黃土固化技術在道路工程路基施工中的應用

賈蘭生

（甘肅省定西公路事業(yè)發(fā)展中心安定公路段，甘肅定西 743000）

1 黃土的力學性能

黃土在我國分布廣泛，位于黃河中上游的甘肅省屬于黃土集中分布區(qū)，這些地區(qū)由于天然石料缺乏，在進行道路工程建設時，多采用黃土改良土作為路基填料，能夠緩解石料稀缺的壓力，同時，還可以達到減少開挖、保護環(huán)境的目的。在工程地質中，黃土屬于特殊土，粉土含量相對較高，黏粒、極細沙、細沙也占有一定的比重?；谄涮厥獬煞郑S土表現出空隙率大、結構疏松、濕陷性強、壓縮性高等物理力學性質。在自重應力和附加應力的共同作用下，很容易出現土體結構破壞，從而降低路基強度，尤其是在水的作用下，會出現嚴重的濕陷性，造成路基下陷、路面開裂，不但會影響交通運行，而且可能會造成嚴重的安全事故。分析判斷黃土是否屬于濕陷性，以及濕陷性強弱程度、濕陷類別、濕陷等級等方面是黃土地區(qū)工程勘察設計的核心問題，必須采取有效的加固改良措施，提高路基結構強度，降低遇水塌陷的風險[1]。

2 黃土的加固方法

黃土路基加固的目的主要有兩方面：（1）提升土體結構強度；（2）提高土體水穩(wěn)定性。從某種程度上講，提高水穩(wěn)定性比提高土體強度更重要，因為黃土在保證壓實度、干燥性的情況下強度較高?，F階段，黃土路基加固主要采用換填法、強夯法、擠密樁法、固化劑處理法等技術，其中，換填法、強夯法、擠密樁法都是物理加固法。換填法是用抗剪強度較高的材料將一定范圍內的黃土替換掉，但由于其土方運輸量大、運輸距離遠，已經很少使用；強夯法主要通過夯錘強大的沖擊力提高土體壓實度，降低黃土的空隙率，緩解黃土濕陷性，具有較好的經濟性，但是不能明顯提高路基的防水效果，而且產生了巨大的噪聲和振動，在某些道路工程中并不適用；擠密樁法能夠減小土體變形、提高承載能力、消除黃土濕陷性，但是對施工技術要求比較高，容易產生一些質量通??；固化劑加固法是通過添加固化劑與黃土發(fā)生物理化學反應，經過碾壓成型后，將黃土固化成“石頭”，達到改善黃土工程力學性能的目的，該方法具有經濟合理、安全可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點。但是不同固化劑作用機理不同，需要根據氣候、水文、地質、施工條件等因素，合理選擇固化劑類型。

3 固化劑作用機理

根據物質組成，固化劑主要類型包括有機型、無機型、生物酶和離子型。實際應用中，必須明確不同類型的固化劑的作用機理，才能做出合理選擇和科學設計。

1）有機型固化劑主要由高分子材料類、環(huán)氧樹脂類、磺化油類、改性水玻璃類等成分構成，通過聚合反應在土壤縫隙中形成有機高分子鏈，促使土壤顆粒與其膠結，不僅能提高土體強度，而且還能降低含水量，提高抗?jié)B透性。從工程實踐的角度講，有機類固化劑施工操作簡單方便，有利于控制強度，但抗水性較差，容易受環(huán)境影響。

2）無機類固化劑則是以無機材料為主，添加少量的激發(fā)劑，通過水化反應，將松散的土顆粒膠結成整體狀態(tài)，提高了強度和耐水性。使用無機類固化劑施工成本更低，但不利于環(huán)境保護。

3）生物酶固化劑是有機質發(fā)酵成的多酶基產品，能夠催化土壤顆粒表面形成堅硬結構層，在外力的擠壓作用下，使土體更加密實。其作為純生物制劑具備良好的環(huán)境保護效應，但由于生物酶的易分解性，固化作用時間比較短，在耐久性方面需要加強。

4）離子型固化劑是通過復雜的表面物化反應，減少土顆粒表面吸附的結合水膜厚度和顆粒間距，達到密實結構的效果。該類型固化劑具有綠色環(huán)保、安全適用、抗?jié)B性好、性價比高等優(yōu)點，但也存在著抗堿性差、抗水性不足、使用壽命短等缺陷。根據黃土路基工程實例統(tǒng)計，無機類和離子類固化劑實際應用相對較多，有機類和生物酶類固化劑應用則相對較少，而且主要以國外進口產品為主，具體實施效果還需要通過廣泛實踐驗證。

4 固化劑在黃土路基固化處理中的應用

4.1 工程概況

本工程為甘肅省隴西縣2022 年榮豐村肖家灣社玉米種植基地產業(yè)道路硬化項目。項目地處文峰鎮(zhèn)，屬于隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)，境內溝壑縱橫、梁峁起伏，地勢由西南向東北傾斜。路線全長1.890 km，路線起點位于榮豐村，與水泥路相交。舊路寬2～4 m，土方量大，沿舊路一路上山，途經肖家灣，終點至陽灣里莊口。每逢下雨，路面濕滑，行車困難，原有路基無排水設施，路面積水現象非常嚴重，雨后交通基本處于中斷狀態(tài)，無法通行。經現場實際勘察，對現有地形條件、建設需求和投資規(guī)模綜合考慮后，決定本項目應主要采用自然村（組）道路技術標準，設計速度為10 km／h，路基寬度為4.5 m，路面寬度為3.5m，路面結構層采用水泥混凝土面層，路拱橫坡2%，路肩橫坡3%。本項目基本沿舊路布設，遵循充分利用舊路、盡量減少征地拆遷的原則，主要對原路基進行加寬，對路面進行硬化處理，部分路段進行裁彎取直，適當改線。同時，沿線設置一定的安全設施、防護及排水設施等，提升道路通行能力和安全水平。

4.2 配合比設計

本工程黃土路基處置采用環(huán)保型高強固化材料，同時結合無機結合料的使用，能夠有效緩解水泥、石灰、粉煤灰等單一材料的缺點，加快土體固結成板體。在施工現場，將土壤固化劑、無機結合料、黃土科學配比，拌和壓實，不僅提高了土體強度、水穩(wěn)定性、抗凍融性，還改善了路基的抗壓強度和抗彎拉強度，減少了低溫縮裂作用。根據研究發(fā)現，材料組成對復合穩(wěn)定黃土路基性能具有較大影響。如果加大固化劑劑量，混合料的塑性指標呈現出增大趨勢；如果無機結合料劑量加大，混合料的無側限抗壓強度也會隨之增強，所以，必須通過試驗分析得出不同材料組合情況下混合料的工程力學性能，并根據不同施工段的具體情況適當調整。

4.3 施工準備

復合固化土路基正式開工之前，首先要檢查下沉層的施工質量，對各項指標進行檢測，查看表面是否平整、是否存在與設計要求不同的情況，為路基施工提供良好條件。以長度不小于10 m 路段為試驗路段，驗證混合料配合比設計，確定混合料、攤鋪、碾壓等施工方法的合理性，檢驗各項質量指標達到的水平。通過試鋪路段，驗證混合料配合比設計中的各種材料比例是否適應工藝要求，并根據需求加以調整。通過混合料試拌確定所用拌和設備的工藝參數，準確控制固化劑及結合料、土的使用數量及含水率，以達到拌和的均勻性。通過試鋪機械驗證機械對松土系數、拌和均勻度、拌和時間控制、鋪筑厚度、壓實度等。對設備的選定。通過試鋪碾壓試驗，對壓路機參數、方法，以及壓實效果、效率做出評價，并根據實際情況加以改進。

4.4 拌和均勻

在滿足配合比要求的基礎上，黃土改良成分的拌和均勻性也直接影響著最終的加固效果，主要包括無機結合料的拌和和固化劑的拌和。前者主要指的是無機結合料和黃土的干拌過程，后者指的是固化劑的溶解和噴灑過程。根據施工工藝流程，先進行無機結合料與黃土的拌和，然后進行固化劑的噴灑拌和，保證能夠混合均勻。相對而言，無機結合料與黃土的拌和質量更容易控制，通過路拌機充分拌和即可，使用EDTA滴定法對分布均勻性進行檢測。固化劑拌和的均勻性涉及溶解擴散均勻性和噴灑均勻性兩部分。在配置固化劑稀釋液時，通過外力將固化劑在灑水車中溶解、分散均勻，并采用離子電導率檢測的方法，對稀釋均勻性進行檢測，只有滿足要求后才能進行噴灑施工。固化劑的噴灑均勻性需要通過含水量檢測進行分析，固化劑噴灑后，需要通過機械與土壤拌和，拌和結束后，合理劃分控制區(qū)域，對每個控制區(qū)域的土樣抽檢含水率。通過計算，如果不滿足均勻度系數，需要補噴和人工復拌；如果多個區(qū)域不滿足均勻度系數，則需要對整幅路做復拌處理，直到滿足要求后才能進行碾壓施工。

4.5 碾壓密實

本工程嚴格遵守分層填筑、分層夯實的技術要求，填土松鋪厚度控制在30 cm 之內，在路堤填筑范圍內，路基基底壓實度不小于85%。如果填土高度低于路床厚度，基底壓實度不能小于路床壓實度，路基壓實度應嚴格按照重型夯實標準實施。根據碾壓施工控制相關流程，首先要確定路基土最佳含水量和最大干密度，建立路基土每層擊數和干密度擬合關系公式，選取壓實度要求，計算施工現場實測所需最小干密度，查看可用壓路機規(guī)格及各項參數指標要求，得到不同松鋪厚度對應的碾壓遍數，最后開始碾壓作業(yè)。檢測壓實度是否滿足要求，如果不滿足則要繼續(xù)碾壓作業(yè)，如果滿足則可以進行下一層施工[2]。

在本工程濕陷等級為一級的非自重濕陷性黃土路基施工中，采用的沖擊碾壓處理方式獲得了不錯的應用效果。在沖擊碾壓施工前，通過試驗分析碾壓后不同深度土體的含水量、壓實度、干密度等指標變化，確定合理的技術參數，得到合適的加固深度和碾壓變數。在全面沖擊壓實前，要對路基底表面做清理整平處理，并將表面碾壓密實。選擇合適的沖擊壓實機型號，控制行駛速度，按照先兩邊、后中間的順序，從一側向另一側轉圈沖碾。

在沖擊碾壓過程中，如果出現因輪跡過深導致的壓實機行駛太慢，則可以先用推土機平整后再繼續(xù)碾壓。如果揚塵嚴重，可以采取適當的灑水降塵措施。每碾壓6 遍，用平地機整平，光輪壓路機收面。在場地條件受限的情況下，可以采用強振壓路機進行壓實補強。為了保證碾壓的連續(xù)性、提高碾壓效率，應該盡可能在路基形成較長連續(xù)沖碾段后再進行沖擊碾壓。嚴格控制路表以下50 cm 內土體的含水量，防止因沖擊力過大導致翻漿、彈簧等問題。在雨后施工時，應該采取有效措施降低表面含水量，此時一般不能直接采用沖擊碾壓的方式施工。經過施工后檢測發(fā)現，采用固化劑處理的黃土路基，在承載力、強度、壓實度等方面均有明顯提升，有效提高了黃土路基的工程力學性能。

5 結語

綜上所述，隨著西北地區(qū)道路工程建設范圍的不斷擴大，黃土路基加固處置成為重要的研究課題。實踐證明，固化劑處理法能夠有效改善黃土工程性質，需要結合黃土類型、成本管理、施工技術、環(huán)境保護等多個方面綜合考量，通過提前試驗，確定固化劑及其他材料的配合比例，保證拌和噴灑的均勻性，嚴格控制壓實成型過程，使最終的加固效果能夠滿足設計要求。