一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法及评价方法与流程

本发明属于环境保护工程技术领域，特别是涉及一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法及评价方法。

背景技术：

砂性土是一种广泛分布的土，但在工程上，由于其结构松散没有凝聚力，在饱和情况下，由于动荷载的作用会使其丧失原有强度而急剧转变为液体状态，砂性土地层液化，使河道和水渠淤塞，道路破坏，地面下沉，房屋开裂，坝体失稳等严重灾害。同时，砂性土的松散导致保水性差，容易被雨水冲刷、侵蚀，造成水土流失。在农业上，砂性土土温变化较快，养分含量低，保肥性能差，作物后期易脱肥早衰，不利于农作物的生长。普通的砂性土加固方式是表面喷洒固化剂或者在土体内部使用加筋材料，但是这些方法的加固后强度改善有限，加固效果持久性差。

中国专利申请201110139743.3提出了“一种用于稳定浅层流砂性土的固化剂”，该固化剂由以下组分组成:水泥20％、电石渣20％、矿渣微粉20％和粉煤灰40％。该组分的固化剂可以提高加固浅层流砂性土的强度和水稳性,对浅层流砂性土进行固化稳定,达到流砂性土稳定的工程要求。该方法虽具有经济以及施工简便的优点，但还存在以下不足：一是固化剂对环境的破坏，加固后可能污染水源；二是固化固化效果持久性较差，容易受到周围环境影响；三是固化层保水性差，容易干裂。

中国专利申请201110106794.6提出了“一种防尘固沙方法”，该方法将聚氨酯型生态固沙剂用水稀释，聚氨酯预聚体的重量百分比浓度为0.5～5％；然后将固沙剂稀释液喷洒在沙土上，在沙土表层形成固化层；其中，所述聚氨酯型生态固沙剂的活性成分为聚氨酯预聚体，所述聚氨酯预聚体由聚合物多元醇和二异氰酸酯化合物缩聚反应得到，所述聚合物多元醇由聚氧化丙烯二元醇、聚氧化乙烯二元醇和易降解聚合物二醇组成,聚氧化丙烯二元醇与聚氧化乙烯二元醇的质量比为1∶3～5∶1，易降解聚合物二醇占聚合物多元醇总质量的13～23％；聚合物多元醇与二异氰酸酯化合物的质量比为4∶1～7∶1，所述易降解聚合物二醇为聚ε-己内酯二醇、聚乳酸二醇或其任意比例的混合物。该方法所形成的具有良好的抗冲刷和抗风蚀性能等优点，但还存在以下不足：一是固化时间太短，增加施工难度；二是保水性差，不利于植物生长；三是固化持久性差，不耐紫外线及温差对固化层造成的破坏。

中国专利申请201510582874.7提出了“一种砂性土的微生物固化方法及其装置”，该方法为：第一步制备高浓度菌液：将巴氏芽孢八叠球菌接种至铵盐-酵母基培养液中，调节培养液的pH值为8.0～9.0，在30℃下振动水浴30～40h，然后离心得到浓度为0.8～1.2×107cells/mL的高浓度菌液；第二步配制胶结介质溶液：胶结介质溶液包括尿素-氯化钙、氯化铵、碳酸氢钠和铵盐-酵母基培养液；第三步注入土体：将砂性土制作成不同干密度试样，试样两端各放置一个塑料块，并将试样外侧套上乳胶膜，用蠕动泵将15mL的高浓度菌液和50mL～100mL的胶结介质溶液先后注入试样中；第四步养护成型：将试样置于20±2℃，相对湿度为95％的环境中养护。该方法虽然能够显著提高砂性土的无侧限抗压强度，但还存在以下不足：一是微生物的胶结介质液可能污染环境，影响植被生长；二是操作步骤复杂，可行性低；三是养护时间长，加固效果太慢。

综上所述，如何克服现有技术的不足，有效解决在环境开发建设中因砂性土土质松散而造成的强度低、易液化、含水量降低、易风化、容易造成坡面侵蚀、水土流失、坡体坍塌、河流阻塞、滑坡、水污染等灾害问题，已成为当今环境保护工程技术领域中亟待攻克的重点难题之一。

技术实现要素：

本发明目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法及评价方法，本发明的复合型固化剂用于加固砂性土不仅能够提高砂性土的强度，而且能够提高砂性土的抗冲刷性、抗风性、水稳定性以及抗紫外线老化等性能，同时还具有保水、透气和利于植被生长等功能，实用性强。

根据本发明提出的一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1，土体加筋：

步骤1-1，对地基或路基的土体加筋，采取拌入纤维或植入纤维网络的方式，将加筋材料加入砂性土中，形成加筋砂性土；

步骤1-2，对边坡或路面的土体表层加筋，将加筋材料铺设或均匀喷洒在坡面或路面的土体表层；

步骤2，复合固化剂配制：按质量百分比计：包括5-10％高分子粘结剂、2-5％添加剂和85-93％水，搅拌1min，使其混合均匀而形成复合固化剂；

步骤3，加筋砂性土复合加固：

步骤3-1，对地基、路基土体的加筋砂性土复合加固，将步骤2所述配制的复合固化剂喷洒在步骤1-1已完成的加筋砂性土中，搅拌5min，使其混合均匀；

步骤3-2，对坡面、路面表层的加筋砂性土复合加固，将步骤2所述配制的复合固化剂均匀喷洒在步骤1-1已完成的坡面或路面的土体表层；

步骤4，复合加固后的加筋砂性土重新回填：将步骤3-1所述得到的复合固化后的加筋砂性土按照工程建设需要回填到地基或路基的土体中，采用机械或者人工方法将回填的砂性土表面进行平整，形成加筋砂性土的复合固化层；

步骤5，土体养护：为保证步骤4所述加筋砂性土的复合固化层的效果，对回填加筋砂性土复合固化层的土体进行养护8-12h；

步骤6，评估维护：对步骤5所述加筋砂性土的复合固化层的强度提高情况、加固面的持续抗冲刷能力、抗紫外线破坏能力以及植被生长情况进行定期评估，以决定是否追加维护保养的时间。

本发明的实现原理是：为克服现有技术使用单一高分子固化剂的不足，本发明的粘结剂采用了复合固化剂，固化剂喷洒在砂性土中，容易从土颗粒孔隙渗入到土体内部，填充土颗粒间的孔隙并包裹土颗粒，随着水分的蒸发，固化剂在土颗粒表面以及内部形成空间网络结构，如图1所示，将土颗粒粘结成网络状的结构整体；纤维加筋材料贯穿其间，缠绕在高分子网络和砂性土颗粒间，约束土体变形的同时提高土体强度；该复合固化剂形成的网状膜结构可储备水分，促进植被生长，待草种生长后，植被根系纵横交错地伸展在土体内部，进一步加强了砂性土固化层的网状结构，如图2所示；同时植被的叶子覆盖在土质边坡坡面上，很大程度上可减小砂性土边坡坡面被雨水冲刷，在复合固化剂与植被的协同作用下显著提高原始砂性土的各项性能，实现砂性土边坡坡面的生态加固；添加的保水剂以及紫外线吸收剂可增强保水和抗紫外线氧化的性能。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是本发明采用了高分子粘结剂和纤维加筋结合的复合固化方式，能够有效解决砂性土粘聚力低的问题.

二是应用本发明加固后所形成的生态固化层具有良好的抗冲刷性、抗风性能、水稳定性，且保水、透气和利于植被生长.

三是本发明加入了保水剂和紫外线吸收剂，使砂性土的保水能力和抗紫外线氧化能力得到提高，较其它固化产品，土体加固后的持久性得到大大增强。

四是本发明本发明操作简便、实用性强、生态环保，能够很好地解决工程建设以及生产需要。

综上所述，本发明可广泛应用于公路、岸堤、地基等砂性土质的生态加固，还可应用于矿区生态恢复、工程区生态治理以及农田、林场的防沙固沙、保肥保水等领域，特别适用于大规模环境建设施工工程，具有很好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1包括图1-1和图1-2，为本发明提出的应用复合固化剂实施加固砂性土的原理结构对比示意图；其中，图1-1为未应用复合固化剂实施加固砂性土的原理结构示意图；图1-2为应用复合固化剂实施加固砂性土的原理结构示意图。

图2为本发明提出的应用复合固化剂实施加固砂性土的结构示意图。

图3为本发明提出的应用复合固化剂实施加固砂性土边坡表面的结构示意图。

图4为本发明提出的应用复合固化剂实施加固砂性土地基的结构示意图。

图5为本发明提出的本发明提出的一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法的流程方框示意图。

图6为为本发明提出的本发明提出的一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法的评价方法的流程方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例1。

结合图3、图4和图5，本发明提出的本发明提出的一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法，包括如下具体步骤：

步骤1-1，对地基或路基的土体加筋，采取拌入纤维或植入纤维网络的方式，将加筋材料加入砂性土中，形成加筋砂性土；

步骤1-2，对边坡或路面的土体表层加筋，将加筋材料铺设或均匀喷洒在坡面或路面的土体表层；

其中，所述的加筋材料的单根长度12-20mm、抗伸强度为2800-4800Mpa、弹性模量为100-500GPa。

步骤2，复合固化剂配制：按质量百分比计：包括5-10％高分子粘结剂、2-5％添加剂和85-93％水，搅拌1min，使其混合均匀而形成复合固化剂；其中：

所述的高分子粘结剂为聚氨酯固化剂，其粘度为800-1500mpa.s、固化时间5-7h、PH值6-8；

所述的聚氨酯固化剂为二元醇混合物与甲苯二异氰酸酯按质量1.5:1-3:1配置后进行缩聚反应，得到聚氨酯预聚体；再将按质量份数：10-20份聚氨酯预聚体与30-35份乙酸乙酯、1-1.5份十二烷基硫酸钠进行配置并充分搅拌，而制得聚氨酯固化剂成品；所述的二元醇混合物是由聚氧化丙烯二元醇与聚氧化乙烯二元醇按质量比1:3.5-1:5组成，其中：聚氧化丙烯二元醇的数均分子量为4000、聚氧化乙烯二元醇的数均分子量为2000；

所述的加筋材料制品为聚丙烯纤维、玄武岩纤维以及树根、草筋、麻绳、草席人工或天然纤维材料制品；

所述的添加剂为紫外线吸收剂UV-9与保水剂按质量比3:1-5:1的混合剂、吸收波长为280-340nm、PH值6-8；所述的保水剂为吸水能力300-500倍的高吸水性树脂。

步骤3，加筋砂性土复合加固：

步骤3-1，对地基、路基土体的加筋砂性土复合加固，将步骤2所述配制的复合固化剂喷洒在步骤1-1已完成的加筋砂性土中，搅拌5min，使其混合均匀；

步骤3-2，对坡面、路面表层的加筋砂性土复合加固，将步骤2所述配制的复合固化剂均匀喷洒在步骤1-1已完成的坡面或路面的土体表层；如图3所示；

步骤4，复合加固后的加筋砂性土重新回填：将步骤3-1所述得到的复合固化后的加筋砂性土按照工程建设需要回填到地基或路基的土体中，采用机械或者人工方法将回填的砂性土表面进行平整，形成加筋砂性土的复合固化层；如图4所示；

步骤5，土体养护：为保证步骤4所述加筋砂性土的复合固化层的效果，对回填加筋砂性土复合固化层的土体进行养护8-12h；

步骤6，评估维护：对步骤5所述加筋砂性土的复合固化层的强度提高情况、加固面的持续抗冲刷能力、抗紫外线破坏能力以及植被生长情况进行定期评估，以决定是否追加维护保养的时间。

实施例2。

下面对本发明提出的一种基于复合型固化剂加固砂性土的应用性能测试分析结果做进一步的详细说明。

实施例2的具体实施步骤同实施例1，其中试验参数如下：

采用土工试验测得强度参数。以质量百分计：将0.2％的聚丙烯纤维均匀搅拌在砂土中，配制复合固化剂液按质量百分比计：将5-10％高分子粘结剂、2-5％添加剂以及85-93％水均匀混合，然后反复搅拌形成复合固化剂。将复合固化剂加入经过纤维加筋的砂性土土样里均匀搅拌，用量分别为质量百分计0％、1％、2％、3％、4％。将土样用制样工具制成尺寸为直径6.18cm高2cm的圆柱，用直剪仪测得强度参数如表1所示：

表1：复合型固化剂加固砂性土后的强度参数一览表

从表1可以看出，经加固后，砂性土的强度参数得到很大的提高。现场试验结果表明：浓度﹥1％时，剪切后的土样没有明显的剪破面，发生的形变在一定时间后恢复。同时，经过该方法的土体可反复经历雨水浸泡、冲刷以及紫外线的照射，均未发现明显破坏。由此可以看出，该方法对砂性土具有良好的加固效果。

实施例3。

结合图6，本发明提出的一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法的评价方法，其特征在于，包括如下评价内容：

评价内容1，强度性能：得分为28-30分的，粘聚力提高≥70kPa；25-27分的，粘聚力提高50≤70kPa；得分为18-24分的，粘聚力提高30≤50kPa；不合格的,粘聚力提高＜30kPa；

评价内容2，植物生长率：植物生长率是发芽30d后成活的植物数量与发芽初期植物数量之比：得分为28-30分的，植物生长率≥90％；得分为25-27分的，植物生长率70％≤90％；得分为18-24分的，植物生长率50％≤70％；不合格的，植物生长率＜50％；

评价内容3，抗冲刷性：抗冲刷性由连续冲刷5小时的冲刷率评定，冲刷率为冲刷破坏土层面积与固化土层面积之比：得分为19-20分的，冲刷率≤0.1％；得分为17-18分的，冲刷率≤1％；12-16的，冲刷率≤3％；不合格的，冲刷率＞3％；

评价内容4，抗紫外线破坏能力：抗紫外线破坏能力是在紫外线连续照射200h后，破坏的固化土质量与总质量之比；得分为9-10分的，破坏率≤0.5％；得分为7-8分的，破坏率≤1％；得分为6分的，破坏率≤5％；不合格的，破坏率＞5％；

评价内容5，温度影响：得分为9-10分的，几乎不受影响；得分为7-8分的，受影响较小；得分为6分的，受影响小；不合格的，受影响较大；

根据以上基本评价内容进行综合打分并得到分数总和，若：

a.得分在95-100分之间，则适用于工程；

b.得分在90-95分之间，则需要进行维护；

c.得分在80-90分之间，则需要进行增加固化剂使用量；

d.得分低于80分，则需要重新固化。

本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于复合型固化剂加固砂性土的方法及评价方法具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。