土壤固化技术（精选7篇）
土壤固化技术 篇1
随着经济全球化发展, 各种工业设施、市政建设及能源开发快速发展, 将大量有毒重金属排放进生物圈。从相关统计可知, 排放到环境中镉超过了1012000吨, 砷超过了165000吨, 而且绝大部门都渗入到土壤中, 对土壤造成了严重污染, 影响到人们正常工作与生活, 对生态环境造成破坏。
1 稳定化/固化处理技术定义
固化/稳定化技术, 是采用添加重金属抑制剂和强化胶结剂等处理重金属污染土壤, 使溶解性的重金属转变为难溶的安全材料, 溶解性下降, 很大程度的降低土壤中目标污染物的迁移和浸出能力。可以经济、快速的固定污染土壤中的重金属离子, 避免渗流对地下水的影响;还能提高污染土壤的硬度和强度, 满足某些工程要求。此技术分为原位固化/稳定化土壤修复技术和异位固化/稳定化土壤修复技术。
1.1 稳定化/固化处理技术原理
稳定化/固化土壤修复技术是指运用物理或化学的方法将土壤中的有害污染物转化成化学性质不活泼的形态并固定起来, 阻止其在环境中迁移、扩散等过程, 从而降低污染物质的毒害程度的修复技术。固化/稳定化土壤修复技术常用于处理重金属和放射性物质污染的土壤, 但其修复后场地的后续利用可能使固化材料老化或失效, 从而影响其固化能力, 且触水或结冰/解冻过程会降低污染物的固定化效果。该技术所需的时间一般为3-6个月, 具体应视修复目标值、待处理土壤体积、污染物浓度、污染物复合程度情况及土壤特性等因素而定。
2 稳定剂选择
工程的成功与否关键在于稳定剂的选择与投加, 本项目稳定剂的选择要考虑的重点:
2.1 污染物基质形态
污染废渣及土壤为本项目的主要污染媒介, 废渣及土壤类型各异, 颗粒大小、性状差别大;
2.2 目标污染物
复合重金属污染物, 包括Cd、Pb、As, Zn等, 浓度差异大, 浓度和组分的组合复杂:
2.3 环境特性
由于粒径和材质的不同, 场地上不同土壤及废渣含水率和p H等特性差异很大, 随地点可出现较大变化;
2.4 修复目标
根据场地风险评估得出的修复目标值, 是技术制约因素;
2.5 成本
在保证有效的前提下尽量降低每吨污染物的处理费用, 是经济制约因素。
在处理中污染土壤与废渣时使用有机和无机复合的高效环境专用稳定剂 (黏土矿物、硫基、磷基、有机、p H控制) , 针对具有特定综合再利用的土壤可以选择性添加固化剂, 用以提高物理强度。
3 添加量估算
将依照批量土方的重金属浓度的高低不同实际调整药剂的添加量, 使药剂的化学当量 (stoichiometric) 至少超过土壤中的有效态重金属总量的10倍以上, 添加量与污染浓度的关系大致如下:
其一低浓度 (标准1-10倍) :粉剂1-2%、水剂1~2%
其二中浓度 (标准10-20倍) :粉剂5~10%、水剂10~15%
其三高浓度 (超过标准20倍以上) :粉剂15%~30%、水剂15%~25%
4 土壤稳定化/固化处理技术应用
规划建设土壤稳定化处理中心一般为临时厂房, 工程实施结束后拆除临时厂房, 平整土地后根据用地规划作为建设用地。搅拌设备基础必须进行打设基桩等土工, 以确保设备运行时的稳定性与安全性, 附属处理设备可用于建筑、矿业行业, 或用于其他土壤污染治理项目。
化学稳定化固化的工艺流程主要着重在:筛分大粒径颗粒 (>50mm) 以减少不必要的药剂成本浪费与设备损耗;使用高效稳定剂提高稳定化效果;使用高效连续式强制搅拌机组提高混合效果;适量添加固化剂以达到治理要求或后续工程再利用目标。
4.1 土壤稳定化/固化处理工艺流程
4.1.1 将土方从污染地挖掘装车运输至污泥稳定化处理中心的堆场等待处理, 堆场底部须做防渗;
4.1.2 以铲车将土壤送至进料斗, 通过皮带输送机送至震动筛, 采用振动筛将土壤中粒径大于50mm的石块和杂质分拣出来, 经过高压水冲洗后作为建材或地基材料外运使用;
4.1.3 沙土由振动进料器定量进入强制式搅拌塔, 加入调节水将土壤含水量在控制在60~65%范围内, 同时加入稳定剂进行连续性搅拌;
4.1.4 经强制搅拌混合后的土壤由搅拌机排出;
4.1.5 搅拌均匀的稳定化土壤再由皮带输送机转移至土堆暂存区, 再由铲车送至稳定堆场进行养护, 保证稳定化反应彻底完成, 养护完成后土壤水分可降至30%以下;稳定堆场要求通风、防渗;
4.1.6 稳定堆须经采样进行毒性浸出试验分析, 确定达标后进行回填。
5 结语
总之, 有毒金属对土壤造成的污染是越来越严重, 同时对人们生活造成极大影响, 因此要依据实况选择科学处理措施, 才能够有效修复被污染的土壤。
参考文献
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土壤固化技术 篇2
1 工程概况
浦钢搬迁氧气站工程,为上海世博配套工程——宝钢集团浦钢整体搬迁工程中的重要项目之一,其厂区道路做法原设计为15 cm厚砂砾石垫层、44 cm厚三渣基层、6 cm厚沥青混凝土联结层、7 cm厚沥青混凝土面层。道路基层压实度设计要求98%,弯沉值要求不大于1.109 mm。
2 工程特点
1)施工平面特别紧张。2)工期紧。为加快厂区道路工程的施工进度,为三大机的安装创造有利条件,确保总工期的实现,我项目部与业主、设计院和监理单位进行了协商,并经过三方同意认可,将44 cm厚的道路三渣基层更改为土壤固化剂固化基层(固化剂采用美国路邦EN-1土壤固化剂)。此固化剂施工技术的主要优点在于可以大幅度缩短工期,3 d就可以上车,7 d就能达到设计强度,比三渣基层养护时间缩短了2/3。
3 相关配合比及相关技术要求
1)配合比(重量比)。
土壤材料∶路邦EN-1固化剂∶水泥=1∶0.025%∶5%。
即:每300 m2(厚度按44 cm计)土壤材料加入路邦EN-1固化剂50 kg(一桶),每平方米土壤材料(厚度按44 cm计)加入水泥37 kg。
2)技术要求。
土壤固化剂的技术性能指标应符合现行行业标准CJ/T 3073土壤固化剂的规定。
土壤:宜采用原地,能被碾碎的土壤,土中不应含草根,树根,乱石等杂物,禁用淤泥沼泽土,含草皮土,生活垃圾和腐蚀质土。
拌合水:应采用人或牲畜可饮用的水,pH≥6。
水泥:水泥采用普通硅酸盐水泥325,且应选用终凝时间不小于6 h的水泥,不可使用早强水泥。土壤、水泥和固化剂必须拌和均匀。在拌合材料压实之前,禁止大量浇水或淋雨。基层压实后应浇水养护7 d～12 d。
4 操作要点
1)备料。根据现场实际情况,路槽开挖时开挖出的土方不外运,在马路旁边进行就地摊平、翻晒,同时对土壤内的树枝、草皮、杂物和腐殖土等进行清除,对尺寸较大的颗粒予以剔除。将该土壤作为固化基层土壤材料。
2)施工测量。基层施工前在砂砾石基层上恢复中线,并在底基层两侧每10 m设一高程控制桩,用红漆作出明显标记,指示出固化基层边缘的设计高度。因固化层较厚(44 cm),为保证材料拌和及压实质量,将固化基层分为两层施工(每层厚度22 cm)。
3)摊铺。通过试验段的摊铺和压实来确定松铺系数,当采用机械配合人工摊铺时,其松铺系数可采用参考值1.53～1.58。用挖土机配合人工将土均匀的摊铺在预定的宽度上,力求平整。检验松铺材料层的厚度:松铺厚度=压实厚度×松铺系数,每层厚度不得大于30 cm。
4)洒水焖料。在摊铺后的土壤中,如含水量过小,应在土壤层上洒水焖料,洒水焖料的标准以拌和前的土壤含水量大于固化土混合料最佳含水量的1%～2%为宜(固化土混合料的最佳含水量通过击实试验确定),洒水要均匀,防止出现局部水分过多的现象。
5)摊铺水泥。按照计算好的水泥用量在已经平整好的土壤上均匀放出白灰线,按照白灰线分格将水泥均匀放置于土壤上,配合人工进行摊铺,确保水泥摊铺均匀。
6)喷洒固化剂。根据计算好的用量将固化剂浓缩液和规定比例(约10倍～15倍)的水混合均匀,采用洗车用高压喷枪将混合完毕的固化剂均匀的喷洒在土层表面,如图1所示。
7)拌和。根据施工条件,选用拖拉机带农用铧犁和旋转耕作机进行拌和。拌合料要均匀,拌和层底不留素土层,每层翻拌四遍,开始两遍不应翻拌到底,以防固化剂落到底部,后两遍翻拌到底,如图2所示。
8)整型。用挖土机配合人工初步整平,用拖拉机立即在初平的路段上快速碾压一遍,以暴露潜在的不平路段。对于局部低洼处,应用齿耙将表层以下10 cm耙松,并用拌和好的固化剂混合料进行找补整平后再用挖土机配合人工整型一次。从拌和到碾压时间不超过5 h。
9)碾压。整型后立即用重型振动压路机在路基全宽内进行碾压,一般碾压6遍～8遍,要求没有明显的轮迹。压路机不得在已完成或正在碾压的路段上“掉头”和“急刹车”。碾压过程中,表面要始终保持潮湿,如有“弹簧”松散,起皮等现象,要及时处理,如图3所示。
10)养生。用草袋或不透水薄膜养护,无条件时也可用洒水车或水泵水带洒水养护,保持路面湿润,养生期一般不低于7 d。
11)检验。基层施工完毕压实后即进行压实度检验,施工完毕12 d以后,进行道路弯沉值检验。
12)路面施工。基层施工完毕,完成弯沉值检验后即可进行路面摊铺施工,见图4。
5 应用效果
1)质量效果:道路基层施工完毕后,由实验室现场分段进行了压实度和弯承实验。经检测,采用路邦固化剂技术施工的浦钢氧气站厂区道路基层压实度达到了98%～99%,弯沉值达到了0.62 mm～0.75 mm,完全达到了设计压实度98%和弯沉值不大于1.109的要求。
2)进度效果:采用路邦固化剂施工技术后,我项目部仅用15 d时间便完成了近2万m2厂区道路基层的施工,比三渣基层节约了工期近2/3,确保了预定进度计划的实现,及下一步浦钢氧气站三大机安装和裸冷节点的顺利实现。
3)经济效果:道路施工完毕后,我项目部对该加固基层进行了经济技术分析,经过详细计算,采用该技术施工的道路基层比采用三渣基层每平方米节约费用近10元,仅此一项,便为浦钢氧气站工程节约成本近20万元。
6 结语
通过路邦EN-1固化剂施工技术在浦钢搬迁厂区道路施工中的应用,形成了一套完整且易于施工操作的施工工法,找到了提高厂区道路施工速度和节约工程成本的新方法。
摘要：通过对土壤固化基层施工工艺的探索,以及路邦EN-1土壤固化剂固化基层在上海世博配套工程——宝钢集团浦钢整体搬迁项目氧气站厂区道路中的应用,从而阐述了土壤固化基层在提高道路施工速度、节约工程建设成本等方面所起的作用。
浅析新型筑路材料土壤固化剂 篇3
新型筑路材料土壤固化剂材料是筑路工程的物质基础, 其质量的把关和控制, 关系到建筑物的安全性、适用性、耐久性和经济性等, 这种材料的质量把关, 需要满足以下几方面的要求。
(1) 安全性要求。新型筑路材料土壤固化剂材料的安全性特征, 表现为材料能够达到一定的强度标准, 具备足够的抗变形等能力, 譬如路基施工, 为了满足道路承载力施工需求, 必须具备足够的强度。
(2) 适用性要求。新型筑路材料土壤固化剂材料用于建筑施工当中, 在道路竣工之后, 将为人们营造良好的道路交通环境, 因此, 通常会提出新型筑路材料土壤固化剂材料提出各种性能要求。
(3) 耐久性要求。道路筑工程一旦竣工, 必须满足在长时间交通荷载环境中, 具备一定抗压强度环境中长时间使用, 并应对各种环境灾害问题的能力, 正面要求新型筑路材料土壤固化剂具备一定的耐久性。
从新型筑路材料土壤固化剂的质量要求可以看出, 新型筑路材料土壤固化剂的质量把关将关系到道路的安全使用, 如果材料的质量不过关, 不仅无法实现道路的功能要求, 而且可能危及人们的生命财产安全。
2 新型筑路材料土壤固化剂质量的把关思路
新型筑路材料土壤固化剂的质量把关, 是一项复杂的工程任务, 我们必须在确定质量控制目标的基础上, 制定质量把关的标准和方法, 并按照质量控制的基本程序, 形成对材料质量的科学控制思路。
2.1 质量把关的目标
进场之后, 要根据规定检查合格证书和技术说明文件, 及时试验和检验新型筑路材料土壤固化剂材料的性能是否符合规范要求, 譬如通过抽查检验, 确保材料的质量等级与合同的附属说明一致, 或者不会存在太大的差距。在此基础上, 加强材料的存储、使用等质量管理, 在施工作业之前, 根据材料的计划方案严格审核其供应计划, 并做好相关的备案工作, 藉此制定相应的质量管理程序和制度, 以便在采购、存储、使用等过程中进行质量把关。另外在工程进行的过程中, 材料要合理应用, 包括类型的甄选和数量的控制等, 这些都是材料质量把关的关键性目标内容。
2.2 质量把关的标准
新型筑路材料土壤固化剂材料的质量把关, 要求围绕工程的设计方案要求进行, 如果设计规范对材料的质量没有特殊要求, 则要以国家的相关规范文件为准。一方面是坚决不使用质量不过关的新型筑路材料土壤固化剂, 不得出现违背质量控制标准的情况。另一方面考虑到新型筑路材料土壤固化剂具有等级要求, 必须达到该等级的最低质量标准, 譬如公路桥梁施工的材料强度要求具有很大的差别, 如果将质量等级较低的新型筑路材料土壤固化剂混用, 将被视为违背质量控制标准的表现。
2.3 建设质量检测系统
随着各种新型建筑材料的推出, 材料的种类越来越多, 性能越来越复杂, 单单依靠传统的检测仪器、手段和方法, 是很难全面满足材料检测需求的。为此, 我们需要尽快建设和完善材料的质量检测系统, 对相关的工程检测管理软件功能进行完善, 提高检测的效率。关于材料质量检测系统功能的开发, 作者认为一方面要能够将各级工程质量控制的标准体现出来, 这一点可以参考质量监督管理部门所提供的检验项目数据, 其中包括各种类型材料的质量基本标准和不合格的基本依据, 并以信息系统的渠道及时更新这些数据信息, 另一方面是将每项材料检测的信息进行详细登记, 包括工程名称、材料类型、材料数量、检测过程、检测结果等, 然后通过信息渠道共享处理。
2.4 进场的质量检测
新型筑路材料土壤固化剂在进场的时候, 需要进行严格的质量检测, 需要由建设单位、监理单位和施工单位共同配合进行检测, 主要检测的内容是新型筑路材料土壤固化剂的型号、尺寸、数量、性能等是否符合规定要求, 检测的方法是将检查的结果和材料质量证明文件一一对比, 常见的检测方法有普通送检、取样送检、监督抽检等。作者认为材料第一次检验经常采用取样送检方法, 但这种检测方法可能会存在漏洞。因此, 需要在监理单位、施工单位、建设单位的共同见证下, 进行重新取样复检。在检测的过程中, 如果发现存在质量问题的新型筑路材料土壤固化剂, 要禁止进入施工现场, 由建设单位、监理单位和施工单位共同签字, 然后就地封存处理。材料进场的抽样检测, 除了要控制取样的数量, 还要重视取样方法, 以免造成检测偏差。因此, 取样的样品要具有代表性, 以准确检测出材料质量性能。
2.5 进场后质量检测
施工现场的新型筑路材料土壤固化剂材料, 在使用之前必须进行复检, 一方面是存储材料的质量检测, 根据新型筑路材料土壤固化剂材料首次检测的质量报告, 检查报告的内容是否真实, 并根据材料存储状况, 分析材料是否存在受到外界不良因素影响的风险, 譬如堆放是否合理, 材料防护措施是否到位, 专人管理是否科学等。另一方面是新型筑路材料土壤固化剂材料使用之前的质量检测, 即将投入施工的材料, 要进行简单的抽样检测, 如果发现材料质量出现隐患, 要进行更换处理。新型筑路材料土壤固化剂材料的质量控制方法由材料试验、验收、管理等方法组成, 首先是材料使用之前, 对材料的质量要求进行规定, 并制定严密的采购和供应计划, 以确保材料能够在规定的时间内容按质按量供应。其次是材料的试验, 需要利用各种先进的技术手段, 检测材料的技术性能, 以此推断出材料的质量水平, 并出具可靠的试验结果;再次是材料的验收, 包括检查材料的品种、规格、强度等, 这是比较直观的质量把关方式, 譬如数量和外观质量的检验, 通常是在检查产品合格证和技术说明书的基础上, 试验和检验材料, 以防变质或者性能不符合要求的材料进入施工现场。最后是材料进场之后的控制管理, 尤其是在保管方面, 要确保材料的质量不会出现变化。
3 结束语
综上所述, 新型筑路材料土壤固化剂的质量把关将关系到道路的安全使用, 如果材料的质量不过关, 不仅无法实现道路的功能要求, 而且可能危及人们的生命财产安全, 其质量的把关和控制, 关系到建筑物的安全性、适用性、耐久性和经济性等, 这种材料的质量把关, 需要满足“安全性要求、适用性要求、耐久性要求”, 必须在确定质量控制目标的基础上, 制定质量把关的标准和方法, 并按照质量控制的基本程序, 形成对材料质量的科学控制思路。文章通过研究, 基本明确了新型筑路材料土壤固化剂材料的控制方法, 其他材料质量控制工作可藉此作为参考借鉴, 但考虑到不同材料用途和性能的差异性, 以上方法在实际工程中, 需要紧扣工程的具体情况, 予以灵活地参考借鉴。
摘要：道路工程质量的控制工作, 材料质量的把关起到了关键性的作用, 其中新型筑路材料土壤固化剂的应用, 是在生产材料之后, 在投入工程施工之前对其质量进行严格控制, 以便为工程施工提供有利的条件, 新型筑路材料土壤固化剂材料质量的控制, 包括材料的采购、加工、检验、堆放、保管、使用等工作步骤, 具有很强的专业性要求。文章将在分析新型筑路材料土壤固化剂材料质量控制必要性分析的基础上, 从各个角度探讨如何把关这种材料的质量。
关键词：筑路工程,新型材料,土壤固化剂
参考文献
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沿海盐渍淤泥土壤固化方法和应用 篇4
多年来, 软基处理一直是困扰工程建设的一个难题, 在我国沿海地区江浙一带一些工业与民用工程项目和干线公路、港口码头, 尤其是重大冶金项目和高等级公路的建设中, 普遍采用毛石换填 (抛填) 法、石灰稳定土、水泥稳定土或各种综合稳定土类等传统的土壤加固方法, 其特点见表1。这些方法往往会带来土体强度不够、地基下沉、容易产生收缩裂缝、受环境温度影响较大、工程费用增加、生态环境破坏等方面的问题。连云港徐圩新区地基土壤为典型的盐渍淤泥土壤, 表现出来的问题更加突出。
土壤固化剂作为一种新型的土壤加固材料, 解决了软弱地基处理方面的很多实际问题。一些发达国家在20世纪40年代就开始了对土体加固技术的研究, 并已经形成了一门综合性的交叉学科。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技术建设道路上有很多成功的例子, 还有像德国、澳大利亚、南非等国也处在研究的前列。
土壤固化剂自从20世纪90年代引入我国以来, 科学研究方面已经取得了一定成果, 建设部于1998年6月30日发布了土壤固化剂的行业标准 (CJ/T3070—1998) 。国内土壤加固剂在道路路基加固、堤坝防护、渠道防渗、矿山尾矿坝加固等方面进行工程实践和应用, 在减少工程费用、提高地基强度、减少施工工期、增强土体稳定性等方面取得了一定效果。但国内针对含盐量较高盐渍淤泥土壤的固化研究还很少。
国家发明专利技术《一种用于盐渍淤泥土壤硬化的固化剂及其应用》 (专利号ZL201410111644.8) , 就含盐量较高盐渍淤泥土壤的固化进行了研究和工程应用, 填补了国内盐渍淤泥土壤固化空白。
首先盐渍淤泥土壤的固化项目建设符合国家宏观经济政策, 可以推动地方经济发展, 推进连云港市徐圩新区大规模建设。
通过对连云港徐圩新区土壤中盐渍土八大易溶盐盐度、类型及空间分布的分析得出, 该地区盐渍土为典型的氯盐渍土, 该区土壤中氯盐在近地表15 m范围内浓度较高, 而且全部以淤泥形式存在。前人研究发现, 不同成分类型的盐渍土, 其工程特性及对工程危害差别较大, 如:
(1) 以CO2-3盐类为主要成分的盐渍土, 会与水泥材料中的碱起化学反应, 降低混凝土中的碱度, 导致钢筋锈蚀破坏。
(2) 以Cl-盐为主要成分的盐渍土, 溶解度较大, 具有明显的吸湿性, 受水浸时会形成洞穴甚至坍塌, 极易引起混凝土建筑中钢筋蚀锈, 是导致沿海工程混凝土结构破坏的主要原因。
(3) 硫酸盐类为主要成分的盐渍土, 会与混凝土成分发生化合作用, 形成含水结晶体, 体积增大, 引起涨裂破坏, 影响建筑的耐久性。其中, Cl-盐引起的沿海工程建设破坏最为常见, 是导致沿海工程混凝土结构破坏的主要原因。
(4) 对该地区的软基处理及工程建设费用大大增加, 也对环境造成一定破坏。同时, 水体中的易溶盐组分超过一定含量时, 对区域工程建设的影响会更为直接。盐渍土地区由于土壤和水体之间的相互影响作用, 使得地下水及地表水中易溶盐质量浓度也常常呈现高值, 在实际研究中要综合考虑这两方面的影响。
盐渍淤泥土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料, 经过多年的潜心研究, 该技术为新型地基材料, 作用于土, 将土固结成板体, 用做路面 (地面) 基层。可以替代稳定沙砾、二灰碎石等传统路面 (地面) 基层材料。而土分布广泛、廉价、可就地取材, 与传统的路面 (地面) 基层材料相比可降低成本30%~40%。同时减少传统材料开采、加工、存放环节占用和破坏的土地, 减少石灰、水泥生产时所消耗的大量石灰石和煤炭资源, 从而减少CO2的排放量。
2 盐渍淤泥土壤固化原理
盐渍土壤固化剂与盐渍土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变盐渍土壤的物理力学技术指标, 能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来, 使得盐渍土壤胶团表面电流降低, 胶团所吸附的双电层减薄, 电解质浓度增强, 颗粒趋于凝聚, 体积膨胀而进一步填充土壤孔隙, 在压实功的作用下使固化土易于压实和稳定, 从而形成整体结构, 并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤, 其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大提高, 从而延长了使用寿命, 节省了工程维修成本, 经济环境效益俱佳。
盐渍淤泥土壤固化方法:在盐渍淤泥土壤里按比例添加高铝水泥、碳酸钙、滑石粉、石灰、含硫混合物、β-萘磺酸甲醛纳盐缩合物、添加剂等组成的固化剂, 通过分层风干晾晒、分层机械搅拌、分层碾压成型等物理化学作用, 提高该土壤的水稳定性、抗腐蚀性、抗冻性, 解决了盐渍淤泥土壤硬化难、强度低、沉降量大等难题。经固化处理的盐渍淤泥土壤具有承载力高、水稳定好、沉降量小、抗冻、整体性好、工期短、就地就近取材、变废为宝, 是沿海建设软土地基处理新技术。
盐渍淤泥土壤固化发生的主要物理变化和化学变化如下:①盐渍淤泥土壤固化前后主要的物理变化 (以固化深度为1.2 m为例) , 见表2。②盐渍淤泥土壤固化前后主要的化学变化, 含硅质材料化学变化物质、含钙质材料化学变化物质、其他离子化学变化物质, 包括:Si O2、Al2O3、Mg O、Fe2O3、SO3、Ca O、Al2O3、Si O2、K+、Na+、Ca2+。
3 盐渍淤泥土壤固化的优势
对于需加固的盐渍淤泥土壤, 根据土壤的物理力学技术指标和化学成分, 只需掺入一定比例的固化剂, 经拌匀、压实处理, 即可达到需要的物理力学技术指标。其特点是各项固化土物理力学技术指标优良、工程造价低、施工方便、缩短工期, 尤其是有利于生态环境保护。采用盐渍淤泥土壤的固化土可以替代大量的石灰、水泥、粉煤灰、碎石、砾石等传统筑路材料, 节省资源、能源, 节约土地, 保护植被, 大幅度减少二氧化碳等温室气体的排放量, 有利于生态环境保护, 经济、环境效益特别明显, 是工程建设可持续发展的创新型技术之一。由于它比传统的水泥、石灰等土壤固化材料具有更好的性能和经济、环境效益, 还能解决水泥、石灰、粉煤灰等胶凝材料在土壤加固时难以解决的一些特殊问题, 具有独特的土壤固化效果和广泛的实用性, 已经被广泛应用于路面 (地面) 的基层及底基层、水利护坡等工程建设当中。
江苏某集团3万m2港口物流货物堆场项目工程进行采用盐渍淤泥土壤固化土地基和毛石抛填 (换填) 地基两个施工方案比选, 通过对原材料、施工机械设备费用调查和估算, 对盐渍淤泥土壤固化和毛石抛填 (换填) 做了详细造价对比。在满足物流货物堆场承载力、沉降等要求前提下, 每平方米可节约投资71.18元, 可以节约总投资约211.55万元, 可以就地就近利用盐渍淤泥土壤约3.6万m3, 减少消耗炸山采石约7.05万m3, 详细数据见表3。
4 盐渍淤泥土壤固化技术在工程建设中的应用
盐渍淤泥土壤固化形成整板型结构的硬壳层, 可大幅减少软基建设中不均匀沉降问题。其轻质、整体沉降小、就地就近取材、工期短、投资少、维护费用低等优点, 在连云港徐圩新区和大浦开发区钢结构厂房、物流货物堆场、道路、停车场等项目中推广应用。其中仅某冶金钢铁精品钢管公司厂房地面基础、大型重载物流货物堆场、主次道路、室外停车场地面基础等大量采用盐渍淤泥土壤固化地基代替毛石抛填 (换填) 地基30多万m3, 减少工程项目直接投资约5 000多万元, 节省工程项目投入使用后大量维护费用。具体工程应用如下:
(1) 应用于钢结构厂房的承台和地面的盐渍淤泥土壤固化土地基
①徐圩新区某车间为单层钢结构厂房, 建筑总高度为11.4 m, 长为65.24 m, 柱跨10 m, 厂房跨度为连续2跨20 m, 建筑总面积为1 593 m2, 设计地坪荷载为50 k Pa。该厂房料仓车间长65.24 m, 宽15 m钢柱承台、地面地基未打桩, 全部采用固化土地基, 固化深度0.9 m, 于2013年9月竣工, 两年钢柱、地面工后沉降不足10 mm, 固化土地基满足厂房承载力和沉降要求。②连云港大浦开发区某集团机械加工厂为单层钢结构厂房, 建筑面积为3 960 m2, 该厂房为机械加工厂, 设计地面荷载为100 k Pa, 该地面地基原设计为毛石抛填 (换填) 地基, 因该公司其他项目采用的地面毛石抛填 (换填) 地基2年工后沉降达150~300 mm, 且不均匀沉降, 影响工艺设备使用。故采用盐渍淤泥土壤固化土地基, 固化深度1.2 m, 工期20 d, 竣工后委托第三方法定检测机构做14 d静载检测达到230 k Pa, 累计沉降4.56 mm, 完全满足地面承载力和沉降要求, 未出现不均匀沉降。③徐圩新区某公司机械装备制造 (一期) 项目在充分考虑投资、工期、质量、竣工维护等, 该项目的铆焊车间和第一装配车间地面地基全部采用固化土地基, 其中铆焊车间长288 m, 宽60 m, 固化土长304 m, 宽76 m;第一装配车间长288 m, 宽90 m, 固化土长304 m, 宽106 m。铆焊车间和第一装配车间地面设计荷载为80 k Pa, 地面固化土基础固化深度为1.2 m, 工期60 d, 铆焊车间和第一装配车间竣工后分别委托第三方法定检测机构做28 d静载检测, 各检测4个点, 检测结果见表4。
(2) 应用于物流堆场的盐渍淤泥土壤固化土地基
某公司物流货物堆场大量采用盐渍淤泥土壤浅层固化土地基, 竣工后经过1~3年的观测和检测, 承载力高, 沉降量小且均匀, 完全满足各类物流货物堆场使用要求。其中防腐厂5号堆场设计承载力为300 k Pa, 做破坏实验, 加载达950 k Pa, 180 d累计沉降量不足30 mm。物流货物堆场盐渍淤泥土壤浅层固化土地基具体应用见表5。
(3) 应用于工业园区主次道路的盐渍淤泥土壤固化地基
某公司工业园区主次道路大量采用盐渍淤泥土壤浅层固化土地基, 竣工后经过1~3年的观测和检测, 承载力高, 沉降量小且均匀, 路面平整不开裂, 无波浪型裂缝、鼓包现象, 无在车辆行车荷载作用下产生的疲劳破坏水坑, 完全满足主次道路使用要求。具体的主次道路盐渍淤泥土壤浅层固化土地基具体应用见表6。
(4) 应用于室外停车场、垃圾处理场、室外地坪的盐渍淤泥土壤固化地基
某公司办公楼、厂房室外地坪、停车场、垃圾处理场等大量采用盐渍淤泥土壤浅层固化土地基, 竣工后经过1~3年的观测和检测, 承载力高, 沉降量小且均匀, 完全满足使用要求。办公楼、厂房室外地坪、停车场、垃圾处理场渍淤泥土壤浅层固化土地基具体应用见表7。
5 结语
盐渍淤泥土壤固化地基大量工程实践证明, 该方法是众多软土地基处理中的一种良好解决方案, 填补我国盐渍土壤固化地基处理空白。特别是该方法就地就近取材、工期短、投资省、节能环保, 可再生资源消耗少, 承载力高, 工后沉降小且沉降均匀, 是优先代替毛石抛填 (换填) 地基的最佳方案, 具有显著的经济效益和社会效益。如果在盐渍淤泥土壤固化土地基中引进土工布和土工格栅, 其力学性能将还有很大提升空间, 盐渍淤泥土壤固化地基将满足更多更广工况条件工程地基使用要求。
摘要：海城市连云港盐渍淤泥土壤固化方法和工程应用, 解决了盐渍淤泥土壤硬化难、强度低、沉降量大等难题, 填补国内沿海盐渍淤泥土壤固化空白。盐渍淤泥土壤固化形成稳定固化土地基可以替代道路、物流货物堆场、建筑地基等使用的石灰、水泥、碎石、砾石等传统换填材料, 节省资源、能源, 减少二氧化碳等温室气体的排放量, 有利于生态环境保护, 经济、环境效益特别明显。这种沿海建设软土地基处理技术是工程建设可持续发展的创新技术之一。
关键词：盐渍淤泥土壤,固化原理,优势,填补空白
参考文献
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土壤固化剂的作用机理及应用现状 篇5
随着社会的不断发展, 各行业的工程建设需求也越来越大, 而传统的工程建设需要大量的自然资源, 炸山碎石、挖河采砂, 不仅破坏了自然环境, 而且原有的砂石材料已经远远不能满足日益增长的工程建设的需求。这造成了严重的自然环境破坏、资源大量投入且浪费严重、社会生存环境质量下降, 工程建设的快速增长使整个社会付出了太多的代价。节约资源、保护环境成为世界各国共同关心的重大课题。
土壤固化剂是由多种无机材料或有机材料经过一定的生产工艺处理后, 用以固化各类土壤的新型工程材料。对于需加固的土壤, 根据不同土壤的物理和化学性质, 只需掺入一定量的固化剂, 经拌匀、压实处理, 即可达到需要的性能指标。20世纪70年代, 美国等发达国家对土壤固化技术进行了深入的研究开发, 逐步替代了单一的石灰、水泥、粉煤灰的固化材料, 成为一种覆盖胶体化学、表面化学、力学结构理论等学科的高新技术产品, 现在在国外已大量应用于公路、水利工程、机场跑道等领域。由于土壤固化剂固化土具有就地取材、施工工艺简单、工程造价低等方面优点, 并且可以大幅度提高土壤的抗压强度, 经济效益和环境效益显著, 被美国《工程新闻》称为20世纪的伟大发明创造之一。本文介绍了土壤固化剂的种类、作用机理, 土壤固化剂的制备研究现状以及对土壤固化剂未来的展望, 并提出几点建议, 为今后土壤固化剂的研究推广提供参考。
1 土壤固化剂的种类
土壤固化剂依据不同的作用机理可以分为:生物酶类和化学类。其中生物酶类土壤固化剂是一种由有机质发酵而成的高科技液态复合酶制品, 可以通过生物酶素催化土壤固化、改变土壤结构, 经压实后产生一定的强度。化学类土壤固化剂是目前使用较多的一类土壤固化剂, 其中包括无机化学类、有机化学类和离子类。无机化学类固化剂是通过石灰、水泥、粉煤灰和矿渣等无机材料, 加一些激发剂 (各种酸碱类、硫酸盐类或其他无机盐) 配制而成, 固化土的性能比较稳定, 由于使用了一些工业废料, 还具有环保和节能意义。有机化学类固化剂多为液体, 一般通过离子交换原理或材料本身聚合来加固土壤, 如改性水玻璃类、环氧树脂和高分子材料类。离子类固化剂是一种由多个强离子组合而成的化学物质, p H值为强酸性, 此类固化剂对土壤有较强的选择性和针对性, 不适用p H值大于7.5的碱性土壤。
2 土壤固化剂的作用机理
2.1 生物酶类土壤固化剂作用机理
通过生物霉素的催化作用, 经外力挤压密实后, 使土壤中有机和无机物质以较快的速度产生密实的、坚硬的结构层, 土壤结构变得紧密从而产生屏蔽作用, 防止水分的蒸发, 降低土壤的膨胀系数, 从而形成牢固的不渗透性结构。
2.2 化学类土壤固化剂作用机理
2.2.1 无机类土壤固化剂作用机理
(1) 胶凝材料的水解与水化反应。固化剂中的凝胶材料在水作用下产生各种化学反应生成凝胶状的水化物, 如水化硅酸钙、水化铝酸钙或氢氧化钙, 包围土壤颗粒, 在这些水化物中有的自行继续硬化形成骨架, 有的与土颗粒作用生成络合物, 最终相互连接形成稳定的空间网状结构, 从而增强土粒间的粘结强度和稳定性。
(2) 离子交换和中和反应。土壤中矿物的粒子表面带有负电子, 粒子之间处在互相排斥的状态下, 固化剂与水作用后产生的Ca2+、Mg2+或Al3+能与土胶粒吸附层中的Na+、K+离子进行交换, 并且中和土壤中的负电荷, 从而降低土胶粒ξ电势, 减薄土胶粒双电层的厚度, 使土颗粒相互靠近产生凝聚, 如图1。
(3) 土壤固化剂的组分与土壤颗粒的火山灰反应。固化剂与土壤混合后, 反应生成含32个结晶水的钙矾石针状结晶体 (3Ca O·Al2O3·3Ca SO4·32H2O) , 将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来。这种水化反应生成的结晶体使材料的体积增加, 它有效地填充土团粒间的孔隙, 使固化土变得致密起来。此外, 钙矾石晶体为针状, 它交错穿插于土团粒中, 起“显微加筋”的作用, 增加固化土的强度。
2.2.2 有机类土壤固化剂作用机理
其原理是在常温、常压条件下通过催化剂催化和引发剂引发, 使有机高分子在土中发生聚合或者缩聚反应, 形成网状或空间结构, 从而把土壤颗粒胶结在一起, 并且填充土中孔隙, 由于反应后的高分子的极性大大小于水的极性, 从而把土壤中的水排出, 通过外力辗压形成密实的整体, 具有一定的强度和水稳性;或者通过高分子自身的空间网络结构的特点, 充分利用高分子末端大量的活性羟基或羧基等官能团与土壤颗粒表面基团络合, 并发生物理化学反应将土壤粘结成网络状的结构整体, 提高其强度。
2.2.3 离子类土壤固化剂作用机理
离子类固化剂是由多个强离子组合而成的化学物质, 具有很好的化学稳定性和强大的离解能力。其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, 将土体的亲水性永久地改变为疏水性。离子类土壤固化剂溶于水后会迅速离子化, 释放出大量氢离子, 随着和土壤中水混合, 氢离子浓度下降, 氢离子浓度的减少能够有效地促进土壤中粘土矿物结构中其他离子的渗透, 该反应在一定程度上受钠离子和钾离子亲和力驱动。在粘土晶格中, 环状阴离子和铝离子反应导致晶格结构的解体, 成为带氢离子粘土, 氢离子和土壤晶格中的铝离子进一步交换形成铝离子粘土, 强度进而得到提高。由于氢离子不和较弱的钠离子和钾离子交换, 粘土就不能够在恢复到其初始状态, 从而促进土壤固化的稳定。
3 土壤固化剂的制备研究以及工程中的应用
3.1 国外土壤固化剂的制备研究以及工程应用
20世纪70年代, 国外由于工程建设的需要, 开始对土壤固化剂进行深入的研究。Nene等[1]科学家, 通过研究自然界白蚁用粘土的固化筑巢技术, 提出了岩土昆虫类土壤固化剂概念。Zalihe等[2]用粉煤灰和石灰来加固含有石灰质的膨胀性粘土。Tomohisa等[3]提出用混凝土粉末、纸渣灰、粉煤灰和具有活性的粘土, 可以提高淤泥的固化强度, 其中掺粉煤灰的固化强度提高最大。Kamon等[4]的研究表明用Fe2O3工业废渣和熟石灰加固土壤时, 掺入适量的含铝煤泥可以提高固化土的早期强度。Merritt公开了一种由硫酸和柑橘植物油通过化学反应合成的液体固化剂的专利[5], 其掺量为干土重的0.01%时, 28d抗压强度达3.65MPa。Attom等[6]报道用550℃燃烧过的橄榄废弃物, 可以作为一种新的土壤固化剂。Sivapullaiah等[7]认为在粉煤灰中加入活性硅粉可以提高固化土的无侧限抗压强度。Sivapullaiah P.V.等[8]研究表明, 用20%的膨润土和1%水泥或者石灰, 可以提高印度红壤的抗压强度, 掺水泥固化土的早期强度增长显著, 掺粉煤灰固化土的后期强度增长显著。
目前工程已应用的产品有:美国开发研制的ISS2500电离子稳定剂 (俗称固路宝) , 是一种水溶剂, 呈棕黑色, 具粘滞性, 密度为2.2g/cm3, p H值约为1.25;美国国际酶制品有限公司研制的"帕尔玛土壤固化酶"是一种棕色、无菌的液态复合生物酶浓浆, 用来催化土体固化反应, 改变粘土原有的结构, 是一种高效的生物酶类固化剂;美国C.S.S公司生产的EN-1道路固化剂, 由强氧化剂、强溶解剂和分散剂组成。具有不挥发、不可燃, 稀释后安全、环保的特点。通过激发土粒活性、胶结、离子交换作用, 增强土粒间的吸附力, 减少孔隙, 固化土体强度可提高40%~60%;CBR PLUS North America Inc.生产的CBR PLUS固化剂, 是深褐色粘稠状浓缩液体, 具有无腐蚀、无毒、环保的特点。它在粘土表面生成油状层, 与土粒表面形成化学键, 固定具有高移动性的离子, 通过离子交换, 使土粒中的吸附水慢慢排出, 能永久改变粘土的亲水性, 碾压后形成致密土体。另外, 由加拿大开发研制的Road Packer Plus通过离子交换作用加固粘土, 使土体密实, 含水量降低, 永久改变粘土的亲水性。
3.2 国内土壤固化剂的制备研究以及工程应用
20世纪90年代起, 我国也开始研制土壤固化剂, 徐渊博等[9]采用高分子表面活性材料进行土壤固化的研究, 研制出的PAMCATS土壤固化剂能大幅增加土的无侧限抗压强度和路基填料强度 (CBR值) , 具备良好的水稳定性, 具有推广价值。Wu Chao[10]对水玻璃和Ca Cl2现场加固软基土体进行了研究。罗逸等[11]研制出了一种以含N有机阳离子化合物为主要成分的膨胀土稳定剂 (简称:H24) , 对膨胀土的膨胀性具有较强的抑制作用, 并可能具备工程应用价值。郭印[12]通过单掺试验, 研究了水泥、苛性钠、三乙醇胺、高效减水剂FDN、水玻璃、生石膏、高锰酸钾和生石灰等添加剂, 对淤泥质土固化效果的影响。唐明等[13]研究了新型ASC土壤固化剂在道路底基层的应用, 其以水泥、高钙粉煤灰、石灰和活性激发剂作为原料, 复合出新型ASC土壤固化剂, 有利于公路底基层抗压强度、抗冻融性、承载能力等性能的提高。梁文泉等[14]研制了一种由特殊二氧化硅及活性铝、铁等组成的灰白色粉末状无机胶结材料-GA新型土壤固化剂, 其能固结粘土、淤泥、工业废渣以及粉砂、风化砂等。刘顺妮等[15]对石灰固化土的外加剂进行了研究, 认为Na2SO4、石膏和Al2 (SO4) 3对稳定石灰土有较明显的增强效果。黄晓明等[16]以石灰、矿渣、水泥等一种或几种互配物作主固化剂, 选用马来酸、胡马酸、碳酸钠、氟化钠、氢氧化钠、硫酸铝钾、三乙醇胺和胺基磺酸盐等为助固化剂, 配制了一种TR型土壤固化剂, 具有良好的路用性能。蔡晓凌等[17]在汤河水库库区道路中用ASC土壤固化剂替代水泥体现出了其巨大的优越性, 取得了良好的经济、环保效益。黄雨等[18]以广州某软土地基处理工程为基础, 研究了水泥和石膏对软土的固化效果, 结果表明适量加入石膏可以大幅度提高软土的固化强度。此外, 北京亿路特通新材料有限责任公司公开了一种由浓硫酸或浓盐酸、硫酸钠、磺酸盐、早强剂、硫酸铁或氯化铁、YW型氟类表面活性剂混合制备而成的土质固化剂专利, 其便于路基路面施工, 各项技术指标均达到国家规定的标准[19]。
目前工程已应用的产品有:交通部公路科学研究所开发的NCS系列固化剂, 由石灰、水泥和含硫、铝、钙的无机添加剂组成, 其固化后具有较强的吸水性, 较好的水稳性;沈阳毓泰环保应用技术有限公司开发的SC系列固化剂, 由水泥、石灰、粉煤灰和无机添加剂组成, 其固化后早期强度高, 水稳定性好;辽宁北四达无机复合材料有限公司开发的PSS系列固化剂, 由水泥、石灰、粉煤灰、石膏和激发剂组成, 其固化后早期强度高, 后期强度大, 水稳性良好;四川省青神县天马公路公司开发的QJ型固化剂, 由水泥、石灰、羧基化合物和氨基碘酸类高聚物组成, 其固化后有较好的物理力学性能和抗冻融能力;大连麦克文化学有限责任公司开发的168麦道固化剂, 由碱金属和碱土金属等各族元素组成的无机系统化合物, 其对各类土壤均能固化, 性能可靠;武汉理工大学硅酸盐工程研究中心开发的SGL无机结合料, 由矿渣、氟石膏、石灰和少量碱性激发剂组成, 其固化后早期强度高, 后期强度增长快, 对各种土料适应性强;湖南路捷能源科技有限公司开发的土固精 (Toogood) , 是一种离子类土壤固化剂, 性能优异, 经济效益和环境效益显著。
4 建议与展望
如果能在工程建设中直接取用地球上最经济、来源最广泛的工程材料“土壤”, 就可以大大节省砂石的用量, 保证了国家工程建设的发展需要的同时, 由于减少了砂石用料, 也就减少了对自然资源的破坏开采, 对自然生态环境起到了保护作用, 同时减少对良田土地资源的严重破坏。
土壤固化剂可以快速而显著地改变土壤的物理力学性能, 使之具有工程特性的相对强度高、收缩量小、颗粒间空隙减小、压实度高、不会出现“再次泥化现象”。由于固化剂加固土是利用就地取材的工程材料“土”, 作为主要建筑材料, 然而土的开采和加工都比较容易, 且就地取材不需要长途运输, 因而采用土壤固化剂加固土在技术上和经济上都具有重要的意义。以下是几点建议:
(1) 加强对土壤固化剂基础理论和固化机理的研究。为制备高性能土壤固化剂打下坚实的理论基础。
(2) 土壤固化剂的研制应具有针对性或兼容性, 应针对于不同地区、不同气候条件制备特种高强耐久型土壤固化剂, 或者制备可以应用于各种土壤的万能型土壤固化剂。
(3) 加强对固化土的性能和固化剂施工工艺的研究, 促进多学科联合, 进一步拓展土壤固化剂的应用领域。
浅谈土壤固化剂在路基施工中使用 篇6
1 施工工艺
1.1 路拌法施工 (水泥固化土施工)
(1) 测量放线:用全站仪按坐标法测量恢复中线, 每10米设一排桩, 根据路基设计宽度, 放出路基边线, 为保证路基有效压实度和边坡的稳定, 在放路基边线时应使两侧边线各宽出20cm-40cm力宜。然后测量技术员精确放出水准测量线, 确定纵横断面的标高, 并按设计高程在侧钎上作好标记, 在进行水准高程控制时应考虑到松铺系数。
(2) 备土整平:根据施工阶段所需的土方量拉入施工段路床, 按测定的高度和宽度进行大致整平, 整平方法一般采用人工配合推土机。
(3) 喷洒固化剂、湿拌:技术人员首先取有代表性的点测试含水率, 精确计算作业段所需的补水总量。然后计算作业段的体积, 按每立方应加固化剂数量计算所需的固化剂用量。最后将计算出来的补水量和固化剂一并倒入洒水车并充分搅拌均匀, 稀释后均匀地洒在作业段内。喷洒土壤固化剂水溶液时, 宜采用压力式洒水车或喷管式洒水车, 喷洒应均匀, 中途不得停车。直接掺入混合料中的固化剂水溶液应分两次喷洒, 首次先喷洒40%, 用机械拌合不得少于两遍, 再喷洒40%拌合两遍, 达到拌合颜色一致为止, 其余20%的固化剂水溶液应在碾压成型后喷洒封层。
(4) 闷料:混合料拌合均匀后即可进行闷料, 闷料时间为沙土不小于6小时, 粘土不小于10小时, 但不超过两天。
(5) 摊布水泥:将水泥用量进行计算, 施工路段划成若干个方格, 每个方格按计算的水泥袋数堆放水泥, 进行摊布。在摊布时应派专职施工人员控制每一个方格内的水泥数量, 保证厚度和宽度, 表面应没有空白的位置, 也没有水泥过分集中的位置, 平面力求平整。摊料过程中, 应将超尺寸颗粒及其他杂物捡除。
(6) 补水、再次拌合:闷料后再次测定混合料的含水率, 确定是否还需补水, 然后用路拌机或其它合适的拌合机械进行拌合, 拌合完成的标志是混合料颜色一致, 没有灰条、灰团和花面, 没有素土夹层, 且水分合适、均匀。
(7) 固化土初压、整平:混合料拌合均匀后, 要立即用推土机初步排压, 人工挂线精确整平, 再用平地机进行整型。整平过程中, 对于局部低洼处, 应用齿耙将其表层厚度耙松5cm以上, 并用新拌的混合料进行找补整平, 整平时切忌在光滑的平面上进行薄层找补。
(8) 碾压:整型后, 应在最佳含水量时压实, 要根据路宽、压路机轮距的不同, 制定相应的碾压方案。通常采用l8T-22T振动压路机, 先静压一遍再对固化土层进行压实作业。具体碾压时, 应本着“先轻后重, 先慢后快, 先两边后中间, 先静压后振动”的原则, 速度控制在头两遍应是低速, 1.5km/h-1.7km/h为宜。碾压采用纵向进退式, 压路机轮迹一般要求重叠二分之一轮宽, 后轮必须超过两段的接缝处, 后轮压完固化土面全宽时, 即为一遍。碾压过程中固化土的表面应始终保持潮湿, 如表层水分蒸发过快, 应及时补洒少量的水。如有“弹簧”、松散、起皮、剪切推移现象, 应及时翻开重新拌合。注意:整个施工过程从水泥摊布到碾压必须在水泥终凝期内完成。在碾压过程中应对施工接缝处进行处理, 施工接缝处, 应搭接拌合。第一段拌合后, 留出5~8米不进行碾压, 在第二段施工时再将前段余留的未碾压段添加适量水泥和土壤固化剂水溶液重新拌合, 与第二段相连一起进行碾压。
(9) 养生及交通管制:固化土层每一段碾压完成并经压实度检查合格后应立即中断交通, 开始养生, 养生时间为一周。养生方法有: (1) 洒水养生要求路面保持湿润; (2) 覆盖塑料薄膜养生, 要求用土埝纵横向封实住; (3) 乳化沥青做下封层养生, 条件为基层的面层为沥青层; (4) 铺土养生条件为上层继续施工固化土层。
1.2 集中拌合法施工
对于二级和二级以下的公路, 若无合适的强制式厂拌设备时, 也可以将混合料集中在路旁的料场用人工配合挖土机的方式进行拌合。集中拌合法施工应符合下列要求:
(1) 土应粉碎防止团块。
(2) 应严格按所选定的固化土配合比配料。固化剂称量必须准确。
(3) 出料时混合料的含水量应大于最佳含水率1~2%。
(4) 进入料斗的素土的干湿状态应基本一致, 固化剂水溶液宜当天配制使用。
(5) 经拌合均匀的固化土混合料应立即运输到铺筑现场进行施工。若运距远, 运输过程中宜加以覆盖以防水分过早蒸发。
(6) 运输距离与时间应能保证使固化土在凝结时间内碾压完毕。
(7) 宜采用自卸式运输车与摊铺、碾压机械相配套, 做到随拌随运随铺随压。
(8) 固化土铺筑前, 下承层表面应拉毛、去除杂物、洒水湿润。
(9) 到场的固化土混合料可按数量均匀分散地直接卸于下承层面上, 避免集中堆料过高造成松实不一致。
(10) 摊铺可采用各类摊铺机, 亦可采用人工加抓斗式挖掘机联合摊铺。在低等级道路上没有摊铺机时, 可采用自动平地机按以下步骤摊铺混合料: (1) 根据铺筑层的厚度和要求达到的压实干密度, 计算每车混合料的摊铺面积; (2) 将混合料均匀地卸在路幅中央, 路幅宽时也可将混合料卸成两行; (3) 用平地机将混合料按松铺厚度摊铺均匀; (4) 设3~5人的一个小组, 携带一辆装有新拌混合料的小车, 跟在平地机后面, 及时铲除粗集料“窝”, 补以新拌均匀的混合料, 并与粗集料拌合均匀。
(11) 固化土的雨季施工应做好以下几点: (1) 注意气象预报, 避开雨天施工。固化土施工应在连续2~3日无雨的条件下才可正常进行; (2) 确保场地排水通畅; (3) 现场应配备防雨遮挡物。尚未碾压已遭雨淋的固化土混合料可作素土使用。
(12) 固化土混合料的整型、碾压、成型等与路拌法相同。
2 土壤固化剂使用效果分析
土壤固化剂与土壤混合后通过一系列物理化学反应改变了土壤的工程性质, 能将土壤中大量的自由水以结晶水的形式固定下来, 使土壤胶团表面电流降低, 胶团所吸附的双电层减薄, 颗粒趋于凝聚, 体积膨胀而进一步填充土壤孔隙, 在压实作用下, 使固化土易于压实稳定, 形成整体结构。
2.1 土壤固化剂使用优势
(1) 节约筑路成本缩短工期。与传统的路面基层材料相比可节约筑路成本的30%~50%, 可缩短工期约50%。
(2) 抗压强度高。在不改变施工条件的情况下, 无侧限抗压强度可提高40%~100%。
(3) 水稳定性好。土壤固化剂复合固结土试件常温下浸水180天不解散, 水稳定性好, 耐久性好。
(4) 冻稳定性好。
(5) 节能环保。传统筑路材料开采破坏植被, 污染环境。尤其是石灰, 水泥生产中要消耗大量的煤炭资源并释放大量的二氧化碳温室气体, 加剧了全球温室效应。该技术减少了这些传统胶结材料的使用量, 有利于节省资源和能源, 有利于生态环境的保护。挖河采沙、炸山碎石会破坏自然, 污染环境, 采用以广泛分布随处可取的土壤替代砂石料, 有利于公路的可持续发展, 符合我国建设资源节约型、环境友好型社会的要求。土壤固化剂是资源节约型高科技新材料。
(6) 施工工艺简单。土壤固化剂渗透性好, 使土易于压实便于施工。
(7) 可延长道路使用寿命, 降低后期养护成本。经过土壤固化剂处理过的土壤, 其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等都得到很大提高, 能延长道路的使用寿命。
(8) 具有广泛的实用性。它比传统的水泥、石灰等土壤胶结材料具有更好的性能, 能解决水泥、石灰、粉煤灰等胶结材料在土壤加固时难解决的一些特殊问题, 具有独特效果和广泛的实用性。
(9) 使用方便易于运输和储存。
3 结束语
通过对土壤固化剂在路基建设工程使用中的施工工艺探讨及其使用效果分析, 可得出以下结论: (1) 土壤固化剂在公路路基施工中实际使用简便易控制, 使用过程中环保少污染, 材料易与运输, 减少了运输成本。 (2) 国外在高速公路建设中土壤固化剂的使用非常普遍, 并且应用领域非常广泛, 不仅应用在路基顶层, 而且还应用到了路面基层, 取得了非常成熟的经验。我国在高速公路建设中对土壤固化剂应用的非常少, 但是作为一种新型建筑材料, 固化剂具有的优势是非常明显。
摘要：土壤固化剂性能稳定, 用于各种路基土壤加固, 能满足不同路基建设要求, 利于加快施工进度, 就地取材, 减少建筑耗材的运量, 并无环境污染。
关键词：土壤固化剂,路基施工,使用
参考文献
[1]土壤固化剂在高速公路工程建设中的应用与发展.
[2]韩笑.土壤固化剂固化土的基本性能及其工程应用研究.
[3]赵永巧, 浅谈土壤固化剂的发展与固化机理研究.
土壤固化技术 篇7
关键词：城市道路,设计方案,土壤固化剂
土壤固化剂是指能改善和提高土壤性能的复合材料, 作用对象是各种土壤。现在土壤固化剂已大量应用于市政工程、机场跑道、高速公路、高速铁路、水利工程等方面, 效益非常明显, 被美国称为20世纪的伟大发明创造之一, 日本称为21世纪的新材料。
1 固化剂在城市道路中的应用
在城市道路路基处理设计中, 通常采用水泥、石灰、粉煤灰, 石料等对道路路基、基层土壤进行固化处理, 不仅工程造价较高, 而且道路长期经过车辆的碾压和雨水的侵蚀, 路基路面整体结构的强度、刚度和稳定性发生变化, 路基路面均会出现各种裂缝、松散、坑槽等病害, 因此, 需要一种能改善土壤水稳定性、增加强度、降低干缩性、提高路基综合性能的添加剂来提高道路的使用寿命。
根据城市道路使用情况, 针对城市道路路基特点, 提出土壤固化剂适应于新建和改建各级城市道路的技术方案:
1.1 固化类混合料材料的选择与技术要求
1.1.1 土壤固化剂
(1) 夜粉固化剂中溶液的固体体积含量不得大于3%, 不得有沉淀或絮状现象, 粉状固化剂的细度在0.074mm标准筛上筛余量不得超过15%。
(2) 固化剂掺入土中, 在最佳含水量状态下施工作业, 其初凝时间应大于4h。
1.1.2 水泥、石灰
(1) 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥均可用于固化路面基层和底基层。但水泥标号不得低于32.5号, 且选用终凝时间≥6h的水泥。
(2) 固化路面基层和底基层, 不得使用快硬水泥、早强水泥及受潮变质过期的水泥。
(3) 石灰应采用消石灰或生石灰粉, 消石灰中不得含有未消解的生石灰颗粒。
1.1.3 土
(1) 凡能被粉碎的或原来松散的土, 都可用作固化类混合料的基料。
(2) 基层土中石料不应大于30mm, 底基层土中石料不应大于40mm。
(3) 基层、底基层用土, 土中石料的压碎值不得大于40%。
(4) 土中有机质含量 (重量比) 不宜超过10%。
1.1.4 水
人和牲畜的饮用水均可使用, 水的PH值应≥6。
1.2 固化类混合料的组成与配合比设计
(1) 固化类混合料宜按下表 (表1) 比例进行配制。
(2) 通过击实试验确定固化类混合料的最佳含水量和最大干密度。
(3) 城市道路固化类混合料7d的抗压强度应符合下表 (表二) 规定。
(4) 施工现场实际采用的水泥用量、石灰用量或土壤固化剂用量应高于室内试验确定用量。
(5) 固化类混合料的无侧限抗压强度根据试验确定, 试验方法参照《固化类路面基层和底基层技术规程》 (CJJ80-1998T) 和《无机结合料稳定图的无侧限抗压试验方法》 (T0805-94) 。
注:试验方法可按现行行业标准《土壤固化剂》 (CJ/T3073-1998) 、《固化类路面基层和底基层技术规程》 (CJJ/T80-1998) 、《土工试验方法标准》 (GB/T50123) 进行。
1.3 固化类路面基层和底基层结构设计
(1) 固化类路面基层和底基层结构设计应符合现行行业标准《城市道路工程设计规范》 (CJJ37-2012) 、《城镇道路路面设计规范》 (CJJ169-2011) 的有关规定。
(2) 采用固化类路面基层和底基层时, 应进行技术经济比较, 以确定选用的路面结构层与厚度方案。
(3) 固化混合料路基结构的最小厚度, 当位于承受路面及车辆荷载影响的部位时, 不小于15cm;用于边坡等防护时, 不小于10cm。固化混合料施工分层最大压实厚度每层不大于20cm。
(4) 沥青面层与固化类路面基层和底基层层间结合应紧密牢固, 并应喷撒透层沥青, 其用量为0.8~1.0kg/㎡。
(5) 城市快速路、主干路的基层应采用砂砾或碎石类粗粒土, 不用采用水泥、石灰类土壤固化剂稳定细粒土混合料。但可用于底基层。
(6) 对交通量较大的道路, 应在面层与固化类混合料基层之间加铺连接层。
(7) 常用固化类路面基层和底基层结构组合如下:a.在路基顶部设置单层式或多层式固化类混合料, 每层压实厚度为15~30cm。位于矮路堤或挖方路基顶部的单层式固化类混合料可减薄为15~20cm。b.旧路补强时, 旧路基加宽、加高部分路基顶部可设置15~20cm固化类混合料路基结构层。c.在填方路基边坡表面设置10~15cm固化混合料。, 但需经论证后使用。
1.4 固化类混合料在软基处理中的应用
(1) 采用固化类软基处理时, 应进行技术经济比较, 以确定合理结构层与厚度方案。
(2) 采用固化类混合料对软基进行处理, 与水泥、石灰、二灰等处理软基方案相类似, 土壤固化剂的剂量可根据室内试验确定, 一般经验剂量为4%~8%, 按照土料的原铺厚度确定固化剂的用量, 洒铺均匀后进行拌合, 拌合均匀后进行碾压, 碾压成型后进行洒水养生。一般铺筑厚度为30cm为宜, 当厚度大于30cm时应分层铺筑。
2 土壤固化剂应用实例
南京市鼓楼区科技园横一路
2.1 工程概况
南京市鼓楼区科技园横一路, 道路全长349m, 道路宽度为7m, 两侧人行道分别为2.5m。
2.2 工期
该工程路特固材料路基结构下基层厚度为18cm, 上基层为15cm, 总土方量900m3。下基层施工3天完成, 上基层施工3天完成。
2.3 工程造价
采用路特固设计变更后比原设计方案工程造价降低约20%。
2.4 路面结构及测量数据
横一路路面结构及测量数据如下:
(1) 面层:厚度40mm, 压实度≥98, 竣工验收弯沉值0.45mm;
(2) 上基层:厚度180mm, 压实度≥97, 竣工验收弯沉值0.50mm;
(3) 下基层:厚度150mm, 压实度≥96, 竣工验收弯沉值1.20mm;
(4) 土基顶面:厚度200mm, 压实度≥95, 竣工验收弯沉值2.60mm。
3 结束语
目前固化剂在城市道路工程中运用广泛, 如:京市二环路、北京市长辛店工业区道路, 铁路南京市南站北广场站前路, 南京市玄武区后宰门大街、南京市玄武区珠江路、钟学路、南京市鼓楼区广州路以及江苏省镇江市茅山风景区大型生态停车场、南京市浦口区汤泉等大型停车场等。土壤固化剂可以达到增强基层、底基层强度, 改善基层、底基层性能, 并且可以节约工程造价、缩短工期, 值得在市政领域推广使用。
参考文献
[1]樊恒辉, 高建恩, 吴普特.土壤固化剂研究现状与展望[A].西北农林科技大学学报 (自然科学版) .2006, 34 (2) 141-146.
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[3]周子兵.土壤固化剂在公路工程路面基层[C].黑龙江省隆兴公路勘测设计有限公司.
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[5]美国高科技路特固低碳抗水强基材料技术 (RODAGOOD) 研究与应用.美国威林顿国际有限公司, 2011年.