淺析土壤固化劑在鐵路路基處理中的應(yīng)用

程素麗

（山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030013）

0 引言

在我國的鐵路施工工程中，路基建設(shè)所采用的材料大多沿用傳統(tǒng)施工中所使用的石灰、混凝土、礦渣以及砂石的混合物進(jìn)行施工，為了突破傳統(tǒng)施工中材料使用的諸多限制，部分工程通過使用土壤固化劑來滿足鐵路施工對材料性能的需求。土壤固化劑是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型建筑材料，其不僅具有較為良好的施工性能，同時(shí)該材料的使用同樣也能夠滿足綠色施工的需求，因此，土壤固化劑在國內(nèi)的鐵路道路施工中備受關(guān)注，廣為應(yīng)用。

1 土壤固化劑的作用原理及優(yōu)勢

1.1 土壤固化劑的使用性能

在鐵路工程的施工過程中，路段內(nèi)的土壤是施工建設(shè)最重要的組成部分，并且是鐵路路基及路床等建設(shè)的基礎(chǔ)條件。但在實(shí)際的建設(shè)過程中，由于不同地區(qū)的土壤具有不同的特性，所以施工過程也會(huì)受到地區(qū)內(nèi)土壤特性的影響。比如，在一些氣候濕潤的地區(qū)，其土壤的水分含量較高，而在這一類地區(qū)建設(shè)鐵路工程，鐵路路基必然會(huì)受到土壤中水分的侵蝕，時(shí)間久了，鐵路路基的混凝土容易出現(xiàn)開裂以及凹陷等現(xiàn)象，繼而使得鐵路的路基結(jié)構(gòu)受到破壞。為了解決當(dāng)前鐵路施工建設(shè)中的這一問題，施工人員往往會(huì)采用土壤固化劑，來解決混凝土與混凝土材料在鐵路施工中的缺陷。從土壤固化劑的使用性能來看，土壤固化劑不僅具有和混凝土同樣的本質(zhì)性能，即能夠使土壤固結(jié)，同時(shí)，還能夠進(jìn)一步提高凝固后的土壤強(qiáng)度，且由于固化劑與建設(shè)材料混合在凝固后很少出現(xiàn)微孔的現(xiàn)象，所以即使當(dāng)?shù)赝寥浪趾慷?，以土壤固化劑為材料而建設(shè)的工程結(jié)構(gòu)也不會(huì)受到水的侵蝕與影響，并且能夠大大地提高鐵路道路路基的使用壽命，并且降低后期道路的維護(hù)頻率。

1.2 土壤固化劑施工與傳統(tǒng)施工的差異表現(xiàn)

相比傳統(tǒng)的鐵路路基施工方案，固化劑施工方案具有更加顯著的使用特征。首先，從使用結(jié)構(gòu)上來看，傳統(tǒng)的鐵路道路路基本體由多層組成，表層為不同材料筑成的路基面，下面是具有不同厚度的碎石層以及砂石層，最后便是施工前期經(jīng)過調(diào)整的土層。而固化劑施工方案的結(jié)構(gòu)差異則表現(xiàn)在不同路層的組合以及結(jié)構(gòu)當(dāng)中，比如，常見的以土壤固化劑施工方案為主的鐵路路基分為三層，并且運(yùn)用土壤固化劑結(jié)合其他材料的混合土層代替?zhèn)鹘y(tǒng)鐵路路基當(dāng)中的碎石層。這種結(jié)構(gòu)具有十分突出的應(yīng)用優(yōu)勢，固化土層能夠直接作用下層的素土層，同樣也能夠?qū)ι蠈勇访嫫鸬街蔚淖饔?，且由于中間層的厚度增加，所以鐵路路基的抗壓能力能夠得到進(jìn)一步提高，并且整體路段不易出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。從中可以看出，盡管土壤固化劑施工方案當(dāng)中的路基下土層數(shù)相較于傳統(tǒng)施工方案較少，但其總體強(qiáng)度卻高于傳統(tǒng)施工方案的路基強(qiáng)度，并且還能夠大幅度減少傳統(tǒng)施工方案當(dāng)中細(xì)砂石以及碎石材料的使用，減少材料成本的耗費(fèi)。

1.3 不同土壤固化劑類型的作用優(yōu)勢表現(xiàn)

從土壤固化劑的成分構(gòu)成角度來看，不同成分構(gòu)成的土壤固化劑具有不同的使用性能以及特征，這使施工中對土壤固化劑的使用具有可選擇性，施工人員可以根據(jù)施工工作的實(shí)際需求來選擇土壤固化劑的種類。例如，在部分干旱的地區(qū)內(nèi)，當(dāng)?shù)赝寥酪驓夂颦h(huán)境的干旱而產(chǎn)生一種親水性，并且內(nèi)部常以疏松多孔的狀態(tài)為主，且在降水的過程中，此類性質(zhì)的土壤極其容易出現(xiàn)內(nèi)陷的現(xiàn)象。這樣，地區(qū)內(nèi)降水便會(huì)對當(dāng)?shù)氐耐寥罓顟B(tài)造成影響，繼而阻礙鐵路路基的建設(shè)以及后期維護(hù)。針對這一類型的問題，EN—1類型的土壤固化劑十分適用于該地區(qū)的鐵路路基施工中，其原因在于這一類型的土壤固化劑內(nèi)部具有酸基化合物，并且具有高沸點(diǎn)以及高密度的物理特性，這種固化劑材料與路基材料當(dāng)中的石灰以及煤灰等進(jìn)行結(jié)合，能夠有效地使材料形成沉積巖狀的板塊，從而使土壤的密度得到進(jìn)一步提高，這樣，該地區(qū)土壤的親水性就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷缘奶卣?，從而使在?dāng)?shù)芈范蔚蔫F路路基建設(shè)中，土壤的承載能力能夠適應(yīng)路基建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。而在當(dāng)前土壤固化劑的研究中，仍然存在更多不同性能的土壤固化劑，其不同的作用原理能夠適應(yīng)大多數(shù)鐵路路基施工的實(shí)際需求，并且能夠有效地提高鐵路路基的建設(shè)質(zhì)量。

2 土壤固化劑在鐵路道路施工中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 土壤固化劑在水泥固化施工中的應(yīng)用

在鐵路的路基施工中，為了進(jìn)一步優(yōu)化水泥路基建設(shè)的質(zhì)量，并且提高路基的抗壓強(qiáng)度，施工人員往往會(huì)在水泥固化施工技術(shù)的應(yīng)用過程中，使用土壤固化劑。而在具體的施工過程中，施工人員首先需要結(jié)合施工規(guī)劃中對土方量的應(yīng)用需求，將土方填入施工路段的路床范圍之內(nèi)。之后，施工人員需要采用壓機(jī)來將土方路床壓平，比如運(yùn)用人工配合推土機(jī)減少鐵路路床內(nèi)的土壤間隙，從而為后續(xù)土壤固化劑的使用奠定基礎(chǔ)。而在使用土壤固化劑的過程中，工作人員首先需要對鐵路路床范圍內(nèi)具有代表性的施工點(diǎn)進(jìn)行測試，測試的內(nèi)容主要以路段土壤的含水量為主，以此來推算出后續(xù)作業(yè)中的補(bǔ)水總量，這樣，工作人員能夠?qū)⑼扑阃瓿傻难a(bǔ)水量以及土壤固化劑的使用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與核算，繼而在實(shí)際施工的過程中，將所需的補(bǔ)水量與固化劑一同攪拌，按照施工路段的實(shí)際范圍進(jìn)行鋪勻。且從一般的工程應(yīng)用情況來看，固化劑與補(bǔ)水溶液的平鋪應(yīng)當(dāng)使用具有壓力式的灑水車來進(jìn)行工作，并且為了優(yōu)化固化劑的使用效果，施工中往往會(huì)將固化劑與水溶液平鋪2～3次，直至路床的固化層成型之后便可以開始封層。這樣，鐵路路床的初步固化工作便能夠順利完成，而這也為后期的路基建設(shè)工作奠定了基礎(chǔ)。

2.2 不同路段內(nèi)土壤固化劑的應(yīng)用

為了優(yōu)化土壤固化劑在鐵路施工建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用效果，施工人員會(huì)對施工的實(shí)情進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且提前規(guī)劃對土壤固化劑的使用，確保不同路段內(nèi)的土壤固化劑能夠發(fā)揮出最佳的應(yīng)用效果。例如，在某地區(qū)的穿山鐵路施工過程中，為了建設(shè)山內(nèi)隧道的鐵路路基，并使隧道內(nèi)的路基能夠保持與其他路基具有相同的應(yīng)用強(qiáng)度，施工人員通過對當(dāng)?shù)厣蕉此淼赖牡乩項(xiàng)l件進(jìn)行分析，得出路基建設(shè)中土壤固化劑的最佳使用量，以及路基固化層的最佳位置與厚度。而在實(shí)際的過程中，隧道外的路基下地層運(yùn)用煤灰材料進(jìn)行壓實(shí)，并且在素土層之上使用適量的土壤固化劑，待到土壤固化劑完全作用之后，施工人員再對其他的土層進(jìn)行建設(shè)。而在隧道內(nèi)的路基下地層建設(shè)當(dāng)中，施工人員考慮到隧道內(nèi)的環(huán)境相較于外界更加潮濕，所以對路基下的固化層位置進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并通過運(yùn)用固化層來阻擋潮氣與濕氣對混凝土層的侵蝕，這樣，隧道內(nèi)外的鐵路道路基層不僅能夠保持相同的運(yùn)行強(qiáng)度，同樣還能夠在后期正式投入使用的過程中，適應(yīng)不同路段內(nèi)的環(huán)境條件，極大地提高了穿山鐵路路段的強(qiáng)度以及使用壽命。

2.3 固化土混合料的應(yīng)用配比設(shè)計(jì)

在應(yīng)用土壤固化劑進(jìn)行鐵路路基的施工過程中，施工人員必須要對現(xiàn)場的實(shí)際情況，包括環(huán)境以及地理?xiàng)l件，來對固化土混合料中各種材料的應(yīng)用配比進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使土壤固化劑的使用能夠滿足無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求。而在實(shí)際的施工過程中，較為常見的固化土混合料應(yīng)用配比為不同原材料與固化劑的混合，比如硅酸鹽水泥、煤矸石以及黏土等材料，而在配比的具體應(yīng)用過程中，不同種類的材料以及材料的使用量，都會(huì)影響路基下層的凝固速度。比如，常規(guī)的硅酸鹽水泥的初始凝固時(shí)間大約在3～5h之間，而在具體的施工過程中，施工人員會(huì)嚴(yán)格地觀察硅酸鹽混凝土的凝固狀態(tài)，進(jìn)而施以土壤固化劑進(jìn)行加固，而針對這一類型的硅酸鹽混凝土，土壤固化劑的應(yīng)用也會(huì)選擇固化作用快、強(qiáng)度高的固化劑類型，這樣，土壤固化劑的應(yīng)用就能夠使鐵路路基的抗壓強(qiáng)度提高40%。所以，在土壤固化劑的具體應(yīng)用過程中，不同固化劑的選擇與原材料的搭配，能夠起到不一樣的作用效果，而這也會(huì)成為土壤固化施工研究的切入點(diǎn)。

3 土壤固化劑的應(yīng)用案例與分析

在建造某鐵路某段路段的工程中，施工人員提前對路段的延伸方向以及具體范圍進(jìn)行了考察，并且初步擬定運(yùn)用固化土基層以及煤矸石層來建設(shè)鐵路路基。

3.1 前期準(zhǔn)備與試驗(yàn)觀察

為了選擇適合該地段鐵路路基建設(shè)的土壤固化劑，施工人員通過運(yùn)用試驗(yàn)以及模擬的方法，來進(jìn)一步探究使用土壤固化劑的固化土層的最佳含水率以及固化劑使用量，且由于試驗(yàn)當(dāng)中的固化土基層的混合料成分，以及底基層的混合料成分主要以素土以及混凝土的混合料為主，所以土壤固化劑的使用量以及使用類型成為唯一需要考究的準(zhǔn)備工作要點(diǎn)。在完成試驗(yàn)與準(zhǔn)備工作之后，施工人員通過結(jié)合施工路段內(nèi)混合料底層的含水率數(shù)據(jù)以及干密度數(shù)據(jù)，總結(jié)出有關(guān)固化劑的使用方法，并且規(guī)劃固化劑的混合采用水泥外摻的方式進(jìn)行混合攪拌。

3.2 具體施工應(yīng)用

為了盡可能減少固化土層中對材料的耗費(fèi)，施工人員將整體施工路段分為三種類型，并且采用不同的鐵路路基建設(shè)方式。首先，在深度較低的鐵路路基建設(shè)當(dāng)中，施工人員在鐵路路床壓實(shí)之后，采用深度為200mm的煤矸石層進(jìn)行填充，并且將固化土的路基層設(shè)置在該土層的上方，再用較薄的碎石層進(jìn)行最后的填充，完成基礎(chǔ)的路基建設(shè)。而在深度正常的鐵路路段路基建設(shè)當(dāng)中，為了進(jìn)一步提高路基的穩(wěn)定程度，施工人員將固化土基層的厚度提高5cm，并且將煤矸石層替換為固化的土底基層，使相鄰的固化土層能夠起到相互支撐的作用。而在深度較高的路段路基施工中，為了在保持路基強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高該路段的耐侵蝕能力，施工人員通過抬高路段內(nèi)路床高度，并且將固化土層以及固化土基層內(nèi)部的固化劑混合量分別控制在0.19%和0.14%的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，使該路段各階段基層強(qiáng)度能夠與其他路段相互協(xié)調(diào)。

3.3 采用土壤固化劑土層的養(yǎng)護(hù)工作

為了保障在后續(xù)的鐵路施工過程中，鐵路路基內(nèi)部的固化土層不會(huì)出現(xiàn)異常狀況，施工人員對使用土壤固化劑的基層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。首先，由于路段內(nèi)的固化土基層在混料之后便直接完成成型，所以，針對這一類路段所采取的養(yǎng)護(hù)措施為持續(xù)一周的養(yǎng)護(hù)，并且分為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6d、水養(yǎng)1d。其次，混料4h之后成型的固化土基層的平均強(qiáng)度較低，所以在養(yǎng)護(hù)的過程中，施工人員采取時(shí)長7d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。從最終的養(yǎng)護(hù)效果來看，使用土壤固化劑進(jìn)行建造的土層在養(yǎng)護(hù)前后具有明顯的狀態(tài)差異，并且整體的強(qiáng)度有所提高。

3.4 土壤固化劑應(yīng)用分析

從該案例中對土壤固化劑的使用情況可以看出，土壤固化劑經(jīng)過與原材料的混合、悶料以及養(yǎng)護(hù)等工作，最終形成多層鐵路路基結(jié)構(gòu)，并且鐵路路基的應(yīng)用強(qiáng)度十分可觀，而這一優(yōu)勢為后續(xù)軌道的鋪設(shè)以及道路表層的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。從總體上來看，土壤固化劑的使用成功地將鐵路路基建設(shè)的質(zhì)量與效果進(jìn)行了提高，并且強(qiáng)化了鐵路路基的使用性能，具有十分明顯的應(yīng)用價(jià)值。

4 在路基建設(shè)中應(yīng)用土壤固化劑的注意事項(xiàng)

4.1 明確土壤固化劑的各項(xiàng)施工數(shù)據(jù)

在鐵路施工建設(shè)中，施工人員在運(yùn)用土壤固化劑之前，必須明確各項(xiàng)有關(guān)土壤固化劑應(yīng)用的數(shù)據(jù)，其中包括：使用土壤固化劑地層的縱橫斷面標(biāo)高、土壤固化劑的摻雜量、土壤固化劑與原材料的配比成分等。而在具體的施工過程中，施工人員可以采用測量放線的調(diào)研方式，來對施工內(nèi)的鐵路路段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，進(jìn)而通過放置水準(zhǔn)測量線，來初步規(guī)劃地基各層的橫斷面標(biāo)高數(shù)據(jù)，最終合理地調(diào)整路基下固化土層的高度數(shù)據(jù)與位置。而在考慮土壤固化劑的使用參數(shù)過程中，施工人員必須要著重考慮施工環(huán)境以及土壤的成分，進(jìn)而再對土壤固化劑的類型進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，提高該材料在施工過程中的適用性。比如，在配比固化劑的過程中，施工人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛞约笆┕ぢ范蝺?nèi)的土質(zhì)，來將與固化劑配比的補(bǔ)水總量控制在最佳含水率2%的狀態(tài)之間，并且在建造固化土層的過程中，施工人員可以將土層分兩次建造完成，從而提高固化劑的作用速度。

4.2 土壤固化劑使用后的土層碾壓整形

在完成對固化劑土層的建設(shè)之后，施工人員需要結(jié)合路段內(nèi)的寬距、土層的厚度以及結(jié)構(gòu)等信息數(shù)據(jù)，選擇適合路寬以及機(jī)輪距相協(xié)調(diào)的壓路機(jī)械，來進(jìn)行土層的碾壓整形。且在進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)的過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整速度，從而讓土壤固化劑能夠充分地與土層材料發(fā)生作用，減少鐵路路基內(nèi)部的間隙，并且采用縱向進(jìn)退式的碾壓方式，防止路基表面出現(xiàn)松散推移的現(xiàn)象。從總體上來看，對土壤固化層壓實(shí)工作的注意事項(xiàng)，主要圍繞土層狀態(tài)、土壤固化劑反應(yīng)作用等內(nèi)容來展開，施工人員應(yīng)當(dāng)妥善運(yùn)用碾壓整形，進(jìn)一步優(yōu)化土壤固化劑的應(yīng)用效果。

4.3 土壤固化劑應(yīng)用后的養(yǎng)護(hù)注意事項(xiàng)

從大多數(shù)鐵路路基施工的養(yǎng)護(hù)現(xiàn)象來看，針對土壤固化劑應(yīng)用后的養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)當(dāng)控制在一周以上，而在養(yǎng)護(hù)的過程中，施工人員應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：（1）為了防止土壤固化劑應(yīng)用效果不充分，施工人員應(yīng)當(dāng)時(shí)刻保持固化層的濕潤，并且做好灑水養(yǎng)生。（2）為了降低外部環(huán)境因素對土壤固化劑應(yīng)用后所產(chǎn)生的影響，施工人員應(yīng)當(dāng)采用封層的方式，來對采用固化劑的固化層進(jìn)行密閉養(yǎng)護(hù)。而常見的密閉養(yǎng)護(hù)方式有：塑料薄膜養(yǎng)生、鋪土養(yǎng)生等。（3）施工人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行思考，并且促進(jìn)固化層內(nèi)部的土壤固化劑能夠在養(yǎng)生工作的作用下，使內(nèi)部凝固效果得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

5 結(jié)束語

總的來說，從現(xiàn)有土壤固化劑的施工使用案例來看，土壤固化劑具有十分優(yōu)良的施工使用性能，運(yùn)用土壤固化劑來建設(shè)鐵路道路路基，不僅能夠有效地提高建設(shè)鐵路道路路基的堅(jiān)固程度、抗侵蝕程度，還能夠有效地減少施工中對其他材料的不必要浪費(fèi)。因此，著重發(fā)揮土壤固化劑在鐵路道路施工工程中的應(yīng)用優(yōu)勢，是優(yōu)化當(dāng)前中國鐵路工程建設(shè)效果的重要途徑，同樣也是促進(jìn)建筑施工綠色化的必然要素。