[发明专利]一种土壤固化材料及其在重载软土地基上的应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤固化材料，本发明尤其涉及一种土壤固化材料及其在重载软土地基上的应用方法。

背景技术

交通量的大幅度增加、车辆荷载的日益重型化对路基、路面材料性能提出更高要求，工程中普遍采用的筑路材料-土壤越来越不满足技术的要求，大面积现场开挖土源废弃占用土地，远运土源又造成大片耕地的开挖；与此同时，随着国家能源环保政策的逐步完善，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。如此矛盾的要求一直困惑着工程技术人员，特别是近年来更加明显。

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，地面、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、路面基层引起许多路面出现“当年修，来年坏”的现象。

与工程中对土源的需求相违背，国内出现两种极其不协调的现象，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；另一方面有大量土地因为堆积开挖出的淤泥而荒芜，这与现有的能源环保政策极其不协调。如何利用就地开挖土壤作为工程材料、避免远运造成的工程浪费成为技术的关键。

随着国内道路车辆荷载水平的逐年增加，对道路的要求也在进一步加强，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。

天津市作为国际港口城市、北方经济中心和生态城市，必然要修建大量的基础设施，然而天津市水系发达、水网众多、地下水位普遍较高、地下分布着较厚的软土层，多年以来，采用碎石、水泥、石灰及粉煤灰等固化材料固化土壤作为路面基层及路基处理层的作法存在很多问题，首先路面基层、路基经固化处理后强度仍然很低，且处理层及基层一般均处于地下水位以下，水稳性较差、后期强度很难达到要求。许多改造道路在开挖后可看出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。

从20世纪40年代起土壤固化剂开始蓬勃发展，土壤固化剂处理技术至今已经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、生活垃圾等多种固体、半固体材料，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。

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。近年来，在武汉的孝天公路、广东省增城市一环路、深圳市区道路的维修改造等工程中均采用了不同类型的土壤固化剂。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，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T R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。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，至使大多数都停留在实验室研究阶段，未能转化为生产力，并且基层或处理层强度低、水稳性差，公路、城市道路路基路面不能适用地下及地面水的影响。

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、干缩性能如何缺乏统一的认识，其在重载、软土地基中使用效果如何国内未见有关报道。

发明内容