新型土壤固化剂在软土治理中的应用初探

摘 要：软土治理在工程建设中经常遇到，解决软土问题的本质是排水，其次是防水，使其具有良好的工程性质。文章通过在软土中添加新型土壤固化剂，进行软土工程治理实验，在实验中发现，经添加固化剂处理后的软土，土壤含水率降低，压实后密实度提高；压实后的试件在泡水24小时，试件未发生开裂、崩解的现象；而未经处理的压实试件泡水不到10分钟全部水化。这说明处理后试件的抗水化的能力大大加强，这种方法在软土的工程治理中有很好的前景。

关键词：软土；压实度；固化剂；水化

软土通常存在于流水缓慢或静止的地势较低而又相对平缓的地区，主要的工程性质为孔隙较大、含水量较高、渗透性差、压缩性高、不易压实，即工程中常见的“弹簧土”。软土的矿物组成除少量原生矿物石英、方解石、长石、云母、角闪石外，含有大量次生粘土矿物，我国软土所含粘土矿物主要以伊利石、高岭石为主。由于粘土矿物多呈片状、板状或管状结构，易在水中离解、吸附、同晶置换、边缘断裂而使其常常带有一定的电荷，因而与水有着较好的结合能力。

软土治理一直是工程建设中的一个棘手问题，解决的关键是排水和防止水体的再次侵蚀。排水固结、深层密实、胶结等常规的软体处理方式均是在软土基础上进行，对土体进行强制排水，压密挤实；或是添加碎石桩形成复合地基提高基础承载力；换填法能够从根本上解决土质软弱的问题，但对于软土分布较多地区，工程量无疑是巨大的。由于软土地区地下水位较高，或是常年积水，土体依旧存在再次侵蚀破坏的隐患。新型土壤固化剂的运用解决了软土治理中的一些实际问题，在软土中添加固化剂后，软土快速崩解，含水率逐渐降低，碾压后，土体更加密实，同时土体的抗水毁能力大大增强，保证了基础整体稳定。这为软土治理提供了新思路。

1 现场概况

羊安仁和社区（羊仁大道）工程地处四川省成都市邛崃市境内，修建等级为乡村四级公路。该地区属成都平原西部，地下水位高，道路穿过农田，地势低洼、植物腐殖质较多，路基1m深处土体近于饱和，多为淤泥及淤泥质土夹少量砂粒，呈软塑状态（如图1），分布广泛，厚度为3～4m承载力低，压缩性高。

现场试验得知：该土体天然孔隙比e=1.13，室内经液塑限联合测定法测定土的液限ωL=29.3%，塑限ωP=18.1%，塑性指数IP=11.2；对路基不同深度含水率测定的结果如下：

2 室内试验

软土问题的解决在于排水，降低含水率，使土体易于压实，提高压实度；其次在于阻隔水体，防止水份再次侵入路基，破坏基底，缩短道路使用寿命。本实验对添加固化剂的土体经压实后，模拟道路路基浸水，检验其抵抗水体侵蚀破坏的能力。

试验中选取了新型土壤固化剂（包括水剂和粉剂两种产品），试验采用其中的水剂作为添加剂，试以成都市邛崃市地区的软土为研究对象，通过室内击实试验得出该土壤的最

佳含水率ω=13.8%，最大干密ρd=1.808g/cm3。药剂的加入量为干土质量的2%。

由以上数据可以得出：在浸水10分钟时，未添加固化剂的试件，水完全侵蚀至试件顶端，浸润部分出现了严重的膨胀、开裂现象，35分钟时，试件完全湿润，发生严重膨胀、开裂，试件中心部位也逐渐趋于饱和；而添加固化剂的试件浸水部分仍旧保持在4mm，10分钟时增加了1mm，此后一直保持在5mm，不再继续上升，而且未出现膨胀、开裂、崩解的现象。

总结：未添加固化剂的试件，由于土壤的毛细性，加之土颗粒连接的不紧密，试件浸润高度迅速上升，吸水膨胀，加速的土体的破坏；对于加固化剂试件，由于固化剂的存在，使得土颗粒间连接的更紧密，同时它能包裹在土粒子的周围，憎水因子附着在外层，能阻断附着的水膜，导致细小的颗粒发生不可逆转的凝聚，充分减少了水的毛细上升。因此，对于地下水位高或经常积水的地区，在路基工作区的低端铺设一层15cm厚，混合有固化剂的土层，能够阻止地下水向上侵蚀，破坏基底，使得路基抗水毁能力得到大大增强，保证道路的整体稳定。

3 野外工程施工

由于工程预算少，初期施工费用远超工程预算，且常规的治理方法效果较差。出于质量、造价、工期等因素的考量，施工方选取螃蟹路附近的一段长500m，宽6m的一段路基作为新型固化剂的试验段。该路段地势低洼，软土厚度在4～6m，整体条件差，是全路段最难处理的一段。

新型土壤固化剂包括水剂和粉剂两类，的主要应用对象为粘土或粘土含量大于30%的其他土质。该路段同时选取了水剂和粉剂作为固化材料，通过添加固化剂，可以充分利用场地中软土，避免了大量土石方的搬运，同时减少了弃土对农田的破坏。该地区土壤多为低塑性砂土，粘土含量低于15%，为了达到预期效果，按就近原则，在施工场地附近选取了一处粘土含量较高的取土点。取土量为施工土方量的20%。用小型挖掘机将挖出的软土与粘土充分混合，先将粉剂与软土混合，24小时候再将固化剂水剂以雾状的形式喷撒在软土中，其间用挖掘机在二次拌匀，使固化剂和土壤充分混合。

当固化剂与软土充分混合后，软土块逐渐溃散，水份降低。在添加固化剂后，对土壤含水率每24小时进行检测（施工期间气温低，连续阴天，偶有降雨），含水率变化情况如下表：

从表中可以看出，在添加固化剂后，第三天降雨，含水率有所升高，升幅不大，但总体处于下降趋势，含水率下降明显。在水份达到最佳含水率时，将土进行摊铺，分三层进行碾压。

由上图3可以看出，常规的处理方式无法降低含水率，减弱土壤的膨胀性，碾压完成后，路基表层始终存在3～5cm的车辙，仍处于“弹簧”状态，难以压实；后期作为便道使用时，不均匀沉降严重。采用固化剂处理后，土壤含水率迅速降低，更易于压实，无明显的车辙，在路基填筑完成后，检测其压实度为95.6%。作为便道使用过程中，路基未发生不均匀沉降或局部隆起、凹陷的现象，基础更加密实。

4 深厚软土治理

由于场地软土层较厚，平均厚度在3m～4m之间，处理量大。在确保路基稳定的情况下，计算出合理深度，可以进一步减少处理规模，降低造价，提高经济效益。

在路基的某一深度处，当车辆荷载引起的应力与路基自重引起的应力的比值在1/5～1/10时，在此深度以下，车辆荷载对土基的作用影响很小，可以忽略不计。将此深度范围内的路基称为路基工作区。

通过计算出路基的工作区域，确定软土处理的理想深度，着重提高持力层的承载力，减小下卧层的附加应力。同时，在工作区底部碾压一层15cm的隔水层（添加固化剂的土层），阻隔地下水，防止基底二次破坏，保证路基稳定，降低工程造价。

5 工程效果

羊安仁和社区（羊仁大道）工程于2015年1月底完成通车，本段交通量较重，道路上行驶的车辆多为小车，重车较次之。试验段路面情况（如下图9）良好，表面平整，未发生不均匀沉降。

经固化剂处理后，软土的工程性质得到了彻底的改善，土基的含水率降低后而不再上升，膨胀性减弱甚至被去除，路基的稳定得到了保证；道路结构是以添加固化剂的土壤为路基，沥青作为路面层，二者都属于柔性材料，这使基层与面层贴合紧密，共同承受行车压力和变形，如若路面发生破坏，只需将面层下土体翻出，添加固化剂后重新碾压即可。避免了刚性或半钢性材料在受力破坏后，无法通车，治理难度大、费用高、工期长的弊端。

因此新型土壤固化剂处理软土的方式比常规方法更快，效果更好，费用更低，后期维护简单，快速。目前正在该地区推广开来。

6 结语

近年国家大力发展乡村公路，常规的软土处理方法费用高昂，且只注重初期强度，忽视了土体再水化的可能性，这必然导致道路质量的参差不齐，更容易出现豆腐渣工程。新型土壤固化剂的运用与实践，解决很多的实际问题，其具有显著的水稳定性，阻隔水份，防止土体膨胀而发生崩解、垮塌；在治理上，因地制宜，适合绝大多数粘土，或者粘土含量在30%左右即可，应用范围广，不需要过多的人工、机械，操作简单；从环保的角度，新型土壤固化剂无毒无害，对环境、人体、没有任何影响，施工噪音小，也适合生态景区道路的修建；在工程造价上，新型土壤固化剂价格低廉，远远低于常规软土处理的费用，造价低、效益高、工期短。目前正在普及开来，应用的工程项目有：遂宁市大英县光华学院校区道路、阿坝州松潘县天堂香谷景区道路、重庆国色天香园区道路等。

参考文献

[1] 吴邦颖等编著.软土地基处理[M]：北京：中国铁道出版社，1995：301.

[2] 葛利军，吴红霞.强夯法处理软土地基[J].黑龙江科技信息，2009（13）： 254.

[3] 李海梁，谭红鑫，谢永彰.软土处理探讨[J].公路与汽运，2005（02）： 60-62.

[4] 龙天彪，郭嗣柄，郭德禧.水泥粉喷桩在昌峡公路软土处理中的应用[J].公路交通科技.2006（03）：41-42.

[5] 袁聚云，钱建固等编著.土质学与土力学[M]：北京：人民交通出版社，2009.

作者简介：龙旺（1990- ），男，硕士研究生，研究方向：软土治理；通讯作者：高德政（1957- ），男，硕士，教授，主要从事岩土工程、矿产资源勘查与评价、成矿理论与成矿预测。