路邦土壤固化剂在路基处理、道路基层的应用研究及案例

路邦土壤固化剂在路基处理、道路基层的应用研究及案例 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 土壤固化剂在路基处理、道路基层 中的应用研究及案例 1 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 目 录 述 .................................................... 1 第一章 概 1.1 课题研究的目的及意义 ....................................... 4 1.2 国内外研究及应用现状 ....................................... 7 1.3 课题研究内容及结论 ........................................ 13 1.4 课题研究创新点 ............................................ 16 第二章 土壤固化剂分类及作用原理综述 ............................... 18 2.1 土壤固化剂分类 ............................................ 18 2.2 土壤固化剂固化机理 ........................................ 21 2.3 几种常用的土壤固化剂及其作用机理 .......................... 24 2.3.1 ISS型土壤固化剂 ...................................... 24 2.3.2复合类土壤固化剂 ...................................... 25 2.3.3 路邦EN-1土壤固化剂 ................................. 26 2.3.4 帕尔玛土壤固化酶 .................................... 28 2.3.5 几种常用土壤固化剂对比 .............................. 29 第三章 土壤固化剂固化土强度试验研究 .............................. 31 3.1 试验 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 .................................................. 33 3.2 试验装置 .................................................. 34 3.3 击实试验 .................................................. 36 3.4 不同土壤固化剂强度结果对比 ................................ 40 3.5 土壤固化剂固化土无侧限抗压强度试验 ........................ 43 3.5.1 土壤固化剂固化土最佳辅料配比确定 .................... 44 3.5.2 土壤固化剂固化土无侧限抗压强度和压实度的关系 ........ 49 3.5.3 土壤固化剂固化土不同龄期试件的无侧限抗压强度试验结果 51 3.5.4 土壤固化剂固化土无侧限抗压强度与含水量关系 .......... 52 3.5.5 土壤固化剂固化土无侧限抗压强度与石灰含量关系 ........ 53 3.5.6 不同龄期路邦EN-1效果的对比 ......................... 55 3.5.7 土壤固化剂固化土掺加碎石无侧限抗压强度试验 .......... 57 3.6 土壤固化剂固化土CBR试验 .................................. 59 3.7 土壤固化剂固化土回弹模量试验 .............................. 62 3.8 强度试验研究结论及建议 .................................... 65 第四章 土壤固化剂固化土水稳性及干缩性试验研究 .................... 68 4.1 土壤固化剂固化土水稳性试验研究 ............................ 68 4.1.1 试验准备 ............................................ 68 4.1.2 土壤固化剂浸水前后的强度特征 ........................ 69 4.1.3 不同土壤固化剂固化土的水稳性 ........................ 71 4.2 土壤固化剂固化土干缩性能研究 .............................. 74 4.2.1 土壤固化剂固化土干缩试验步骤 ........................ 75 4.2.2 土壤固化剂固化土干缩性能 ............................ 77 4.2.3 土壤固化剂固化土干缩裂缝防治措施 .................... 79 2 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 第五章 土壤固化剂固化土试验段及实体工程 .......................... 81 5.1 空客A320总装线配套工程土壤固化剂试验路 ................... 82 5.1.1 空客A320总装线配套工程试验路简介 ................... 82 5.1.2 试验路试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ...................................... 83 5.1.2.1 试验路处理方案 .................................... 83 5.1.2.2 试验路材料选择 .................................... 84 5.1.2.3 试验路测点布置及测试步骤 .......................... 84 5.1.3 试验路测试结果 ...................................... 87 5.1.3.1 室内试验测试结果 .................................. 87 5.1.3.2 室外试验测试结果 .................................. 90 5.1.4 空客A320总装线配套工程试验路测试结论 ............... 97 5.2 天津港南港路土壤固化剂固化土试验路 ........................ 99 5.2.1 南港路试验路简介 .................................... 99 5.2.2 试验路试验方案 ..................................... 100 5.2.2.1 试验路处理方案 ................................... 101 5.2.2.2 试验路材料选择 ................................... 102 5.2.2.3 试验路测点布置及测试步骤 ......................... 102 5.2.3 试验路测试结果 ..................................... 104 5.2.3.1 室内试验测试结果 ................................. 104 5.2.3.2 室外试验测试结果 ................................. 105 5.2.4 南港路试验路测试结论 ............................... 111 5.3 天津地区土壤固化剂固化土基层、处理层推荐表 ............... 112 第六章 土壤固化剂固化土施工工艺研究 ............................. 115 6.1固化剂类路基处理原材料的选择与技术要求 .................... 115 6.2 土壤固化剂固化石灰土施工工艺 .............................. 116 6.3 土壤固化剂固化水泥石灰土施工工艺 .......................... 118 6.4 质量要求与检查验收 ........................................ 121 第七章 课题结论及建议 ........................................... 124 7.1 课题的研究结论 ........................................... 124 7.2 问题及建议 ............................................... 130 3 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 第一章 概 述 1.1 课题研究的目的及意义 党中央把建设好滨海新区纳入到国家区域发展的重要组成部分，其基础设施的建设必将突飞猛进，因此，保证这些设施的安全可靠成为首当其冲的问题。 然而，滨海新区濒临渤海，地下水位高、含水量大，地下有着深厚的软土层，地基沉载力低，沉降变形大;而进出港密集的重载交通却往往要求较高的土基强度和适应重载要求的路面结构基层和处理层，如此矛盾的两大问题是滨海新区面临的难题。 滨海新区土质条件复杂，表层土多为粉质粘土或粘土，这些土质含水量大、塑性指数高(26以上)、强度低、对水敏感，往往很难满足工程需要，特别对于分布在这些土层中的淤泥或淤泥质土更是工程中予以废弃的土源;表层以下又分布着很厚的软土层，由于软土具有松软、孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小和结构性灵敏的特点，必须予以处理;除软土分布广、厚度深外，滨海新区还分布着大量的盐渍土，由于这些土含盐量大、含水量高，抗冻性、水稳性差，很难直接使用。 复杂的土质特点加之滨海新区典型的平原地貌使得土地资源珍贵，工程材料匮乏，直接导致两种极其不协调的现象发生，一方面大量土地由于无序开挖而废弃，到处出现几米甚至几十米的大坑，这些大坑需要处理和填筑，造成土地和资源的浪费;与此同时，在寻找满足工程要求土源的同时使得现场开挖的淤泥堆砌在寸土寸金的土地上，导致大量土地因为堆积开挖出的淤泥或不满足工程需要的土源而荒芜。如何充分利用现场开挖的土源，实现节能环保的目的是工程界极需解决的问题。 图1.1-1 现场开挖废弃的土源 4 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 滨海新区的核心是天津港，天津港道路交通典型的特点是重载、超载，这也是道路损坏的罪魁祸首。以天津滨海新区南疆码头南港路为例，平均超载为额定荷载的100~150%，最大超载为额定荷载的300%，实测单轴轴载均在12吨以上，50%车辆单轴轴载在18吨~30吨之间，巨大的荷载使得现有路面不堪重负，损坏极其严重，这种交通状况对路面基层、基础强度提出更高要求。 图1.1-2 滨海新区进入港区的重载交通 软基、重载特点使滨海新区道路损坏雪上加霜，传统采用碎石、水泥、石灰及粉煤灰等筑路材料对土壤进行固化处理作为基层和处理层的作法已无法适应重载及软基的要求，特别是石灰、水泥固化土所具有的强度低、干缩大、易开裂、易软化、水稳性差的缺陷更是滨海新区道路出现“当年修，来年坏”的现象。寻找能提高基层及路基处理层强度、提高水稳性、减少干缩性的土壤添加剂是极其必要的。 滨海新区地下水位高，原地表下0.5~1.5米即见地下水，考虑造价及与现状衔接的原因，道路一般填土高度很低，道路工作区内往往受到地下毛细水的作用，甚至路床内仍然受地下水或地面水的影响，路基处理层及基层水稳性较差、后期强度很难达到要求。开发区许多改造道路在开挖后，基层或处理层已失去应有的板体、甚至成为泥状，这与水泥、石灰固化土水稳性差、后期强度逐渐降低有关。为此，急需寻找一种“憎水性”材料， 以抵抗地下水的影响，传统上采用碎石隔水层的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 由于石料匮乏、材料松散强度低等原因而受到巨大的挑战。 从全国来看，各地土壤种类繁多、性质各异，且对水具有严重的依赖性，地表、地下水对其性能影响极其严重，特别是软土地区，多数土源无法直接利用，均需利用水泥、石灰、粉煤灰、碎石等材料进行改进，这必然造成工程费用的大大增加;另一方面，传统石灰、水泥稳定土存在水稳性差，遇水强度减小、干缩系数大等缺点，多年来用其作为道路基础、路面基层出现许多问题，特别是交通量大幅增加、车辆荷载日益重型化对路基、路面材料性能提出更高要求;随着国家能源环保政策的逐步完善， 5 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 在工程中对既有材料的充分利用、避免土地浪费、环境污染等要求得到人们的普遍关注，人们也逐渐认识到工程中使用最多的土壤也是不可再生资源，在工程中充分发挥其独有的作用是极其必要的。 针对这些问题，国内外出现了许多改善土壤性质的新型固化材料，这种固化材料在常温下能够直接胶结土体中土壤颗粒表面或能够与粘土矿物反应生成胶凝物质(包括诸如EN-1、ISS、HAS、EFSHA、帕尔玛等国外产品)，这些固化剂能改善土的物理力学性质以适应工程技术要求，激发土壤活性，充分利用现场开挖的土源作为道路基层、处理层，且强度高，水稳性好，干缩性小，可有效减少水泥、石灰、碎石等路基路面材料，达到满足工程需要的目的。 由于中国幅员辽阔，各地自然条件差异悬殊，技术水平、材料来源和经济条件等不尽相同;水文情况、地质资料、材料性能、土基情况各异; 不同的土壤固化剂适合不同的土壤，且具有不同的适用条件，其施工工艺也有所不同。因此，对这些固化剂进行系统的试验研究，选取适合当地的土壤固化剂势在必行。 基于上述原因，为实现滨海新区软基、重载对基层、处理层的要求(强度高、水稳性好)，同时又能达到充分利用已往工程废弃土源(淤泥质土、盐渍土等)的目的，本课题对国内外土壤固化剂进行系统研究，选取适合滨海新区软土、重载要求的土壤固化剂，提高道路基层或处理层的强度、改善其整体水稳性、提高固化土抗裂性能，最终达到改变传统筑路材料弊端、充分利用现场材料的目的。通过该课题的研究使公路、城市道路能适用地下及地面水的影响，最终实现路面基层材料及路基处理材料的变革。 本课题将通过实地调查、理论分析、结合室内外试验，对国内普遍采用的几种固化剂进行研究，分析固化剂处理道路路基及基层的作用机理、最佳配比、适用土质、施工工艺等，选择出适合路基处理层、道路基层要求的土壤固化剂固化土，达到(1)改善土性，提高强度;用憎水性的材料替代传统的碎石材料;(2)提高软土地基道路路床强度，恢复软土层上的硬壳层;(3)改变传统石灰土、水泥土水稳性差、强度低、抗裂性能差、耐久性差等弊端;(4)充分利用现场土源作为工程材料的目的。最终推荐出适合道路基层、处理层的土壤固化剂固化土典型路面结构，制定一套适合于公路及城市道路土基及基层的土壤固化剂处理技术。 6 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 1.2 国内外研究及应用现状 20世纪40年代土壤固化剂开始蓬勃发展，现已形成一门综合性的交叉学科。它涉及建筑基础、公路建设、堤坝工事、井下作业、石油开采、垃圾填埋、防尘固沙等多种领域，包括机械方法、物理作用、土工织物、化学胶结等多种手段，综合了力学、结构理论、胶体化学、表面化学等众多理论，它的处理对象也扩充到砂土、淤泥、工业污水、生活垃圾等多种固体、半固体，处理的目的也不仅仅是单一的加固，还包括增加渗透性、提高抗冻能力、防止污染物质泄漏等诸多方面。 国际上，欧洲建筑业最先提出土力学理论:日本由于地理因素限制，对土壤固化剂的研究投入很大，成果较多;美国和加拿大在利用土壤固化剂技术建设道路上有很多成功的例子;还有德国、澳大利亚、南非等国也处在研究的前列。国内以国家“七五”项目为牵头，虽然起步较晚，但是掀起了一阵研究高潮，研制了多种固化剂，并且部分成果已经从实验室走到了应用第一线，对国家建设做出了贡献，特别是近年来国际上许多国家都在引进此项技术加以研究和应用。 由于土壤本身的反应活性很低，再加上道路施工对土壤固化剂的要求较高(不仅要求在成本上有较大幅度降低，而且希望强度要高、防水抗冻性能要好、施工方式简单、道路保养费用降低等)。到目前为止，我国土壤固化剂应用技术在实际应用上还处在起步阶段，而研究工作现在也处于低潮，特别是在道路工程应用中，仅停留在试验阶段，并没有大面积使用。 1、国外研究现状 国外发达国家对土壤固化剂的研究起步较早，主要从环境保护的角度 出发，综合土力学、土壤化学、有机高分子化学、化学工程、材料工程、环境工程等多学科知识，形成跨领域的交叉学科,土壤固化学。国内外所应用的固化剂种类一般有电离子类、生物酶类、水化类固化剂等。美国、日本、墨西哥是世界上研究土壤固化材料最活跃的国家。 20世纪60年代以来，美国、日本等国家由于工程建设的需要，对土壤固化技术进行了深层次的研发，加固土壤的材料由原来单一的水泥、石灰、粉煤灰发展到专门用来固化土壤的新材料——土壤固化剂(Soil Stabilizer)。现在土壤固化剂已经大量应用于公路、铁路、水利、农业等诸多领域，效益显著，被美国《工程新闻》称为20世纪的伟大发明创造之一，日本称之为21世纪的新材料。 7 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 国外使用较广的固化剂主要有日本田熊公司的Aught-Set系列土壤固化剂，美国帕尔玛公司的固化酶，路邦公司的,,—,型固化剂等。其中路邦公司的,,—,型固化剂已经在美国、墨西哥、澳大利亚广泛应用，并获得很好的实用效果和经济效益，我国长江动力(集团)公司首先引进该项技术应用在湖北孝感至武汉的孝天公路上，近几年，路邦固化剂在四川、贵州、广州、上海等地得到很好的应用。美国帕尔玛公司的固化酶筑路技术不仅在美国、加拿大、墨西哥等北美国家普遍采用，近几年来也已在新加坡、马来西亚、印度等亚洲国家推广。北京怡天生物公司和上海大庆能源有限公司引进了这种新技术，并在北京昌平、上海奉贤、内蒙、江 西等省市修建了各种等级公路十余条。日本田熊公司的Aught-Set系列土壤固化剂也已大量用于高速公路、铁路的路基处理，并已把土壤固化剂技术用于海底深层土的固化处理，该种固化剂在国内海南省公路上推广应用。 在应用的基础上，许多国外学者针对不同土质研制开发出了不同土壤固化剂，如Medina等用磷酸加固红土，Tomohisa等提出用混凝土粉末、纸浆渣、粉煤灰和火山灰加固处理含水量高和有机质含量高的土壤;Bobrowski研究出一种离子类固化剂来加固软基土，Zalihe等用粉煤灰和石灰来固化膨胀性粘土。 国外近几年进行的土壤固化剂研究主要有以下几个方面:一是固化土性质和本构模型的研究;二是加固各种类型土壤的固化剂配比研究。如Kinyonobu Kasama 等在一系列 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 固结试验、不排水三轴试验的基础上，建立了基于极限状态理论的轻型水泥土应力、应变模型，认为在p-q空间内固化土的破坏线与未经固化土的破坏线平行，它们的距离可以描述固化剂的加固效果;A.Vatsala 等假定固化土的强度由土壤骨架的强度及固化剂的粘结力两部分组成，建立了一个水泥土的弹塑性模型;Takashi Tsuchida 等把在港口和河道清淤中挖出来的淤泥进行固化，既提供了海滨地区建筑材料的短缺，又解决了淤泥对环境的污染;Heikki Kukko 利于无机工业废料进行了加固粘土的试验研究，认为加固土的强度与水、粘结剂的比率有关，加温处理能加快试验进程;A.Hilmi Lav 等用火力发电站的粉煤灰分别于水泥和石灰混合用于土的固化，对固化土作了微结构、化学、矿物学等的分析，发现两种固化剂的加固效果几乎相同。 2、 国内研究现状 探求一种不需要或需要少量水泥、粉煤灰、沥青、石灰、废渣等固化材料，只需当地土壤，能就地取材、施工方便、成本低廉的固化剂一直是国内道路工作者的追求。这与目前我国道路普遍采用的水泥、石灰等无机类固化土所出现的问题有关: 8 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 首先，基础设施的迅猛发展，使得路面基层、路基浅层处理(桥头或池塘路段)需要大量土壤、碎石、石灰、水泥、粉煤灰，石料显得越来越缺乏，石灰的需求量也在迅猛增长，这不仅导致石灰的价格上涨，而且质量低劣的石灰也乘机混入使用;基层材料中粉煤灰的匮乏及运输困难，市场求大于供，这些都导致了筑路成本的大幅度提高，且施工质量难以保证。 其次，从全国来看，一直采用水泥、石灰或粉煤灰作为道路基层的做法未达到理想的效果，从技术和经济上均不尽人意。这些固化材料的主要不足之处在于: (1)、石灰固化材料与土壤形成的固化体强度形成缓慢，往往影响施工进度;固化体强度与石灰掺入量在一定范围内成正比，若加大掺量而超出一定范围，其强度反而下降，对固化体强度要求较高的工程，石灰显得无能为力;干缩大、易开裂、易软化，水稳性差。特别是地下水位以下，石灰固化土已很难保证其应有的强度。 (2)、水泥受土壤类别限制，对塑性指数高的粘土、裂土、有机土及盐泽土固化效果很不理想，甚至没有固化作用;干缩大，易开裂;水泥初、终凝时间无法调整,影响工程质量。 (3)、粉煤灰早期强度低，应用于道路基层、底基层的稳定处理影响施工进度和质量;水稳性差。 种种迹象表明，随着交通科技的不断发展、道路等级的不断提高，如何突破传统筑路材料及工艺，在最大经济效益的基础上实现路基处理方式、路基乃至基层材料的合理选择，寻求一种既能就地取材，又能提高路基、路面材料使用性能的土壤添加剂成为道路工作者普遍关注的话题。这也就是近几年雨后春笋般出现土壤固化剂的直接原因。 我国20世纪90年代初开始引入国外的高性能土壤固化剂，在吸收国外经验的基础上，针对我国土壤性质，开始了研究工作。近十余年，国内先后有十多家科研院所和大专院校对土壤固化剂展开研究，如北京建工学院、山东大学、武汉大学、化工部晨光化工研究院和铁道部科学研究院等，取得了一批试验研究成果，有的已经应用到实际工程中。目前土壤固化剂已经越来越多的在我国公路、铁路、水利工程中得到应用，取得了较好的社会、经济、环保效益。 作为我国九运会的主会场——广东奥林匹克体育中心，占地50万m2的外围道路与停车场，由于占地面积大、回填时间短、软基面积大，自然沉降无法达标、大面积混凝土路面造价过高等因素存在，最终采用ISS土壤固化剂进行场地处理，取得了良好 9 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 的效果。 国内外最早采用的固化材料为EN-1土壤固化剂在我国首先由长江动力(集团)公司从美国引进，在修建孝感至武汉国际天河机场的孝天公路 上使用。其主要结论如下: 研究结果表明EN-1可用于修建高速公路、城市道路、乡间土路、油田道路、伐木道路和各种运动场;若修建城市公路及高速公路，可铺薄薄一层沥青作封层，使路面更具有平整、光洁的效果。 图1.2-1 空客A320总装线土壤固化剂施工现场 广东省增城市一环路采用ISS固化剂对路基进行处理，取得了良好的效果，研究结果表明:该材料固化土基具有经济(20元/m2以下)、快速(施工6000~7000平方米耗时约24h)、耐久(稳定性和承载能力可保持30年以上)、无施工污染等多项优点，这一事实在澳大利亚2000年悉尼奥林匹克运动场道路、澳洲太平洋高速公路、广州环保道路、云南省西双版纳旅游专用线等公路、城市道路工程中均得到了证实。 深圳市自1979年建市以来，经过二十年的建设，已形成四通八达的城市交通网络，随之而来的是城市道路的更新改造问题。由于建市初期，城市道路设计标准较低，道路经过较长时间的使用后，道路主车道及人行道都不同程度地出现病害，直接影响到行车安全和舒适性。1999年以来，对市区道路进行大修改造，其路面底基层或道胎大部分采用土壤固化剂进行加固，道路完好率有了较大的提高，取得了良好的效果。 湖南洞庭湖水系发达，路基处理费用较高，采用EN-1和磺化油固化剂进行路基浅层处理，使工程造价节约25%~30%，而且克服了湖区土湿软，易受雨水侵泡、冲蚀的特点，保证了工程质量。同时其特有的性能也使沥青路面克服冬天容易脆裂、夏天易变软的不足。这些都为土壤固化剂改良土在池塘、沿海地区及相似地质地区路基、基层处理中的运用积累了宝贵 的经验。另外，在最近两年，路邦EN-1固化剂在上海包钢厂区、空客A320道路工程、南港路道路工程、西区道路工程中得到很好的应用，并在应 10 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 用中采用土壤固化剂固化水泥作为路面结构基层，然后施作沥青路面取得了良好的效果，图1.2,2、1.2-3分别给出其施工及使用一年后的照片。 图1.2-2 包钢厂区道路土壤固化剂施工现场 图1.2-3包钢厂区土壤固化剂固化土道路使用一年后效果 湖北省武汉大学采用HAS土壤固化剂固化粉煤灰、石屑、粉砂土作为道路基层材料，并在工程中进行了应用研究,结果表明，与水泥稳定石料相比，固化剂稳定粉煤灰、石屑施工操作更方便，材料不需筛分和选择，碾压成型快，表面密实。在40度高温和暴雨骤冷情况下未出现收缩裂缝。在此基础上，武汉大学以工业废渣为主的HAS土壤固化剂对江滩的粉砂土进行固化，寻求一种适合度较大的衬垫系统及衬垫材料配合比。以便消除大量的工业废渣，以废治废，并提出了一种新型的防渗材料，抗渗和抗收缩性能好，改善了环境，具有明显的经济效益和社会效益。 南柳公路所经过的柳州地区是典型的软土地区，利用奥特赛特固化剂进行路基处理，由于这种材料是以水泥为主体、掺入特殊的激发元素后得到的，在软土路基中可就地拌合，将固化剂与土壤经过机械或人工搅拌、碾压后即可达到需要的强度指标，从而达到固化土壤的目的。经固化的土壤可作为道路工程的基层材料，可应用于道路工程建设中。 帕尔玛固化剂在西藏、青海等西部地区也得到很好的应用，该种固化 剂能固化碎 11 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 石，大大减少水泥的用量，虽然水稳性差，但固化后的强度却大大增加，因此，适合在西部干燥地区使用，图 1.2,4 为该固化剂在部分地区使用的照片。 图1.2,4 G219西藏拉孜段及G109当雄段帕尔玛固化剂固化土道路 另外在我国，利用土壤固化剂作为防渗材料也受到普遍关注，已建有一些固化剂的防渗渠道试验工程，如WH 系列土壤固化剂在江西省兴国县长冈水库灌区塘石段渠道改造工程中的试验应用，利用固化剂“奥特赛特2000 号”在山东省葛沟灌区节水改造工程进行土渠渠底土壤固化处理。在河套灌区选择4 种土壤固化剂进行渠道防渗试验,即HY高性能土壤固化剂、路特固L PC2600 L E23001 土壤固化剂、帕尔玛土壤固化酶、沙特固SSS 固化剂。另外,液态固化剂SR 中掺加适量的水泥,可以直接用作渠道防渗体,但尚未有工程实例。以上这些固化剂用于渠道防渗工程都只处于试验阶段。 在理论研究方面，近十余年，国内先后已有十多家科研院所和大专院校对土壤固化剂展开了研究，如北京建工学院、山东大学、武汉水利电力大学、化工部晨光化工研究院和铁道部科学研究院等，取得了一批实验室研究成果，有的还在一些铁路、公路上做过试验路。如晨光化工研究院的,,土壤固化剂系列曾在四川成雅路K92+800作路基填方，在108国道K2369修补沥青路面的坑槽，在资(阳)资(中)公路K27+650~750段用固化碎石土作路面基层试验等等，都取得了良好的成绩和效益。然而由于 土壤固化剂在国内毕竟还是新鲜事物，从研究、生产到应用施工，可以说是一项复杂的系统工程，涉及到化工、机械、道路工程等很多学科领域，加上对此项技术的投入极为有限，致使大多都停留在实验室研究阶段，未能转化为生产力。 国内外研究成果及工程事例均表明，固化剂处理路基、软弱土基、简易路面、隔水层、大型广场场地、基层填料等土木工程均具有明显的效果，但这些研究及应用仍然处于起步阶段，仅停留在对某种固化剂的单独研究方面，未对几种国内外常用的固化剂进行综合研究，其强度、水稳性、干缩性如何缺乏统一的认识，其在重载、软基 道路中使用效果如何国内未见有关报道，特别是几种固化剂在天津滨海新区软土地区 12 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 的应用还处于空白，因此，对此展开系统研究极其必要。 1.3 课题研究内容及结论 针对国内普遍采用的固化剂及应用情况，本课题针对天津土质情况及轴载特点，进行如下研究工作: 1、对土壤固化剂进行分类，对比各类固化剂的固化效果及固化原理，对常用的几种固化剂—ISS固化剂、复合类土壤固化剂、路邦EN-1土壤固化剂、帕尔玛土壤固化酶作用效果及作用原理进行系统分析，以国内使用较多的三种固化剂——ISS固化剂、路邦EN-1土壤固化剂、帕尔玛土壤固化酶作为研究对象，比较各自优缺点及适用范围。 2、选取软土地区典型的淤泥质土和淤泥，掺加不同配比、不同种类 的固化剂对其进行固化处理，从强度、水稳性、干缩性等方面对比不同固化剂固化土的固化效果，通过室内试验、室外试验验证固化剂固化土作为道路路面基层及路基处理层的可能性。 3、从大量室内对比试验中选取出适合天津软土特点的土壤固化剂，以天津滨海地区典型的重载道路——空客A320总装线配套工程(运输大件道路)、天津港南港路改造工程(进入南疆港唯一通道，重载、超载严重，平均超载为额定荷载的100~150%，最大超载为额定荷载的300%，实测单轴轴载均在12吨以上，50%车辆单轴轴载在18吨~30吨之间)为依托，结合室内试验结果，采用固化剂对现场开挖的土进行固化处理作为重载软土地基条件下的处理层及底基层，各铺筑200米试验路，通过弯沉、回弹模量、CBR等指标进行检验，证明固化剂固化现场开挖土作为重载软土地基处理层和底基层的可能性。 4、在铺筑试验路的基础上，课题结合空客A320总装线配套工程、上海市宝钢集团浦钢搬迁厂区道路工程、天津港南港路改造工程、包头钢铁基地厂区道路工程、湛江宝钢基地厂区道路工程铺筑的土壤固化剂固化土实体工程，研究土壤固化剂固化土施工工艺，并出台土壤固化剂固化土施工操作 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 。 5、结合室内外试验及实体工程，对土壤固化剂固化土适应的路面结构层次进行研究，分析土壤固化剂固化土替代传统路面结构层的机理，推荐出土壤固化剂固化土路面典型结构形式，为路面结构从半刚性基层路面向柔性路面结构过渡准备条件，实现路面结构材料的划时代变革。 本课题的研究结论如下: 13 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 一、离子型液体土壤固化剂具有打破土颗粒表面的结合水膜，同时在土颗粒表面形成一层油面层，因此使土颗粒更加紧密，强度大大增加、水稳性显著改善，适合固化粘粒含量高的土壤。 1、对比各种土壤固化剂作用机理可看出，ISS、路邦EN-1土壤固化剂由于含有憎水基高分子化合物(ISS固化剂)和阴离子表面活化剂(路邦EN-1固化剂)，能使土颗粒表面的金属阳离子结合，使原本有很大活性的金属离子被固定下来，阻止了金属阳离子与水结合成可溶体，减薄了结合水膜，使土颗粒更加紧密，强度大大增加、水稳性提高，这种反应是不可逆的，不会由于水的浸入而破坏。这一特性弥补了传统水泥土、石灰土强度低、亲水的弊端，特别由于结合水膜的减薄，使固化后的土抗冻性、抗裂性能均有很大提高，成为适合滨海新区土质特点的土壤固化剂。 2、由于路邦土壤固化剂含有活性磺化油，有磺酸基和羟基组成“亲水头”，也有主要有碳原子和氢原子组成的“疏水尾”，土壤固化剂加入土壤中后，其疏水尾就被从土壤颗粒中排除，围绕着土壤颗粒或在粘土之间形成一个油面层。这样，土壤中的结合水就被疏水尾排除，结合水膜减薄，土颗粒更加紧密，同时疏水尾包裹土壤颗粒，阻止水分进入这个体系中，使压实后的土体水稳性大大提高。正是由于该种机理的存在，使得该种固化剂强度及水稳性均大大提高，成为典型的“憎水性”材料，此种固化剂尤其适合诸如天津滨海新区地下水位高，容易受水侵蚀地区的道路路基处 理和基层改良中。 3、由于路邦土壤固化剂能与盐泽土中的Cl,离子反应形成氯盐，增加早期强度。盐渍地区土壤中含有大量Cl,离子，溶液中的Cl,可以与石灰及固化剂水化产生的可溶性Al2O3和CaO结合，迅速形成氯盐，从而提高固化土的早期强度，这一特点表明了路邦土壤固化剂更适合在盐渍土(例如滨海新区)地区使用。 二、不同土壤固化剂对土壤具有不同的固化作用，室内试验对比结果表明，路邦EN-1 固化剂掺加少量的辅料(水泥、石灰)处理淤泥质土，较传统的石灰土、水泥石灰土强度大大提高，水稳性显著改善，抗裂性能明显提高，可作为软土、重载条件下道路路基处理层、道路路面结构基层。 1、室内强度试验对比结果表明， ISS固化剂、路邦EN-1土壤固化剂、帕尔玛土壤固化酶均需掺加一定的辅料(水泥、石灰)，随着辅料(水泥、石灰)和固化剂掺量的逐渐增加，强度逐渐增大。在浸水条件下，帕尔玛浸水后试件即溶解，而ISS固化剂、路邦EN-1土壤固化剂养生6天，浸水一天后强度较不掺加固化剂强度增加15, 14 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 40,，说明ISS及路邦EN-1固化剂在浸水条件下具有很强的固化效果，特别是路邦EN-1土壤固化剂，固化后的强度大大增加。 通过经济及性能综合比较，最终确定2,6,的石灰、0.012,0.018%的路邦EN-1 固化剂，2,5,的石灰、2,4,的水泥、0.011,0.019%的路邦EN-1固化剂，2,5,的水泥、20%,40%的碎石、0.012,0.019%的路邦EN-1固化剂适合天津地区土质特点为适合软土、重载条件下道路路基处理 层、道路路面结构基层的最佳配比。 2、室内水稳性试验对比结果表明，不同固化剂固化土水稳性是不同的，路邦EN-1及ISS土壤固化剂固化土具有很强的憎水性，浸水后强度降低的幅度远小于不掺加固化剂固化土及掺加帕尔玛固化剂固化土强度，且路邦EN-1及ISS土壤固化剂固化土在浸水条件下强度随龄期的增长而增长，说明该两种固化剂固化土有很强的抗水毁能力。 3、室内干缩性试验对比结果表明，除路邦固化剂可适当降低土壤的干缩量外，其他固化剂对土的干缩性影响不大，采用5%的石灰土掺加路邦固化剂固化土的失水率最小，干缩量也最小，说明采用路邦固化剂固化土作为道路基层及处理层抗裂性能较好。 三、试验路及实体工程修筑结果表明，土壤固化剂固化土较传统的固化土无论从综合回弹模量、CBR值还是回弹弯沉均有显著改善，高的强度、适度的回弹模量，对于消除现有半刚性基层材料刚度大、脆性大等弊端开辟了新的途径，也说明土壤固化剂固化土更适合作为类似滨海新区软弱土基上的重载道路基础。 1、空客A320总装线配套工程、天津港南港路道路改造工程试验段测试结果表明，土壤固化剂固化土较传统的固化土无论从综合回弹模量、CBR试验还是回弹弯沉均有显著改善，综合回弹模量较传统固化土提高100~200%，CBR值提高240~280%，弯沉降低50~80%，对基层或处理层强度和抗应变能力均有显著改善，成为替代传统基层或处理层的良好材料。 2、土壤固化剂室内回弹模量较低(300~800Mpa)，而室外综合回弹模量较高(反映包括土基在内的综合强度)、弯沉较小，说明土壤固化剂固 化土是典型的柔性材料，有高的强度、适度的回弹模量，有很强的抗应变能力，这对于消除现有半刚性基层材料刚度大、脆性大等弊端开辟了新的途径，也说明土壤固化剂固化土更适合作为类似滨海新区软弱土基上的重载超载道路基础。 四、土壤固化剂固化土较传统的固化土由于充分利用现场开挖土源、操作简单、减薄结构层厚度等优点，降低工程造价、节约土地能源，具有良好的经济和社会效益。 1、在总结空客A320总装线配套、南港路、湛江、包头等实体工程经验而提出的 15 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 《固化剂类路基处理层及基层施工操作规程》，与传统固化土具有类似的施工方法，使得土壤固化剂固化土施工更加简便，避免施工操作的盲目性和随意性，保证了施工质量。 2、采用固化剂典型路面结构方案可比传统路面结构方案大大节省费用，综合造价可节省8%~26.4%。 考虑土壤固化剂固化土显著的优势，同时能够处理已往不满足工程需要的淤泥质土、盐渍土等废弃的土源，为天津地区乃至国内类似土壤处理找到了合理的途径，同时为道路基层和处理层找到了替代的材料，具有重要的意义。 1.4 课题研究创新点 1、通过室内外试验综合对比，选取出适合滨海新区土质特点的强度高、水稳性好、干缩性小、抗冻性好的土壤固化剂，避免了已往采用单一 指标进行评价的盲目性。 对国内外几种常用固化剂(路邦EN-1、ISS、帕尔玛)的强度、水稳性、干缩性、抗裂性、抗冻性能进行试验对比，选取出适合滨海新区土质特点的强度高、水稳性好、干缩性小、抗冻性好的土壤固化剂，避免了已往采用单一指标进行评价的盲目性。 2、针对滨海新区重载、软土的特点，选取合适的土壤固化剂，确定合适的配比处理现场开挖的淤泥质土作为软基、重载道路路基处理层和底基层，节约了土地及能源，降低了工程造价。 针对滨海新区重载、软土的特点，提出采用路邦EN-1土壤固化剂固化现场开挖土作为道路路床处理材料，改变了传统采用石灰土、水泥土进行路基处理带来的强度低、水稳性差、抗裂性能低的弊端，为软土地基、重载道路路基处理找到了合理途径。 充分利用已往废弃的土源(塑性指数大于26，淤泥质土)，在掺加土壤固化剂和部分辅料(水泥，石灰)的条件下达到满足工程需要的目的，改变滨海新区已往现场开挖土源废弃后占用宝贵的土地资源，远运满足工程要求土源需要开挖农田的恶劣现状。 3、提出土壤固化剂固化土典型路面结构，编制《固化剂类路基处理层及基层施工操作规程》，制定出一套适合于公路及城市道路土基及基层的土壤固化剂处理技术。 在验证路邦EN-1土壤固化剂固化土具有高强度、低模量、高水稳性、低干缩性、高抗应变能力的基础上，确定了经济合理的配合比，以替代水稳性差、遇水强度减小、 16 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究及案例 第一章 概 述 干缩系数大、刚度大的传统半刚性基层(水泥、石灰、粉煤灰等稳定材料)材料，为半刚性基层路面向柔性路面结构过渡准备了条件。 通过路邦EN-1土壤固化剂与盐渍土CI-良好的反应机理，寻求出滨海盐渍土处理的解决方案，为滨海新区道路建设铺平了道路。 综合路基处理可靠、路面结构组合合理的基础上，推荐出土壤固化剂固化土典型路面结构，制定出一套适合于公路及城市道路土基及基层的土壤固化剂处理技术。 在总结大量试验工程及实体工程施工经验的基础上，编写了《固化剂类路基处理层及基层施工操作规程》，与传统固化土具有类似的施工方法，使得土壤固化剂固化土施工更加简便，避免施工操作的盲目性和随意性，保证了施工质量。 17 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究 第二章 土壤固化剂分类及作用原理综述 第二章 土壤固化剂分类及作用原理综述 长期以来，土壤是道路筑路材料中重要的组成部分，然而土壤的不良特性给施工造成的损失也是不可估量的。因此，传统上一般采用水泥、石灰来改善土壤的性质，如石灰可以固结土壤，但强度不高，后期强度也增加很小，且耐水性差;水泥土有相当高的强度和耐水能力，但水泥土收缩性很大极易开裂，且土壤的膨胀、收缩造成道路的翻浆、凹凸下沉，容易 造成受水浸泡而破坏路基结构，缩短道路的使用寿命。 土壤固化剂正是为了解决上述问题而研究的一种专利产品，它不但能使土壤固结，而且强度高，后期强度更高，耐水性好，能使土壤由亲水性变成憎水性，增加道路的使用寿命，减少后期的维护资金，节约大量的工程成本。因此，研究土壤固化剂在固化土中的作用机理及固化剂对提高土壤强度、增强土壤水稳性的效果，对于当前国内道路及其他基础设施建设具有重要的理论意义和使用价值。 2.1 土壤固化剂分类 从土壤固化剂对土壤的固结机理对其进行分类，以便选取适合本地区的土壤固化剂极其重要，从固化剂发展的过程以及固结机理来看，现有的固化剂大体可分成两大类——传统型固化剂、改进型固化剂。 一、传统型固化剂 1、石灰水泥类固化剂 石灰和水泥在道路工程中的广泛应用使得它们自然成为固化土壤的首选。利用石灰改良土壤可以追溯到很久以前，以石灰、粉煤灰为固化原料的二灰土多作为道路工程的基层材料。石灰、粉煤灰和水泥固化土壤的机理类似:包括结合土壤中的水分、形成胶凝成分来胶结土壤、堵塞土壤的毛细结构，从而形成强度和稳定性。缺点是固化土壤的早期强度不高;由于固化剂加入量较大，形成胶凝的过程会产生较大的变形，水稳性差，固化土容易干缩，形成裂缝，破坏结构，影响水稳定性;而且这类固化剂的固化效果依赖于土壤的颗粒度和含水量，在施工上存在着限制。一直以来，许多研究者致力于通过添加辅助成分来提高这类固化剂的性能。例如， 在此类固化剂中添加无机盐类，促进钙钒石的生成(可以有效 18 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究 第二章 土壤固化剂分类及作用原理综述 减少形变量，并且增加早强性，从而给这一类固化剂带来新的活力。 2 、矿渣硅酸盐类固化剂 这一类固化剂的元素组成与土壤较为接近，主要是活性硅氧化物、铝氧化物等，与水泥相区别。它利用活性激发成分促进固化剂水化和产生胶结土壤颗粒的胶凝物质，并且在一定程度上激发土壤颗粒本身的活性，在固化剂和土壤颗粒之间进一步形成有效的作用力，并且保留部分活性成分。在较长的时间内稳定地增加强度。由于这类固化剂采用的是水硬性成分，所以防水抗冻性能较好。这是目前较为成功的土壤固化剂，而且国内矿渣等资源比较丰富，成本也比较低，所以市场前景比较好。缺点是这类固化剂适用的土壤类型有限，而且固化剂掺入量仍然较大，施工量没有降低，对于本地缺乏资源的地区，进行施工需要较高的运输成本，这也是限制其应用的一大因素。 二、改进型固化剂 改进型土壤固化剂是用于改善土壤物理力学性质以适应工程技术要求的新型化学材料，目前工程中应用的土壤固化剂总体上可以分为两大类，即离子类固化剂和复合类固化剂(高聚类固化剂)。 1、高聚物类固化剂 这类固化剂种类很多，包括多种树脂、纤维、表面活化剂等。传统的高聚物改良土壤包括水土保持、土壤保湿、疏松土质等，在此基础上，研 究发现利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，或者利用表面活性剂改变土粒表面亲水性质，形成有效的抗水能力。在土壤压实的基础上，可以得到较好的抗压强度，从而发展成为一类新的土壤固化剂。 这种固化剂有如下优点:固化剂的掺入量较少，运输方便，成本可以有较大幅度的降低;一般采用水溶液的形态与土壤混合，施工方便;加入催化聚合成分或者直接利用土壤成分来实现交联，土壤早期强度和后期稳定强度均可以满足要求;适用的土壤类型比较丰富，所以适应性也比较好。缺点是这类固化剂普遍的抗水性能比较差，遇水强度急剧降低，一些成型的产品同样存在这类问题。并且土壤的强度建立在聚合物本身的胶结能力上。土壤的结构成分复杂，对聚合物本身的稳定性也是一种考验，有待进一步发展和实践检验。 2、电离子溶液类固化剂， 离子类固化剂也称ISS(IONIC SOIL STABILIZER)土壤固化剂，离子土 19 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究 第二章 土壤固化剂分类及作用原理综述 壤固化剂为多种强离子组合的水溶剂，溶于水后立即产生离子化而使水溶液呈高导电性，由于离子交换作用，H+及OH-离子迅速地使水离子化，并使土壤中正负电荷达到平衡，切断了土粒水分子之间的“电化键”。在压实作用下使水分子脱离排走，这一反应是不可逆反应，是永久性的。这一过程使土料按两端正负电极整合而联结在一起，经过碾压，土壤中的孔隙与水分不复存在而形成块体，即土壤固化体。固化作用主要是有效地把土体的水分排走，使土壤由原来的“亲水性”变成憎水性，不再恢复吸水功能。 由于这一类固化剂作用的机理是利用强离子来破坏土壤颗粒表面的双电层结构，减弱土壤表面与水的化学作用力，并且从根本上改变土壤颗粒的表面性质，使其趋于憎水性，因此，在压力作用下使得土壤形成强度和良好的抗水性能。特别是其中还包括一定的离子交换促使土壤具备一些活性，从而促进土壤的稳定和强度。 这一类固化剂与高聚物类固化剂有相同的优点，施工方便、成本较低。但是也有较大的缺点，由于施工需要的用水量比较大。所以在北方和西部一些缺水的地方施工存在困难;另外这种固化剂对土壤成分有一定的要求，这也在很大程度上限制了其应用。 3、复合类固化剂 这种固化剂多与传统的水泥、石灰固化剂复合使用，称复合类固化剂。 这种复合类固化剂一般是固态干粉状，通常由水泥、石灰等无机结合料和化学添加剂复合而成。固化剂与土壤颗粒混合后发生一系列的物理化学反应，其中硅酸钙水化后形成氢氧化钙和水化硅酸钙(C,H,S)凝胶。氢氧化钙和活性二氧化钙再次反应，补充生成具有强度的水化硅酸钙，加强了土壤颗粒之间的凝结，使土层形成具有强度的土壤结构层。经水化反应生成的结晶体使得固化剂材料体积增加，它有效的填充了土壤颗粒之间的孔隙，使得颗粒之间更加紧密。同时，固化剂中某些离子也能与土壤颗粒产生高效率的离子交换，使加固土层内部针柱晶体相互交叉形成独特的链状和空间网状结构，改变了固化土中孔径分布。另外，固化剂和水作用时，改变了原土体表面的附着自由水，使其重新排列组合，大量自由水以结晶形式固定下来，使土壤中的含水量迅速减少，土壤颗粒重新按两端正负荷 相互吸引而紧密结合，经过碾压后，密实度增大，毛细管破坏，路基强度增大，耐水性和抗冻性得到提高。 20 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究 第二章 土壤固化剂分类及作用原理综述 从目前国内外使用的土壤固化剂来看，不外乎以上四种类型，但在实际使用上，经常是多种类型的固化剂混合使用。此外在采用化学固化剂的过程中也常辅助以物理手段，例如国外曾采用施加电场的方式来排除土壤水分，引导离子电泳在土壤中形成固化盐类。此外，有很多种类土工织物也常用来增加土块的稳定性;还有公司开发出生物酶技术来加固土壤。 2.2 土壤固化剂固化机理 总结国内外普遍使用的土壤固化剂加固土，固化机理可总结为三大过程、两大处理: 1、土壤固化剂固化的三大过程 土壤固化剂加固土的机理非常复杂，其固化机理归纳起来，可以概括为物理力学过程、化学过程和物理化学过程三大过程。 物理力学过程是指土壤固化剂在固化土壤时，土料经过粉碎、拌合和压实，土体的基本单元在外力的作用下彼此靠近，从而减少土体的孔隙率，增大密实度，降低渗水性，这种过程是可逆的，土体的强度随外界条件的改变会发生变化。物理力学过程是一种最简单、最基本的加固手段，但该过程是任何类型的土壤固化剂在固化土壤时都必需的，因为固化土壤的密度和土壤固化剂在土体中的均匀性，对强度的形成具有非常重要的作用。 化学过程是指土壤固化剂在固化土壤的过程中，其本身组分发生的化学反应、土体与土壤固化剂中的某些组分发生的反应等。前者包括无机类土壤固化剂材料本身的水解与水化反应，与空气中二氧化碳的碳酸化反应，有机类土壤固化剂的聚合与缩聚反应等，后者如土壤固化剂中的组分与土壤颗粒之间的火山灰反应、有机高分子与土壤颗粒表面间的络合反应等。 物理化学反应过程主要指土壤颗粒与土壤固化剂中各组分的吸附过程，包括物理吸附、化学吸附和物理化学吸附。物理吸附指在分子力的作用下，土体的基本单元将土壤固化剂中的某些组分吸附在其表面，使其表面自由能得以降低。化学吸附指吸附剂与被吸附物质之间发生化学反应而生成新的不溶性物质，并在吸附剂与被吸附物质之间形成化学键。物理化学吸附指土壤固化剂中的某些离子与土体基本单元表面的离子发生了离子交换吸附。在土壤固化剂与土体 21 土壤固化剂在路基处理、道路基层中的应用研究 第二章 土壤固化剂分类及作用原理综述 的物理化学作用过程中，无机类土壤固化剂主要是物理化学吸附，如无机类土壤固化剂中的钙盐、镁盐溶解后，钙离子和镁离子与土体基本单元所吸附的钠离子发生交换反应，可以增加土壤颗粒的