YTG巖土固化劑在渠道防滲工程中的應(yīng)用

□王玉玨（河南省黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

對于渠道防滲，我國先后采用過黏土、灰土、三合土夯實(shí)黏土錘打、砌磚、砌石及水泥土和混凝土等等。在防滲材料方面，研究和實(shí)踐證明：石灰土和水泥土經(jīng)濟(jì)效益顯著，但灰土早期強(qiáng)度低、收縮大，容易產(chǎn)生裂縫；水泥土防滲的主要缺點(diǎn)是水泥土早期的強(qiáng)度低、水穩(wěn)定性和耐久性差，而且，兩者對土料要求高，又有施工受氣候、環(huán)境影響大。這一缺點(diǎn)已成為它們大面積推廣的障礙。近年來，一種新型的膠凝材料YTG巖土固化劑的出現(xiàn)，徹底解決了傳統(tǒng)石灰土和水泥土材料和工法中存在的問題。

1.YTG巖土固化劑應(yīng)用于渠道防滲的可行性

YTG巖土固結(jié)劑是我國自行研制的一種新型粉狀膠凝材料，屬土體固結(jié)劑的新類型，它在固結(jié)機(jī)理上與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，具有獨(dú)特的功能是高親土性和使被固結(jié)土產(chǎn)生高耐水性能，它能激發(fā)各類被固結(jié)巖土和工業(yè)廢渣中的礦物質(zhì)的活性，使其成為工程實(shí)際所需求的材料，它能夠使被固結(jié)土體具有較高的早期強(qiáng)度和后期穩(wěn)定增長的強(qiáng)度，它與土料結(jié)合產(chǎn)生的固化土的硬化過程比水泥土快得多，并且其固化土具有高水穩(wěn)定性和高耐久性能，徹底解決了石灰土、水泥土耐水性差的問題。

近年來，YTG巖土固化劑在黃河南岸鄉(xiāng)村道路 （及基層）、汾河灌區(qū)渠底及護(hù)坡防滲襯砌、人工湖防滲襯砌、長江江心島固砂、河南近100幢樓房建筑換土地基及樁基工程、建筑制品等中得到了大量應(yīng)用。實(shí)踐證明YTG固化土的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于水泥土，其中，單軸抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于水泥土，早期強(qiáng)度比水泥土增加得快，且后期強(qiáng)度穩(wěn)定增長，耐水、耐久性遠(yuǎn)高于水泥土。因此，用YTG固化劑固結(jié)原土所形成耐水固化土代替水泥土應(yīng)用于南水北調(diào)濟(jì)平干渠防滲襯砌的實(shí)際驗(yàn)證必將對我國已建成渠道的防滲工程提供一條新的途徑。

2.YTG固化土與水泥加固土原理的比較

YTG巖土固結(jié)劑，看起來像波特蘭水泥，但不同之處在于它含有16%的21種無機(jī)化合物，稱為YTG特種元素，這些特種元素對于展現(xiàn)YTG巖土固結(jié)劑獨(dú)特的功能起著積極的作用。YTG具有很好的物理力學(xué)性能，與普通的波特蘭水泥相比，其粒徑是很細(xì)的，它能滲入普通的波特蘭水泥所不能滲入的細(xì)小孔隙，裹住比砂小的土料。它與土摻合凝固后的抗折、抗壓強(qiáng)高，透水率很低，幾乎不滲水，而且，具有使劣質(zhì)土產(chǎn)生再固結(jié)的良好能力。因此，巖土固化劑按一定的比例與土均勻拌和并壓實(shí)后，由表及里的使被固結(jié)土產(chǎn)生增強(qiáng)作用，形成具有高強(qiáng)度、高耐水、體積穩(wěn)定和高耐久性能的YTG固化土。

土顆粒與水泥攪拌壓實(shí)成水泥加固土的基本原理與混凝土的硬化機(jī)理有所相似，混凝土的硬化主要是水泥在粗充填料（即比表面積不大，活性很弱的介質(zhì)）中進(jìn)行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度快。而在水泥加固土中，由于土顆粒的比表面積大，水泥的摻入量相對很少，因而水泥土的強(qiáng)度低是必然的。而且，水泥的水解和水化反應(yīng)是在與空氣隔離的具有一定活性介質(zhì)土（或飽和土）的圍繞下進(jìn)行的，所以，硬化速度緩慢。大量實(shí)驗(yàn)證明，水泥加固土強(qiáng)度增長的過程比混凝土緩慢的多，一般90d才具有特定的強(qiáng)度，其強(qiáng)度很低。至于粘土顆粒所帶有的活性礦物質(zhì)與水泥水化物的復(fù)雜作用對水泥土的增強(qiáng)可以認(rèn)為是微乎其微的。因?yàn)椋瑢?shí)踐已證明，水泥固化砂性土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于固化粘性土，固化含有砂粒的粉土，其強(qiáng)度又大于固化粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土，而水泥固化的砂性土強(qiáng)度已經(jīng)很低。同時，這也說明，水泥加固土基本原理與混凝土的硬化機(jī)理有所相似，其強(qiáng)度隨被固結(jié)土的顆粒比表面積的增大而減小。

相比之下，YTG巖土固化劑中，含有16%的21種無機(jī)化合物和YTG特種元素的獨(dú)特功能——高耐水性和高親土性在固化土中體現(xiàn)的優(yōu)為突出。YTG巖土固化劑按一定的比例與土均勻拌和并密實(shí)后，由表及里的使被固結(jié)土產(chǎn)生增強(qiáng)作用，形成不可逆反應(yīng)的具有高強(qiáng)度、高耐水體積穩(wěn)定性和高耐久性能的YTG固化土。 YTG固化土的基本原理與水泥加固土的硬化機(jī)理有所不同，YTG在具有一定活性的介質(zhì)土中的水解和水化反應(yīng)時，充分發(fā)揮土體顆粒礦物鋁硅酸鹽的活性，加速了土中礦物與YTG的理化反應(yīng)，改變了土性，增加YTG固化土的強(qiáng)度。并使YTG加固土的硬化過程比水泥土快的多，在與水泥常規(guī)摻入量相同時，28d能達(dá)到強(qiáng)度85%左右，其強(qiáng)度可達(dá)水泥土90d的2～3倍。

3.固化土防滲層施工配合比確定

3.1 基本要求

某輸水工程主干渠防滲工程防滲層固化土主要性能指標(biāo)要求：抗凍標(biāo)號D25，允許最小抗壓強(qiáng)度3.0MPa,滲透系數(shù)不應(yīng)>1×10-6cm/s。固化土壓實(shí)的允許最小干密度，必須經(jīng)過固化劑和素土的擊實(shí)試驗(yàn)確定。設(shè)計(jì)要求壓實(shí)度為0.94。配合比按各渠段土料物理力學(xué)指標(biāo)，經(jīng)配比試驗(yàn)后確定。固化劑用量一般為素土干容重的8%～12%。

3.2 技術(shù)參數(shù)確定

試驗(yàn)測得：原土干容重為1.56t/m3，含水量為12.6%～32%，最優(yōu)含水量為16.8%，原土最大干密度為1.70 t/m3。試驗(yàn)和計(jì)算分析確定：滿足抗凍標(biāo)號D25，允許最小抗壓強(qiáng)度3.0MPa,滲透系數(shù)不應(yīng)>1×10-6cm/s時，固化劑用量為原土干容重的8%。試驗(yàn)分析確定：固化土壓實(shí)的允許最小干密度為1.71t/m3。

4.固化穩(wěn)定土防滲層的施工

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

一是土基上應(yīng)布設(shè)中線。直線段每15～20m的長度內(nèi)宜設(shè)標(biāo)樁，平曲線段每10～15m宜設(shè)標(biāo)樁，并在兩側(cè)邊緣外每0.3～0.5m長度內(nèi)宜設(shè)標(biāo)樁；二是在兩側(cè)標(biāo)樁上應(yīng)設(shè)標(biāo)記，并應(yīng)進(jìn)行高程測量，標(biāo)出固化層邊緣的設(shè)計(jì)高度；三是檢測土中的含水量，宜符合固化類混合料的最佳含水量的要求，當(dāng)不能滿足要求時，應(yīng)對土采取處理措施；四是應(yīng)根據(jù)每段的長度、寬度、基層厚度、預(yù)定的干密度及巖土固化劑的配合比，計(jì)算巖土固化劑的用量；五是根據(jù)固化土的厚度和預(yù)定的干密度及固化劑的用量，計(jì)算每包固化劑的攤鋪面積。再根據(jù)固化土的寬度確定巖土固化劑的行數(shù)、間距和用量。

4.2 路拌法固化穩(wěn)定土的施工

4.2.1 松土攤鋪

一是應(yīng)事先通過試驗(yàn)確定土的松鋪厚度，松鋪厚度應(yīng)等于壓實(shí)厚度乘以松鋪系數(shù)，每層不得>30cm；二是松土攤鋪應(yīng)在使用巖土固化劑的前一天進(jìn)行。攤鋪長度應(yīng)根據(jù)從混合料拌和開始至碾壓成型在一個工作日內(nèi)完成確定。其攤鋪、拌和及碾壓成型每道工序應(yīng)在巖土固化劑初凝時間之前完成。

4.2.2 巖土固化劑的擺放和攤鋪

一是在擺放巖土固化劑之前，應(yīng)檢測土的含水量；二是按要求計(jì)算擺放巖土固化劑的間距；三是攤鋪巖土固化劑時，每袋攤鋪面積應(yīng)相等，其厚度應(yīng)均勻。

4.2.3 混合料路拌機(jī)拌和

一是當(dāng)采用路拌機(jī)時，應(yīng)根據(jù)施工固化土厚度的要求，確定拌和深度，由兩側(cè)拌向中心，并達(dá)到固化底層。每次拌和應(yīng)有重疊和翻透，并不得漏拌，且固化類混合料拌和顏色應(yīng)一致；二是當(dāng)分層施工時，層之間不得留有未摻拌的“素土”平層。

4.2.4 整型

一是混合料拌和均勻后，立即用平地機(jī)整型；二是應(yīng)采用履帶拖拉機(jī)或輪胎壓路機(jī)初壓一遍，再用平地機(jī)進(jìn)行整型；三是當(dāng)采用人工整型時，應(yīng)采用鍬與耙，并應(yīng)先將混合料鋪平，再用履帶拖拉機(jī)初壓l～2遍后進(jìn)行第二次整型。

4.2.5 碾壓、成型

一是整型后的固化類混合料基層應(yīng)在最佳含水量時壓實(shí)；當(dāng)表層含水量不足時，應(yīng)先灑水再進(jìn)行碾壓；二是應(yīng)根據(jù)固化穩(wěn)定土寬度和壓路機(jī)的輪距的不同，制定碾壓方案；三是應(yīng)先用120kN及以上的三輪壓路機(jī)碾壓一遍，再用重型輪胎壓路機(jī)或振動壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。直線段應(yīng)由兩側(cè)邊緣向中心進(jìn)行碾壓；平曲線段應(yīng)由內(nèi)側(cè)向外側(cè)路邊緣進(jìn)行碾壓。碾壓時重疊部分應(yīng)為1/2寬，后輪應(yīng)超過兩段的接縫處，并重復(fù)碾壓不得少于4遍。碾壓成型的固化土結(jié)構(gòu)層表面應(yīng)無明顯輪跡，其壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到95%；四是壓路機(jī)的碾壓速度，第1遍和第2遍的碾壓速度應(yīng)為1.5～1.7km／h，以后碾壓速度宜為2.0～2.5km/h；五是碾壓過程中，當(dāng)出現(xiàn)“彈簧”、松散、起皮等現(xiàn)象，應(yīng)及時采取處理措施；六是，在碾壓結(jié)束之前，應(yīng)采用平地機(jī)最后一次整型。終平應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行，并應(yīng)將局部高出部分刮除并掃出；對局部低洼之處，不應(yīng)進(jìn)行找補(bǔ)。

4.2.6 施工接縫處處理

一是在碾壓過程中應(yīng)對施工接縫處進(jìn)行處理。施工接縫處，應(yīng)搭接拌和。第一段拌和后，留出5～8m不進(jìn)行碾壓，在第二段施工時再將前段余留的未碾壓段添加巖土固化劑重新拌和，與第二段相連一起碾壓；二是末端縫（即工作縫）和“調(diào)頭”處可按水泥土施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理。

4.2.7 養(yǎng)護(hù)要求

一是固化穩(wěn)定土碾壓成型后，不應(yīng)過濕或忽干忽濕。養(yǎng)護(hù)期不宜少于7d；二是固化穩(wěn)定土成型后，其未達(dá)到強(qiáng)度要求之前3d，應(yīng)限制水泡。

5.現(xiàn)場實(shí)測技術(shù)參數(shù)分析

通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場施工檢測，進(jìn)一步證明：YTG固化土較水泥土早期強(qiáng)度增長快，且早期強(qiáng)度高，8%摻量的YTG固化土7d強(qiáng)度相當(dāng)于16%摻量水泥土28d強(qiáng)度。YTG固化土較水泥土易于拌和均勻，采用路拌機(jī)拌和完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工簡單。未經(jīng)外加功能壓實(shí)時，是一種處于松散狀特的混合物，強(qiáng)度低，只有將固化土加壓密實(shí)，使土粒緊密連接，才能保證固化土具有應(yīng)有的強(qiáng)度。試驗(yàn)表明干密度每增加0.1t/m3，抗壓強(qiáng)度就增加0.76～1.16MPa，由此可見，增加固化土的干密度可以大幅度提高固化土的強(qiáng)度。固化土固結(jié)反應(yīng)能夠在水和空氣中硬化，徹底解決了常溫下被固結(jié)各類巖土的水穩(wěn)定性問題。

6.結(jié)論

一是固化土能夠在水和空氣中硬化，強(qiáng)度在28d內(nèi)可達(dá)85%以上，這對工程安全及整個工程工期有著重大意義；二是固化土可以就地取材，施工方便、成本低、工期短；三是固化土與水泥土相同時，28d能達(dá)到強(qiáng)度85%左右，其強(qiáng)度可達(dá)水泥土90d的2～3倍；四是固化土的應(yīng)用，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)保效益。為渠道防滲工程提供一種新的可靠的材料和技術(shù)。