土體熱加固方法的研究進(jìn)展

樊恒輝，倪曉逸，孟敏強(qiáng)，楊秀娟，張 路

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院， 陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 巖土工程研究所/特殊巖土博物館， 陜西 楊凌 712100)

土體熱加固方法是人類(lèi)在改造自然過(guò)程中，為了提高土體的工程性質(zhì)而采用的加固技術(shù)之一。它屬于一種物理化學(xué)加固方法，既包括脫水干燥的物理過(guò)程，又包括黏土礦物在高溫作用下發(fā)生質(zhì)變的化學(xué)過(guò)程。本方法歷史悠久，早在我國(guó)新石器時(shí)代，先人們就開(kāi)始采用熱加固方法對(duì)房屋的墻體和地坪進(jìn)行處理，提高其堅(jiān)固性和耐水性，并能起到防潮防寒的目的[1-2]。隨著工程實(shí)踐的需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們又重新開(kāi)始審視并應(yīng)用此項(xiàng)古老的技術(shù)。文獻(xiàn)查閱表明，M.M菲拉托夫團(tuán)隊(duì)于20世紀(jì)20年代通過(guò)室內(nèi)和室外試驗(yàn)確定了土在高溫(400℃、800℃以及大于1 000℃)條件下的適應(yīng)性[3]。此后熱加固法被應(yīng)用于各種不良地基的處理中， 奧斯塔舍夫、李特維諾夫、斯捷普拉[3]、宋漢堂[4]、談鵬燕等[5]通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了高溫可有效消除黃土濕陷性，并在熱加固工藝方面做了許多研究，包括熱源和加熱方法選擇、鉆孔結(jié)構(gòu)改善、利用電能等。近年，熱處理多作為一種協(xié)同手段出現(xiàn)在工程加固的各類(lèi)方法中，鄧岳保等[6-7]、王天園等[8]、劉干斌等[9]、尹鐵鋒等[10]、白冰等[11]從固結(jié)原理入手，利用升溫引起的熱膨脹與超靜孔壓，通過(guò)理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證，探索改良了地基熱排水固結(jié)法，大大加快了固結(jié)效率，減小了工后沉降[12]。除了傳統(tǒng)的工程加固，熱加固方法在環(huán)境巖土土壤修復(fù)[13]、古遺跡加固[14]等方面的作用也越來(lái)越引人注目。

熱加固方法的本質(zhì)是高溫對(duì)土體物理、化學(xué)、力學(xué)、生物等性質(zhì)的影響，除了土木工程地基處置以外，還涉及農(nóng)業(yè)工程、地質(zhì)工程、水利工程、交通工程等眾多領(lǐng)域。如污染土的土壤熱修復(fù)技術(shù)、核廢料地質(zhì)處置膨潤(rùn)土緩沖/回填材料、地?zé)崮茉撮_(kāi)發(fā)與利用、輸熱地埋管線、土質(zhì)隧道火災(zāi)修復(fù)等諸多方面[15-18]。

本文基于土體熱加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及實(shí)際需求，提出了熱土的概念與分類(lèi)，闡述了土體熱加固技術(shù)的方法與機(jī)理，分析了高溫下土體工程性質(zhì)的變化規(guī)律，列舉了相關(guān)工程案例，指出了熱土研究領(lǐng)域中存在的若干問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)的研究方向做了展望。

1 熱土的概念與分類(lèi)

1.1 熱土的概念

土體熱加固方法，是指通過(guò)一定技術(shù)手段使土體經(jīng)歷一定時(shí)間的高溫作用，改變其性質(zhì)和成分，進(jìn)而使土體獲得較高的水穩(wěn)性和力學(xué)強(qiáng)度的處理方法。由于土體經(jīng)加熱改良后具有獨(dú)特的力學(xué)、滲透與變形性質(zhì)，且這種改良大多具有不可逆性[19]。因此，可在現(xiàn)有的特殊土分類(lèi)中增加一類(lèi)土—熱土，用于描述經(jīng)過(guò)熱效應(yīng)作用后具有獨(dú)特的物理、化學(xué)、生物、微觀結(jié)構(gòu)及工程力學(xué)等性質(zhì)的土體。所以，熱土的概念可總結(jié)為，是指經(jīng)過(guò)熱效應(yīng)作用后土體的物理化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)特征和工程特性發(fā)生顯著改變的土。

1.2 熱土的分類(lèi)

由于受熱溫度的高低不同，土體的工程性質(zhì)、生物學(xué)性質(zhì)會(huì)受到不同的影響。因此，根據(jù)溫度的高低，將熱土分為低熱土(60℃～300℃)、中熱土(300℃～600℃)和高熱土(600℃以上)。此外，熱土還可根據(jù)受熱方式不同、熱加固方法不同等進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)受熱方式不同，可分為主動(dòng)受熱土、被動(dòng)受熱土，前者如地基處置中采用燃油、天然氣等加熱固化的地基土，后者如核廢料地質(zhì)處置中由于核泄露輻射造成膨潤(rùn)土緩沖材料受熱、土質(zhì)隧道火災(zāi)等。根據(jù)熱加固方法不同，可分為熱源熱土和微波熱土。

2 熱加固的方法與機(jī)理

加熱固化土體的方法有多種，根據(jù)加熱機(jī)理不同可將熱加固分為熱源加熱和微波加熱兩種方式。

2.1 熱源加熱機(jī)理

熱源加固方法指利用高溫氣體[20]、電熱絲[5]等熱源在加熱孔中長(zhǎng)時(shí)間焙燒，使孔壁升溫產(chǎn)生溫度梯度，進(jìn)而傳遞到整個(gè)待處理土層中，以達(dá)到相應(yīng)處理溫度的加固方法。其原理與燒結(jié)磚類(lèi)似，主要用于黏土工程中，通過(guò)提高土體環(huán)境溫度，使土體中水分蒸發(fā)，土顆粒收縮凝聚，改變?cè)械乃缮⒖紫督Y(jié)構(gòu)與礦物相，直至土顆粒熔融重新凝固形成致密結(jié)構(gòu)，根據(jù)土中水的變化大致分為四個(gè)階段[3,21-24]：

(1) 干燥階段：從室溫開(kāi)始，土體表面的物理吸附水和層間吸附水不斷蒸發(fā)，顆粒周?chē)适Щハ嗫拷l(fā)生氣成收縮，溫度升至100℃～150℃，游離水脫附完全。

(2) 脫水階段：此時(shí)強(qiáng)結(jié)合水開(kāi)始脫附，升溫到200℃～300℃時(shí)，部分熱穩(wěn)定性極差的礦物開(kāi)始發(fā)生分解，土顆粒進(jìn)一步靠近，發(fā)生火成收縮，400℃～500℃時(shí)，火成收縮最為顯著，此時(shí)土體性質(zhì)具有可逆性。

(3) 焙燒階段：繼續(xù)升溫，結(jié)構(gòu)水脫附，發(fā)生去羥基反應(yīng)，引起結(jié)晶格架軟化和破壞，土體中的大多數(shù)礦物發(fā)生相變，部分顆粒出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。

(4) 熔化階段：焙燒溫度達(dá)到1 000℃以上時(shí)，土顆粒熔融流動(dòng)，土體進(jìn)入熔化狀態(tài)，孔隙結(jié)構(gòu)破壞，冷卻后形成新的致密結(jié)構(gòu)。

2.2 微波加熱機(jī)理

微波即波長(zhǎng)范圍在1 mm～1 m間，頻率范圍在3.0×102～3.0×105MHz之間，具有波粒二象性的電磁波。微波加熱法指利用微波發(fā)射裝置照射待處理土層，以提高其溫度的方法。原理是利用微波的傳輸特性，通過(guò)分子與電磁場(chǎng)相互作用傳遞能量，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為熱能，使介質(zhì)土層被加熱，具體機(jī)理包括偶極極化(極性分子高速運(yùn)動(dòng)，平均動(dòng)能大幅提高)、離子導(dǎo)電(電子或離子流動(dòng)產(chǎn)生電流通過(guò)電阻產(chǎn)熱)和界面極化(可視為上述兩種機(jī)理綜合作用)三種[25-28]。

熱源加熱方式中，通過(guò)對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射的方式，將熱量由表及里地傳遞至土體中使水分蒸發(fā)，能量傳遞的原始推動(dòng)力是溫度梯度；而微波加熱不需要任何熱傳導(dǎo)過(guò)程，直接通過(guò)微波在土體內(nèi)部的介電損耗將能量轉(zhuǎn)移給分子或原子，這種獨(dú)特的原位能量轉(zhuǎn)移方式有別于熱源加熱方式。由于電磁波具有穿透性，所以與熱源加固技術(shù)相比，可做到土料內(nèi)部和表面溫度同時(shí)迅速升高，從而大大提高了加熱速度。

3 熱加固對(duì)土體工程性能的影響

土體經(jīng)加熱處理后，它的物理、化學(xué)、生物、微觀結(jié)構(gòu)、礦物成分等均會(huì)發(fā)生變化，尤其在高溫處理后土體的力學(xué)、穩(wěn)定和變形等工程性質(zhì)方面的變化最為顯著。

3.1 物理性能方面的影響

Towhata等[29]研究認(rèn)為60℃、110℃、200℃下高嶺土和蒙脫土液塑限不隨溫度變化而變化。松尾新一郎[21]研究發(fā)現(xiàn)土在400℃～600℃之間的塑性指數(shù)隨溫度升高而急劇降低，認(rèn)為在此溫度梯段某種黏土礦物再結(jié)晶使得土體在親水性方面產(chǎn)生了不可逆的變化。張登良[30]詳細(xì)研究了100℃～1 140℃之間西安黃土的物理性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)土樣在400℃～500℃時(shí)顏色逐漸變紅，在900℃～1 000℃時(shí)顏色逐漸變?yōu)樽厣粺孰S著溫度的升高而增大；在0℃～100℃和900℃以上時(shí)收縮率隨著溫度的升高而增大，而在100℃～900℃之間體積基本無(wú)變化。陳正發(fā)等[31]通過(guò)對(duì)22℃～200℃下上海軟黏土的研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，土體干密度增大，飽和度減小，呈現(xiàn)出加熱硬化現(xiàn)象；高溫環(huán)境對(duì)土體導(dǎo)熱系數(shù)有積極作用，初始含水率越高，有效導(dǎo)熱系數(shù)越大；但相應(yīng)土體升溫會(huì)變慢，總的來(lái)說(shuō)，土體的導(dǎo)熱性能較差，且土層越深，傳熱越困難[32-33]。

3.2 化學(xué)性能方面的影響

Verdes等[34]研究認(rèn)為220℃以下的溫度對(duì)土體的物理化學(xué)性質(zhì)影響并不大；而220℃～460℃之間的溫度會(huì)加快有機(jī)質(zhì)分解，破壞土體結(jié)構(gòu)；460℃以上的溫度會(huì)去除土體的羥基，對(duì)碳酸鹽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的破壞。同時(shí)隨著溫度的升高，土體中的礦物成分會(huì)發(fā)生分解、氧化還原等一系列反應(yīng)，生成新的礦相。Andreu等[35]研究了La Concordia土經(jīng)高溫作用后不同化學(xué)成分的變化，結(jié)果如表1所示。Edivaldo等[36]研究了刀耕火種模式下25℃～650℃土體的變化，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，土體pH值增加，有機(jī)質(zhì)含量降低，各化學(xué)成分發(fā)生不同的增減，綜合比對(duì)得到350℃是改良土壤營(yíng)養(yǎng)含量的最佳溫度，且相較于加熱時(shí)間，峰值溫度對(duì)土體化學(xué)成分的影響更大。

表1 加熱處理后La Concordia土化學(xué)成分變化

3.3 生物學(xué)性能方面的影響

Verdes等[34]提出多數(shù)生物體在100℃左右便會(huì)死亡。Daniel等[37]研究認(rèn)為適當(dāng)?shù)娜紵艽龠M(jìn)植物生成更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有利；而長(zhǎng)期或季節(jié)性的燃燒往往會(huì)引起演替速率的變化，改變地上和地下的物種組成。此外，水文功能的變化會(huì)使得小型和大型動(dòng)物減少，微生物種群也會(huì)發(fā)生變化。劉銀良等[38]通過(guò)研究大興安嶺火災(zāi)后的沼澤土壤的變化得出火災(zāi)使土壤中的微生物數(shù)量明顯增加并有向縱深發(fā)展趨勢(shì)，高溫使土壤呼吸強(qiáng)度升高, 說(shuō)明火災(zāi)后沼澤土壤中微生物活動(dòng)加強(qiáng)，物質(zhì)轉(zhuǎn)化趨于活躍。Ashutosh等[39]分析了印度熱帶干旱森林夏季野火后一年中土壤微生物特性的變化，驗(yàn)證了劉銀良等人的結(jié)論，并且得出土壤的微生物特性的季節(jié)性波動(dòng)不會(huì)被火災(zāi)影響，在森林生態(tài)中火災(zāi)造成的影響會(huì)逐漸修復(fù)。

3.4 微觀結(jié)構(gòu)性能方面的影響

隨著熱處理溫度的升高，土體比表面積逐漸減少，層結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷，表面吸附能力降低[40-41]，土顆粒表面平滑度提高，影響顆粒與顆粒、顆粒與水的相互作用[42]。根據(jù)燒結(jié)理論，加熱溫度較低時(shí)，土顆粒之間主要是點(diǎn)接觸，隨著溫度的升高，土體失水導(dǎo)致顆粒收縮凝結(jié)，團(tuán)聚體增大，大孔總體積隨溫度升高而增大，孔隙數(shù)量增多，在100℃～700℃左右范圍內(nèi)，微孔體積也與溫度呈正相關(guān)，孔隙度隨溫度的升高而增大。隨著溫度進(jìn)一步提高，顆粒邊緣出現(xiàn)熔融，填充到孔隙結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致微孔體積縮小直至消失，孔隙度降低，顆粒之間出現(xiàn)新的接觸形式，細(xì)小顆粒開(kāi)始形成晶界并不斷發(fā)展直至土顆粒液化流動(dòng)進(jìn)一步填充氣孔，使孔隙變小變密，形成致密結(jié)構(gòu)[22,41,43-45]。

3.5 礦物變化方面的影響

隨著溫度的升高，550℃左右土體中的高嶺石脫羥基生成非晶態(tài)的偏高嶺石相，升溫到900℃以上轉(zhuǎn)變成Al-Si尖晶石, 最后重新結(jié)晶形成莫來(lái)石與方石英；伊利石在升溫過(guò)程中結(jié)構(gòu)遭到破壞，最終生成耐高溫的莫來(lái)石；長(zhǎng)石類(lèi)礦物在溫度低于950℃時(shí)較為穩(wěn)定，隨著溫度繼續(xù)升高，會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)生成熱穩(wěn)定性更高的Al2O3-SiO2體系；綠泥石熔點(diǎn)為1 200℃，在900℃～1 000℃條件下，可分解生成鎂尖晶石、氧化鎂、四氧化三鐵等礦物；蒙脫石在800℃左右轉(zhuǎn)變?yōu)殁}長(zhǎng)石與非晶質(zhì)蒙脫石，升溫至1 000℃非晶質(zhì)蒙脫石形成亞穩(wěn)態(tài)的鎂鋁硅酸鹽相，再繼續(xù)升溫最后分解生成堇青石與少量方石英；石英熔點(diǎn)高達(dá)1 750℃，在熱加固過(guò)程中一般不會(huì)發(fā)生較大的礦相變化[22-23,46-47]。除此之外，土體中其余化學(xué)成分在高溫下也會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成諸如硅酸鈣等熱穩(wěn)定性更高的材料，并且加熱會(huì)使顆粒鍵合得到優(yōu)化，改善其工程性質(zhì)[47-48]。

3.6 力學(xué)性能的影響

松尾新一郎[21]研究了溫度(100℃～800℃)和時(shí)間對(duì)土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，得到抗壓強(qiáng)度隨溫度上升而增強(qiáng)的結(jié)論。100℃～200℃時(shí)，性質(zhì)具有可逆性，浸水恢復(fù)原值；溫度達(dá)到400℃及以上，性質(zhì)變化趨于穩(wěn)定。通過(guò)張棟[49]對(duì)淤泥質(zhì)土的研究，發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度隨著溫度升高而增大的趨勢(shì)與溫度呈反比，與加熱時(shí)間呈正比。費(fèi)康等[50]通過(guò)0℃～60℃下的固結(jié)剪切試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，剪切強(qiáng)度提高，且黏土剪切特性的溫度效應(yīng)較粉土更加明顯。通過(guò)燒結(jié)磚方面的有關(guān)研究，也可佐證高溫加熱能有效提高土體抗壓抗剪強(qiáng)度，并且隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，土體力學(xué)性質(zhì)的提高也更加顯著[51-52]。

3.7 變形性能的影響

Akagi等[53]和Shimizu[54]觀察到升溫會(huì)加速飽和黏土的固結(jié)和二次壓縮。Campanella & Mitchell[55]在不同溫度下開(kāi)展了一系列的一維壓縮試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溫度升高會(huì)產(chǎn)生固結(jié)線的平移，而土體的壓縮指數(shù)與回彈指數(shù)(λ和κ)與溫度無(wú)關(guān)。Eriksson[56]和Tidfors & Sallfors[57]基于改進(jìn)的溫控固結(jié)儀，對(duì)不同黏土進(jìn)行了一維壓縮試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)黏土先期固結(jié)壓力隨著溫度升高而降低[54]。Eriksson[58]、Leroueil[59]、Tidfors[60]對(duì)天然軟黏土進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，將溫度對(duì)土的壓縮和蠕變特性影響與土顆粒間結(jié)合水膜厚度的變化及作用的增強(qiáng)或減弱聯(lián)系起來(lái)，探討了溫度對(duì)黏性土變形和固結(jié)特性的影響。Buodail[61]研究發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)天然黏性土的先期固結(jié)壓力、壓縮過(guò)程曲線、孔隙水壓力影響較大。通常情況下，黏性土的彈性范圍隨溫度的增加而減小，一些學(xué)者則通過(guò)不同溫度下的等溫壓縮試驗(yàn)，得出溫度對(duì)彈性和塑性壓縮系數(shù)影響不一致的結(jié)論。

3.8 滲透性能的影響

Morin等[62]研究了22℃～220℃范圍內(nèi)4種土體的滲透率隨溫度的變化情況，認(rèn)為黏性土的滲透性在孔隙比一定的情況下隨溫度增加而增大。Campanella等[63]和Habibagahi[64]研究了溫度對(duì)黏土固結(jié)系數(shù)及滲透系數(shù)的影響，認(rèn)為升溫會(huì)降低孔隙水的黏性，從而提高土的滲透系數(shù)。朱厚影等[65]通過(guò)對(duì)27℃～95℃紅黏土滲透效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)溫度與滲透性成正比，且受初始干密度與初始含水率的影響。邵玉嫻等[66]認(rèn)為土體滲透性的溫度效應(yīng)是吸附結(jié)合水量變化的結(jié)果，同時(shí)親水礦物的含量也對(duì)黏土水理特性有較大影響。

4 工程實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)

4.1 日本北路干線金沢地區(qū)試驗(yàn)施工

1965年日本的國(guó)有鐵路為了研究熱加固技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，在北路干線金沢地區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)施工。該地區(qū)自修筑開(kāi)始到營(yíng)業(yè)后，發(fā)生了2～3次坡面崩塌，路面基層沉降顯著。試驗(yàn)采用自然通風(fēng)燃燒方式(開(kāi)口式)，在坡面用高溫處理的方式做成L型磚狀擋土墻，從而防止坡面崩塌。工程長(zhǎng)度約90 m，孔間距2 m。通過(guò)高溫加熱處理之后，該地區(qū)土樣基本干燥，顆粒相對(duì)密度下降，干密度增大，液限下降，塑限下降，塑性指數(shù)下降，砂含量增大，粉土含量降低，黏土含量降低，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大。燒結(jié)效果好，在爐口凝固成直徑約1.5 m、長(zhǎng)度約7.5 m的圓錐形，該部分強(qiáng)度是原地基強(qiáng)度的10倍～20倍，可形成L型圓錐狀的磚孔壁[21]。

4.2 西安紡織城醫(yī)院門(mén)診樓地基下沉熱加固處理

該地區(qū)門(mén)診樓于1978年建成，1979年發(fā)現(xiàn)裂紋，后用白灰樁加固。1981年又出現(xiàn)裂紋，將室外散水下2 m換填3∶7灰土，并加寬散水至6 m，此后下沉仍繼續(xù)，已影響建筑物的正常使用。后經(jīng)研究決定采用熱加固及擠壓注漿方法進(jìn)行地基強(qiáng)化，消除濕陷。在該醫(yī)院地基事故較為嚴(yán)重的部位布置燒結(jié)孔8個(gè)，孔深12 m，孔徑15 cm，穿過(guò)整個(gè)濕陷性黃土層，施工歷時(shí)3個(gè)半月。燃料為液化石油氣。燒結(jié)溫度控制在600℃～900℃。燒結(jié)孔位置緊靠基礎(chǔ)，使得基礎(chǔ)下土體燒結(jié)孔外半徑約1 m內(nèi)，均能在長(zhǎng)時(shí)間高溫下燒結(jié)。經(jīng)熱加固后該地基趨于穩(wěn)定，安全投入使用[67]。

4.3 前蘇聯(lián)扎波羅什斯克玻璃廠車(chē)間煙囪地基沉降加固

該廠車(chē)間于1953年建成兩個(gè)磚砌煙囪，地基為濕陷性黃土，1954年5月由于浸水地基開(kāi)始不均勻沉降導(dǎo)致煙囪傾斜，同年10月開(kāi)始采用熱加固法處理地基，在每個(gè)煙囪地基周?chē)_(kāi)挖6個(gè)2 m深的坑道，于每個(gè)坑道底部鉆設(shè)直徑100 mm、深7 m～8 m的鉆孔，進(jìn)行熱加固，兩個(gè)煙囪共置12個(gè)焙燒孔，分4批焙燒，每孔130 h～183 h，焙燒直徑達(dá)2 m，焙燒完成后煙囪傾斜立即停止[20]。

從以上工程實(shí)例中可看出，熱加固處理技術(shù)對(duì)于控制地基沉降、消除黃土濕陷性具有良好的效果，該方法對(duì)原工程擾動(dòng)較小且耗時(shí)短，尤其是對(duì)于含水率較大的地基土，效果顯著，常被用于工程搶險(xiǎn)、工程修復(fù)與不宜換填的軟弱地基處理中。

5 存在的若干問(wèn)題與研究方向

國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，土體在高溫下失水收縮，土顆粒聚集、熔融形成致密結(jié)構(gòu)，內(nèi)部礦物向強(qiáng)熱穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致土體抗壓抗剪強(qiáng)度上升，固結(jié)效率提高，滲透系數(shù)增大。但由于熱加固技術(shù)本身固有的高能耗特點(diǎn)，該方法并未得到普及，其相應(yīng)技術(shù)層面的研究并不成熟，施工技術(shù)與施工工藝也還不完善，對(duì)于熱量在土體中的擴(kuò)散影響、高溫對(duì)土體不良性質(zhì)的改善效果以及加熱后的部分工程性質(zhì)的變化規(guī)律、相應(yīng)機(jī)理的研究也不夠深入。

(1) 由于使用明火、熱空氣作為熱源的常規(guī)加熱法存在加熱不均勻、安全性較差等缺陷，容易出現(xiàn)工程事故，且加固效果不太理想。建議深入研究電熱絲加熱、微波加熱等技術(shù)在地基加固等大型工程中的作用效果、機(jī)理及相應(yīng)技術(shù)方法，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬、實(shí)際操作等各個(gè)方面，綜合能耗、加熱效果等多層面考慮，針對(duì)不同的土質(zhì)及工程問(wèn)題制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

(2) 由于土體本身導(dǎo)熱性較差，熱加固需要消耗大量的能源，建議采用有限元模擬、試驗(yàn)驗(yàn)證等方法，詳細(xì)探究單熱源的作用范圍及多熱源的作用規(guī)律，優(yōu)化加熱孔深度尺寸設(shè)計(jì)及布設(shè)方式，探索降低能耗的技術(shù)手段與新型熱加固設(shè)備。

(3) 目前在土體溫度效應(yīng)的研究中峰值溫度主要集中在200℃以下，對(duì)較高溫度下土體抗拉、抗剪、滲透等基本性能的研究還不夠深入；高溫加熱對(duì)黃土濕陷性具有較好的改善效果，而對(duì)其余特殊土改良方面的研究未見(jiàn)相應(yīng)報(bào)道，未來(lái)可繼續(xù)探索高溫下土體滲透等性質(zhì)的變化情況，研究熱加固法對(duì)分散土、膨脹土等其他特殊土的改性效果與相應(yīng)微觀機(jī)理，為工程應(yīng)用豐富理論基礎(chǔ)。

(4) 溫度場(chǎng)并非單獨(dú)存在的物理場(chǎng)，現(xiàn)實(shí)中往往與應(yīng)力-化學(xué)-滲流-生物等多種場(chǎng)耦合作用，所以需要深入研究高溫處理與初始含水率、作用應(yīng)力、壓實(shí)度等多因素共同影響下土體性質(zhì)的變化規(guī)律，探索核廢料地質(zhì)處置等實(shí)際工程中的多場(chǎng)耦合問(wèn)題，建立相應(yīng)理論模型。

6 結(jié) 語(yǔ)

土體熱加固技術(shù)很早就被應(yīng)用于土木工程實(shí)際中，對(duì)于解決軟弱性及特殊性地基具有很好的效果，如處置濕陷性黃土、軟土熱固結(jié)等方面。目前，在農(nóng)業(yè)工程、地質(zhì)工程、水利工程等領(lǐng)域也有所涉及。土體熱加固技術(shù)由于其本身需要較大的能耗，加固成本相對(duì)比較高，因此也有自身的應(yīng)用與適用范圍，一般適宜于重要工程基礎(chǔ)的原位加固。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，該方法可望得到進(jìn)一步的推廣與應(yīng)用。