田洪臣1康梅林2
1.山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018;2.山东水利职业学院山东日照276826
摘要：随着工程实践的不断发展，人们逐渐认识到水泥土、石灰土的使用尚存在早期强度低，干缩现象明显等局限。20世纪80年代开始，我国各科研机构与大专院校针对本国土壤的性质特点，陆续开展了大量的土壤固化研究工作，逐步实现了该技术的国产化。目前许多国家都成功研制了针对不同土类的土壤固化剂系列产品，使得土体固化技术得以在地基处理中发挥越来越大的作用。鉴于此，本文主要分析土壤固化技术在农村道路建设中的应用。
关键词：土壤固化技术；农村道路；应用
1、概述
土固化技术是一种在就地取材的土壤中均匀拌和少量的固化剂，经碾压后使原来遇水就泥泞的土壤迅速形成符合道路规范要求的路面技术。土壤固化剂是在土壤中加入的外加剂，掺加到土壤中能够与土壤发生一系列物理—化学反应，改善土的物理—力学性质，提高土的工程性质，减小土壤的水敏感性和提高土的水稳性，使土壤成为稳固持久的固化土[1]。可用于铁路、公路、机场、堤坝、水利、工民建筑的基础工程，以及集水节流工程和有抗渗漏要求的工程，还可用于封闭有毒有害物质的环境保护工程。尤其是对基础的处理，它与传统工程特点是：固化速度快，保养期短，相对强度高，防冻，抗渗透性能强，收缩量小，无污染，经过固化的土壤不会出现“二次泥化”。在施工过程中，材料单一，工序简单，节省运力，节省工时，可缩短工期，节约工程费用等优点，是绿化环保的新型建筑材料[2]。
一般土壤中除Si元素外，并含有金属错化合物，诸如：Mg、Na、Ca、Al等盐类，易吸收水份且溶于水。如渗入水泥中，于水和反应时极易与水泥产生相互“抢水”作用，破坏水泥应有的结晶规则，使水泥的抗压强度降低甚至全无。因此水泥欲与土壤混凝，必须控制“抢水”作用产生时所形成的化学干扰。
2、土壤固化技术原理与参数
2.1、技术原理
土壤固化剂与土壤混合后发生物理化学反应，能快速而显著地改变土壤的工程性质。它可将土壤中大量的自由水以针状结晶体的形式固定下来，改变土壤胶团表面电荷，降低土壤颗粒间的排斥性。土壤固化剂和土壤化学反应生成的新物质体积膨胀后改善土壤中的孔隙，建立空间网状结构，形成较高强度的整体，致使处理过的土壤达到常规所不能达到的压密度。土壤固化技术对土壤有广泛的适用性，只要达到最大粒径不超过15mm及有机物含量不超过10%两个要求即可，且取材方便。
到目前为止最经济适用、采用最多的固化形式中无机类土壤固化剂占主导地位，特别是这类固化剂可以有效地固化石灰、水泥及工业废渣等以作建筑材料。无机类土壤固化剂与水发生反应，水化生成的胶凝物质与土壤中的活性成分互相交错，增加土体颗粒黏结力，并填充固化土体内部的空隙，使固化土体体积发生一定程度膨胀，产生内应力，从而提高了固化土体的抗冻性能、抗渗性能、防腐蚀性能及耐疲劳性能。
2.2、技术参数
从强度性能看，掺入比为6%时就能有效地固化淤泥；掺入比提高至8%，固化效果将提高25%~35%。淤泥改性土用于工程实际时，根据淤泥中有机质含量及含水率不同，固化剂的掺入比范围为6%~8%，改性后淤泥的抗剪强度指标：凝聚力≥50kPa，内摩擦角＞25°，渗透系数达6~10cm/s[3]。
在道路工程中，固化土与传统道路基层二灰碎石最重要的参数是抗压强度，将7天龄期和28天龄期的抗压强度进行对比发现，固化土无侧限抗压强度明显高于二灰碎石。
3、土壤固化剂固化工法的设计准则
（1）等值换算系数是采用日本道路协会的设计数据，用于计算TA及设计厚度H，见表1。
表1土壤固化剂固化工法实例
（2）使用土壤固化剂固化处理铺装厚度与传统工法铺装厚度的比较。
(1)决定道路等级依下表查出相封之TA值及路床厚度，见表2。假设路床设计CBR=4，大型车交通量推定交通区分为B极交通，由表2查知，TA=24，合计厚度=49cm，扣除表层厚度10cm，则天然碎石级配层为49－10≈40cm[3]。
表2道路等级依据TA值及路床厚度
4、土壤固化技术在农村道路建设中的应用
4.1、工程概况
某农村公路长85.5km，行车速度60km/h，路基宽10m，路面宽7m，路面的原结构设计为：路基+28cm10%灰土+16cm水泥稳定碎石+3cmAM-16沥青碎石；采用固化剂后，结构层调成为：路基+31cm4%石灰+24cm路特固LPC-600加固土+3cmAM-16沥青碎石，竣工验收弯沉值为62.3（0.01mm）。
4.2、施工工艺基本流程
对路床的平整度和密实度进行验收→就地取土壤，用推土机推平并用路拌机拌和，将土壤破碎（粘土的含量不能少于30%，土壤的PH值在7.0-7.5）→在平整的土基上均匀的摊铺辅剂（4%的石灰），用路拌机将其拌和均匀，并用平地机整平→洒水车将稀释液均匀喷洒，然后再用平地机做精平→用振动式羊蹄碾碾压2遍，平地机同时整平，光碾收面（天气如果干燥可以早晚喷洒一次水保湿养生）→立即喷洒透层油，2d-4d内完成铺沥青面层[4]。
施工的各个环节都要按照流程进行，对石灰的含量和含水量进行控制，尤其是土壤固化剂，要对每层的松铺厚度进行控制并保证碾压效果，路段完成之后要进行工程质量评定，尤其是压实度要保证达到95%以上，其平整度、宽度以及纵段高程进行检测，使其均满足设计标准和要求。
（1）测量放线
施工人员借助全站仪按照坐标法测定恢复中线，每排桩之间的间距为10m。按照路基值设计宽度，同时放出路基边线，保证两侧边线超出路基边线，超出的距离为2539cm，借此保证路基边坡的稳定性，提高路基有效压实度。测量人员需要保证水准测量线放线的精准程度，确定纵断面以及横断面的标高，于测钎之上按照设计方案当中设定的高程进行标记。施工人员在对水准高程进行控制与标记时，应将松铺系数纳入参考范围当中。
（2）备土整平
施工人员在施工过程中，应按照土方量的实际需求将土方运送至施工路床区域之内，之后综合人工与机械两种方式，按照施工方案当中设计的标准，对路床的高度以及宽度进行整理与平整。
（3）喷洒固化剂、湿拌、闷料
技术人员首先要抽样测试含水率，计算作业段所需的补水总量和体积，然后按照加固化剂数量计算所需的固化剂用量，将计算出的补水量和固化剂一起倒入洒水车并充分的搅拌，等稀释之后再均匀的洒在作业段内。喷洒土壤固化剂水溶液时比较适合采用洒水车进行，多次喷洒使拌和的颜色一致。当混凝土拌和均匀后即可进行闷料，一般来说沙土不能少于6个小时，而粘土在10~48小时之间。
（4）补水、再次拌和
闷料之后，还需再次进行混合料含水率测定，然后用路拌机或者其他拌合机械进行拌和，拌和成品的标准是混合料的颜色一致，没有灰条或花面的现象出现，也没有素土夹层，且水分较为合适和均匀。
（4）加固土初压、整平
将混合料均匀的搅拌后用推土机进行初步的排压，在整平的过程中，尤其对于低洼处，要用新拌的混合料进行找补整平，严禁在光滑的平面上进行薄层找补。
（6）碾压
整型后，在最佳含水量时压实，依据现场情况，制定出合理的碾压方案，要依据“先轻后重，先慢后快，先两边后中间，先静压后振动”的原则，按照一定的碾压速度进行合理的碾压。碾压的过程中固化土表面一定要保持潮湿，如果表层土蒸发较快，那么就应该补洒少量的水。碾压时，施工人员必须保证的固化土表层维持湿润的状态。若固化土表层水分蒸发速度过快，施工人员应及时为其补充水分。如果固化层发生松散、剪切等问题，需将固化层翻开并再次开展拌和。
（6）养生并管制交通
每碾压完一段加固土层之后要检查压实度是否合格，养生一周的时间内要保持路面的湿润并覆塑料薄膜进行养生。
4.4、土壤固化技术在农村道路建设应用前进和意义
通过工程实践显示，相比传统以砂石为主要材料铺筑的公路路基，使用土壤固化剂进行加工的路基硬度更为优秀。通常情况下，修建宽度值为40m，厚度值为0.4m的以及高速公路，使用土壤固化剂加工的土壤与传统砂石材料相比，可节省约640t水泥、3200t石灰以及70t燃油。而针对二级或是三级的公路，可以节省约240t的水泥、900t的石灰以及23t的燃油。如此一来，企业可以大幅减少在原材料方面的投入，进而提高施工单位获取的经济利益。不仅如此，施工单位所修建的公路硬度也符合施工方案的实际要求。
总之，现代道路工程建设当中，通过对软弱土壤进行固化处理，不仅要满足施工要求，还要降低施工成本。随着软弱土壤固化技术的发展，它在现代道路工程建设中也会发挥着越来越大的作用。20世纪60年代以来，固化剂已经成为一种新型固化工程材料，并在国外被广泛应用和研究。固化剂相比较水泥而言有更好的社会效益和经济效益，固化剂己经在实际工程中取得成果。因此，本文的研究也就显得十分的有意义。
参考文献：
[1]毛玮芸.浅析道路工程建设中软弱土壤固化技术的研究进展[J].科技创新导报,2017,14(01):52-53+56.
[2]吴乐天,宋兵伟,马皓诚,史慧锋.土壤固化技术及在戈壁土墙体建造中的试验[J].新疆农机化,2016(05):33-36.
[3]武晟,许光照,谢永平,胡丽萍.土壤固化技术应用于戈壁荒漠区水土保持工程的试验研究[J].水土保持通报,2013,33(01):243-245+260.
[4]许光照.土壤固化技术在水土保持工程中的应用研究[A].中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会.中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会2011年年会论文集[C].中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会:,2011:11.