水膨脹，加速的土體的破壞；對(duì)于加固化劑試件，由于固化劑的存在，使得土顆粒間連接的更緊密，同時(shí)它能包裹在土粒子的周?chē)?，憎水因子附著在外層，能阻斷附著的水膜，?dǎo)致細(xì)小的顆粒發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的凝聚，充分減少了水的毛細(xì)上升。因此，對(duì)于地下水位高或經(jīng)常積水的地區(qū)，在路基工作區(qū)的低端鋪設(shè)一層15cm厚，混合有固化劑的土層，能夠阻止地下水向上侵蝕，破壞基底，使得路基抗水毀能力得到大大增強(qiáng)，保證道路的整體穩(wěn)定。

3 野外工程施工

由于工程預(yù)算少，初期施工費(fèi)用遠(yuǎn)超工程預(yù)算，且常規(guī)的治理方法效果較差。出于質(zhì)量、造價(jià)、工期等因素的考量，施工方選取螃蟹路附近的一段長(zhǎng)500m，寬6m的一段路基作為新型固化劑的試驗(yàn)段。該路段地勢(shì)低洼，軟土厚度在4～6m，整體條件差，是全路段最難處理的一段。

新型土壤固化劑包括水劑和粉劑兩類(lèi)，的主要應(yīng)用對(duì)象為粘土或粘土含量大于30%的其他土質(zhì)。該路段同時(shí)選取了水劑和粉劑作為固化材料，通過(guò)添加固化劑，可以充分利用場(chǎng)地中軟土，避免了大量土石方的搬運(yùn)，同時(shí)減少了棄土對(duì)農(nóng)田的破壞。該地區(qū)土壤多為低塑性砂土，粘土含量低于15%，為了達(dá)到預(yù)期效果，按就近原則，在施工場(chǎng)地附近選取了一處粘土含量較高的取土點(diǎn)。取土量為施工土方量的20%。用小型挖掘機(jī)將挖出的軟土與粘土充分混合，先將粉劑與軟土混合，24小時(shí)候再將固化劑水劑以霧狀的形式噴撒在軟土中，其間用挖掘機(jī)在二次拌勻，使固化劑和土壤充分混合。

當(dāng)固化劑與軟土充分混合后，軟土塊逐漸潰散，水份降低。在添加固化劑后，對(duì)土壤含水率每24小時(shí)進(jìn)行檢測(cè)（施工期間氣溫低，連續(xù)陰天，偶有降雨），含水率變化情況如下表：

從表中可以看出，在添加固化劑后，第三天降雨，含水率有所升高，升幅不大，但總體處于下降趨勢(shì)，含水率下降明顯。在水份達(dá)到最佳含水率時(shí)，將土進(jìn)行攤鋪，分三層進(jìn)行碾壓。

由上圖3可以看出，常規(guī)的處理方式無(wú)法降低含水率，減弱土壤的膨脹性，碾壓完成后，路基表層始終存在3～5cm的車(chē)轍，仍處于“彈簧”狀態(tài)，難以壓實(shí)；后期作為便道使用時(shí)，不均勻沉降嚴(yán)重。采用固化劑處理后，土壤含水率迅速降低，更易于壓實(shí)，無(wú)明顯的車(chē)轍，在路基填筑完成后，檢測(cè)其壓實(shí)度為95.6%。作為便道使用過(guò)程中，路基未發(fā)生不均勻沉降或局部隆起、凹陷的現(xiàn)象，基礎(chǔ)更加密實(shí)。

4 深厚軟土治理

由于場(chǎng)地軟土層較厚，平均厚度在3m～4m之間，處理量大。在確保路基穩(wěn)定的情況下，計(jì)算出合理深度，可以進(jìn)一步減少處理規(guī)模，降低造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

在路基的某一深度處，當(dāng)車(chē)輛荷載引起的應(yīng)力與路基自重引起的應(yīng)力的比值在1/5～1/10時(shí)，在此深度以下，車(chē)輛荷載對(duì)土基的作用影響很小，可以忽略不計(jì)。將此深度范圍內(nèi)的路基稱(chēng)為路基工作區(qū)。

通過(guò)計(jì)算出路基的工作區(qū)域，確定軟土處理的理想深度，著重提高持力層的承載力，減小下臥層的附加應(yīng)力。同時(shí)，在工作區(qū)底部碾壓一層15cm的隔水層（添加固化劑的土層），阻隔地下水，防止基底二次破壞，保證路基穩(wěn)定，降低工程造價(jià)。

5 工程效果

羊安仁和社區(qū)（羊仁大道）工程于2015年1月底完成通車(chē)，本段交通量較重，道路上行駛的車(chē)輛多為小車(chē)，重車(chē)較次之。試驗(yàn)段路面情況（如下圖9）良好，表面平整，未發(fā)生不均勻沉降。

經(jīng)固化劑處理后，軟土的工程性質(zhì)得到了徹底的改善，土基的含水率降低后而不再上升，膨脹性減弱甚至被去除，路基的穩(wěn)定得到了保證；道路結(jié)構(gòu)是以添加固化劑的土壤為路基，瀝青作為路面層，二者都屬于柔性材料，這使基層與面層貼合緊密，共同承受行車(chē)壓力和變形，如若路面發(fā)生破壞，只需將面層下土體翻出，添加固化劑后重新碾壓即可。避免了剛性或半鋼性材料在受力破壞后，無(wú)法通車(chē)，治理難度大、費(fèi)用高、工期長(zhǎng)的弊端。

因此新型土壤固化劑處理軟土的方式比常規(guī)方法更快，效果更好，費(fèi)用更低，后期維護(hù)簡(jiǎn)單，快速。目前正在該地區(qū)推廣開(kāi)來(lái)。

6 結(jié)語(yǔ)

近年國(guó)家大力發(fā)展鄉(xiāng)村公路，常規(guī)的軟土處理方法費(fèi)用高昂，且只注重初期強(qiáng)度，忽視了土體再水化的可能性，這必然導(dǎo)致道路質(zhì)量的參差不齊，更容易出現(xiàn)豆腐渣工程。新型土壤固化劑的運(yùn)用與實(shí)踐，解決很多的實(shí)際問(wèn)題，其具有顯著的水穩(wěn)定性，阻隔水份，防止土體膨脹而發(fā)生崩解、垮塌；在治理上，因地制宜，適合絕大多數(shù)粘土，或者粘土含量在30%左右即可，應(yīng)用范圍廣，不需要過(guò)多的人工、機(jī)械，操作簡(jiǎn)單；從環(huán)保的角度，新型土壤固化劑無(wú)毒無(wú)害，對(duì)環(huán)境、人體、沒(méi)有任何影響，施工噪音小，也適合生態(tài)景區(qū)道路的修建；在工程造價(jià)上，新型土壤固化劑價(jià)格低廉，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)軟土處理的費(fèi)用，造價(jià)低、效益高、工期短。目前正在普及開(kāi)來(lái)，應(yīng)用的工程項(xiàng)目有：遂寧市大英縣光華學(xué)院校區(qū)道路、阿壩州松潘縣天堂香谷景區(qū)道路、重慶國(guó)色天香園區(qū)道路等。

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作者簡(jiǎn)介：龍旺（1990- ），男，碩士研究生，研究方向：軟土治理；通訊作者：高德政（1957- ），男，碩士，教授，主要從事巖土工程、礦產(chǎn)資源勘查與評(píng)價(jià)、成礦理論與成礦預(yù)測(cè)。