本申请涉及道路工程领域，更具体地说，它涉及一种土壤固化剂、固化土及在软弱地层进行路基回填的方法。
背景技术：
：随着交通工程的大力发展，越来越多的道路工程被兴建，在兴建过程中也面临着不同地质造成的不同施工难题，其中软弱地层的处理便是道路工程中经常遇到的难题。软弱地层土压变化频繁，稳定性相对较差，基坑支护比较困难，因此，施工风险较大，甚至可能会引发一系列的工程项目安全事故。目前对于软弱地层的处理方法，一般对于此类地层均采用机械振动或重锤夯击等对浅层的杂填土、黄土、松散粉质土、一般粘性土等压实或夯实，使表层形成一层较均匀的、具有一定强度的“硬壳层”，或者以砂或砂石、碎石、灰土、素土等作为材料在原路基上加覆垫层，使其具有一定的承载能力等方法进行处理。虽然现有的对于软弱地层的处理方式能够达到增强路基强度的效果，但是仍然存在着路基强度不够、稳定性差的问题。因此，急需研发一种能够提高软弱地层路基强度的处理方式。技术实现要素：为了提高软弱地层路基强度，本申请提供一种土壤固化剂、固化土及在软弱地层进行路基回填的方法。第一方面，本申请提供一种土壤固化剂，采用如下的技术方案：一种软弱地层路基土壤固化剂，包括以下重量份数的原料：生石灰10-30份、氧化铝5-20份、二氧化硅2-15份、三乙醇胺3-10份、二异丙醇胺2-10份、硅烷偶联剂3-15份、水玻璃5-20份、石膏2-15份。通过采用上述技术方案，生石灰水解生成氢氧化钙，填充到土壤颗粒中，水玻璃能够与氢氧化钙反应，生成具有一定胶结能力的水化硅酸钙，能够包围土壤颗粒，可以使土壤颗粒硬化成骨架或者与土壤颗粒络合，形成稳定的空间网状结构，增强土壤颗粒间的稳定性，提升强度；氧化铝具有一定的胶结作用，能够使土壤颗粒团聚，从而形成较大、较稳定的团聚体，能够吸附形成的土壤颗粒络合物，进一步增强土壤颗粒的稳定性，提升土壤强度；硅烷偶联剂中的水解基团可以与土壤中的活性基团相结合，从而对土壤进行改性，改善土壤颗粒表面活性，且硅烷偶联剂还能够改善水玻璃的分散性，从而使水玻璃能够很好的分散于土壤颗粒之间，填充在土壤颗粒之间，能够提高土壤颗粒的粘结能力，从而使土壤颗粒之间更紧密，提升强度。可见，本申请中通过各个成份相互作用，协同增效，从而提高土壤的强度，进而提升得到的路基的强度。可选的，一种土壤固化剂，包括以下重量份数的原料：生石灰15-20份、氧化铝10-15份、二氧化硅5-10份、三乙醇胺5-8份、二异丙醇胺3-6份、硅烷偶联剂5-10份、水玻璃10-15份、石膏5-10份。通过采用上述技术方案，各个原料选择上述的重量份数，能够进一步的提升土壤的固化效果，从而提升土壤强度。可选的，所述氧化铝为活性氧化铝。通过采用上述技术方案，选择活性氧化铝，活性氧化铝是是一种多孔性、高分散度的固体材料，有很大的表面积，其微孔表面具备吸附性能、表面活性、优良的热稳定性等，其机械强度大，吸湿性强。其较强的吸附作用和表面活性能够进一步提升对于土壤颗粒络合物的吸附能力，进一步促进土壤颗粒团聚，形成土壤团聚体，提高土壤团聚体的水稳定性，增加土壤的强度。可选的，所述硅烷偶联剂包括kh-560、kh-550中的一种或几种。通过采用上述技术方案，选用硅烷偶联剂kh-560、kh-550中的一种或几种，可以更好的对土壤颗粒表面处理，更好的改善土壤颗粒表面的活性，增强土壤颗粒之间的粘结作用，从而提升土壤的强度。第二方面，本申请提供一种利用上述任一项的土壤固化剂制备的固化土，包括以下重量配比的原料：土：土壤固化剂：水泥：水为100：（7-25）：（5-11）：（3-8）。通过采用上述技术方案，固化土包括土、土壤固化剂、水泥、水，采用合适的配比，土壤固化剂不仅能够对土壤起到一定的固化作用，而且土壤固化剂中的三乙醇胺和二异丙醇胺能够改善水泥的比表面积和颗粒分布，能够显著提高水泥比表面积，从而促进水泥水化，提高水泥强度，进而提升回填后路基的强度，从而达到改善土体强度、水稳性以及长期稳定性的效果，土壤固化剂中的石膏能够促进水泥水化产物钙矾石的形成，不仅能增强水泥的强度，还能够填充土壤颗粒的孔隙，促进土壤团聚，增强固化土的强度。可选的，所述土包括黏土、砂土、粒径小于5mm的碎石中的一种或多种。通过采用上述技术方案，土壤中粒径小于5mm的碎石、黏土、砂土，能够更好的提升土壤的密实度，从而提升路面路基的强度。第三方面，本申请提供一种利用固化土在软弱地层进行路基回填方法，包括以下步骤：（1）按照重量份数准备土、土壤固化剂、水泥和水，并混合搅拌均匀，得到固化土；（2）将上述固化土以每层25-35cm的厚度进行分层回填、碾压，直至填满基坑；（3）填满基坑后对路基进行覆网养护。通过采用上述技术方案，将固化土分层回填碾压到基坑中，能够充分的将回填土压实，增加回填土的强度。可选的，所述步骤（2）中的碾压分为初压、复压、终压三个阶段。通过采用上述技术方案，分三个碾压阶段，可以更好的将水泥等碾压成半固化状态，且能够提高道路路基的强度、抗压强度、抗弯拉强度以及稳定性。可选的，所述初压碾压重量为2-4t，碾压速度为1.5-3km/h，碾压1-3遍；所述复压碾压重量为20-25t，碾压速度为2-4km/h，碾压4-6遍；所述终压碾压重量为20-25t，碾压速度为3-5km/h，碾压2-5遍。通过采用上述技术方案，设置不同的碾压重量、碾压速度以及碾压次数，初压时采用较轻的重量以及较低的速度，能够防止重量过大而压塌路基，复压以及终压时采用较大的重量，能够很好的将路面路基压实，从而进一步提升成型后的土质强度。可选的，所述步骤（3）中的养护，养护时一天洒2-4水，养护时间为7-10d。通过采用上述技术方案，采用一天2-4次的洒水养护，养护时间为7-10d。可以保证水泥固化时所需要的湿度，从而提升水泥固化后的强度，进一步提高路面路基强度，且洒水养护7-10d能够使固化土的强度得到进一步提升，从而使得最终的路面路基早期强度高。综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用生石灰、氧化铝、二氧化硅、三乙醇胺、二异丙醇胺、硅烷偶联剂、水玻璃和石膏，其各个成份相互作用，使得无侧限抗压强度达到10mpa以上，水稳性达到10.26mpa以上，弯沉值为25mm以下。2、本申请中选择添加了活性氧化铝，其较强的吸附作用和表面活性，不仅能够起到对土壤颗粒的胶结作用，使土壤颗粒团聚，形成稳定的团聚体，而且还能够进一步提升对于土壤颗粒络合物的吸附能力，从而使土壤颗粒团聚，增加土壤的强度，进而提升路面路基的强度，添加活性氧化铝的土壤强度能够进一步将水稳性提高到13.28mpa、28d无侧限抗压强强度为10.82mpa，弯沉值为17mm。3、本申请的方法，通过采用分层回填，且设置每层的厚度为25-35cm，且每层分步进行碾压，不仅能够提升回填土的强度，而且还能够进一步提升硬化后的强度，从而使路面路基强度更高。具体实施方式以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。原料生石灰：生产厂家：湖北鑫润德化工有限公司，生产型号：gb/t；氧化铝：生产厂家：北京高科新材料科技有限公司；活性氧化铝：生产厂家：江西康利源水处理环保有限公司；二氧化硅：生产厂家：博爱县圆梦硅业有限公司；三乙醇胺：生产厂家：济南铭威化工有限公司，生产型号：工业级三乙醇胺；二异丙醇胺：生产厂家：济南雷赫商贸有限公司，含量85％；硅烷偶联剂kh-550：生产厂家：南京全希化工有限公司；硅烷偶联剂kh-560：生产厂家：济南荣广化工有限公司；水玻璃：生茶安厂家：济南旺田化工有限公司，生产型号：wt-水玻璃；石膏：生产厂家：安徽新缔绿新型建材有限公司，生产型号：xdl-130；水泥：生产厂家：佛山市润合建材有限公司，生产型号：华润425水泥。实施例实施例1一种土壤固化剂：包括以下重量份数的原料：生石灰100kg、氧化铝200kg、二氧化硅20kg、三乙醇胺100kg、二异丙醇胺20kg、硅烷偶联剂kh-550150kg、水玻璃50kg、石膏20kg。实施例2一种土壤固化剂：包括以下重量份数的原料：生石灰150kg、氧化铝150kg、二氧化硅100kg、三乙醇胺50kg、二异丙醇胺60kg、硅烷偶联剂kh-55050kg、水玻璃150kg、石膏50kg。实施例3一种土壤固化剂：包括以下重量份数的原料：生石灰300kg、氧化铝50kg、二氧化硅150kg、三乙醇胺30kg、二异丙醇胺100kg、硅烷偶联剂kh-55030kg、水玻璃200kg、石膏150kg。实施例4一种土壤固化剂：包括以下重量份数的原料：生石灰180kg、氧化铝120kg、二氧化硅800kg、三乙醇胺60kg、二异丙醇胺50kg、硅烷偶联剂kh-55070kg、水玻璃120kg、石膏80kg。实施例5一种土壤固化剂：包括以下重量份数的原料：生石灰200kg、氧化铝100kg、二氧化硅550kg、三乙醇胺80kg、二异丙醇胺30kg、硅烷偶联剂kh-550100kg、水玻璃100kg、石膏100kg。实施例6与实施例4的区别：氧化铝添加50kg。实施例7与实施例4的区别：氧化铝添加200kg。实施例8与实施例4的区别：氧化铝为活性氧化铝。实施例9与实施例8的区别：活性氧化铝添加50kg。实施例10与实施例8的区别：活性氧化铝添加200kg。实施例11与实施例4的区别：硅烷偶联剂为kh-560。实施例12与实施例4的区别：硅烷偶联剂为kh-55030kg、kh-56040kg。实施例13一种固化土，包括以下原料：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂98kg、水泥154kg、水42kg；其中每立方米土为1400kg，土为除去粒径为5mm以上石子的黏土。实施例14与实施例13的区别：土为除去粒径为5mm以上石子的砂土。实施例15与实施例13的区别：土为除去粒径为5mm以上石子的黏土和砂土，其中黏土为800kg，砂土为700kg。实施例16一种固化土，包括以下原料：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂210kg、水泥112kg、水70kg；其中每立方米土为1400kg，土为除去粒径为5mm以上石子的黏土和砂土，其中黏土为800kg，砂土为700kg。实施例17一种固化土，包括以下原料：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂350kg、水泥70kg、水112kg，其中每立方米土为1400kg，土为除去粒径为5mm以上石子的黏土和砂土，其中黏土为800kg，砂土为700kg。实施例18与实施例16的区别：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂98kg。实施例19与实施例16的区别：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂350kg。实施例20与实施例16的区别：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂280kg。实施例21与实施例16的区别：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂50kg。实施例22与实施例16的区别：每立方米土中加入实施例1中的土壤固化剂500kg。实施例23与实施例20的区别：水添加量为62kg。实施例24与实施例20的区别：水添加量为93kg。实施例25与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例2中的土壤固化剂。实施例26与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例3中的土壤固化剂。实施例27与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例4中的土壤固化剂。实施例28与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例5中的土壤固化剂。实施例29与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例6中的土壤固化剂。实施例30与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例7中的土壤固化剂。实施例31与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例8中的土壤固化剂。实施例32与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例9中的土壤固化剂。实施例33与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例10中的土壤固化剂。实施例34与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例11中的土壤固化剂。实施例35与实施例23的区别：土壤固化剂为实施例12中的土壤固化剂。实施例36一种利用固化土软弱地层路基的回填方法，包括以下步骤：（1）将实施例13中的固化土原料混合搅拌均匀，其中土为除去粒径为5mm以上石子的黏土；（2）将步骤（1）中的混合物以每层25cm的厚度进行分层回填，直至填满基坑，其中每层碾压分初压、复压、终压三个阶段，初压采用2t小压路静压3遍，静压速度为3km/h，复压采用20t振动压路机振动碾压4遍，碾压速度为4km/h，终压采用20t压路机进行静压2遍，碾压速度为5km/h，每一次碾压完成后，通过罐砂试验进行压实度测试，压实度大于93％则进行下一层填筑；（3）填满基坑，最后一次碾压完成后，立即对路基进行覆网养护，养护时一天洒水2次，养护10d。实施例37与实施例34的区别：采用实施例14的固化土。实施例38与实施例34的区别：采用实施例15的固化土。实施例39与实施例36的区别：采用实施例16的固化土。实施例40与实施例36的区别：采用实施例17的固化土。实施例41与实施例37的区别：采用实施例18的固化土。实施例42与实施例37的区别：采用实施例19中的固化土。实施例43与实施例37的区别：采用实施例20中的固化土。实施例44与实施例37的区别：采用实施例21中的固化土。实施例45与实施例37的区别：采用实施例22中的固化土。实施例46与实施例37的区别：采用实施例23的固化土。实施例47与实施例37的区别：采用实施例24的固化土。实施例48与实施例37的区别：采用实施例25的固化土。实施例49与实施例37的区别：采用实施例26的固化土。实施例50与实施例37的区别：采用实施例27中的固化土。实施例51与实施例37的区别：采用实施例28的固化土。实施例52与实施例37的区别：采用实施例29的固化土。实施例53与实施例37的区别：采用实施例30的固化土。实施例54与实施例37的区别：采用实施例31的固化土。实施例55与实施例37的区别：采用实施例32的固化土。实施例56与实施例37的区别：采用实施例33的固化土。实施例57与实施例37的区别：采用实施例34中的固化土。实施例58与实施例37的区别：采用实施例35的固化土。实施例59与实施例50的区别：步骤（2）中，初压采用3t小压路静压2遍，静压速度为2.5km/h，复压采用23t振动压路机振动碾压5遍，碾压速度为3km/h，终压采用23t压路机进行静压4遍，碾压速度为4km/h。实施例60与实施例50的区别：步骤（2）中，初压采用4t小压路静压1遍，静压速度为1.5km/h，复压采用25t振动压路机振动碾压6遍，碾压速度为2km/h，终压采用25t压路机进行静压5遍，碾压速度为3km/h。实施例61与实施例59的区别：步骤（2）中，以每层30cm的厚度进行分层回填。实施例62与实施例59的区别：步骤（2）中，以每层35cm的厚度进行分层回填。实施例63与实施例61的区别：步骤（3）中，养护时一天洒3次水，养护9d。实施例64与实施例61的区别：步骤（3）中，养护时一天洒4次水，养护7d。对比例1与实施例50的区别：土壤固化剂中不添加氧化铝。对比例2与实施例50的区别：土壤固化剂中不添加硅烷偶联剂。对比例3与实施例50的区别：土壤固化剂中不添加水玻璃。对比例4与实施例50的区别：土壤固化剂中不添加氧化铝和水玻璃。对比例5与实施例50的区别：土壤固化剂中不添加氧化铝和硅烷偶联剂。对比例6与实施例50的区别：土壤固化剂不添加氧化铝、硅烷偶联剂和水玻璃。对比例7与实施例50的区别：固化土中水添加量为20kg。对比例8与实施例50的区别：固化土中水添加量为200kg。性能检测试验检测实施例36-64和对比例1-8的路面路基的7d、28d的无侧限抗压强度、弯沉值、水稳定性。检测方法无侧限抗压强度根据《jtge51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的t0805-1994无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法进行检测，其中抗压强度越高则证明路面路基越好；弯沉值越小则证明路面路基越好；水稳性强度检测：采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试件，在20℃，相对湿度96%的养护条件下，保湿养护六天；再浸水24小时，取出，擦去试件表面的水分，放入压力试验机检测其强度。检测结果见表1。表1路面路基性能检测结果水稳性/mpa7d无侧限抗压强度/mpa28d无侧限抗压强度/mpa弯沉值/0.01mm实施例3612.158.1510.2625实施例3711.648.1210.2326实施例3812.568.3610.5722实施例3912.838.5710.6919实施例4012.618.4210.6221实施例4112.688.4610.6620实施例4212.628.4410.6524实施例4312.938.6510.7918实施例449.284.266.3530实施例458.574.875.9431实施例4613.288.8710.8617实施例4713.068.7110.8418实施例4813.258.8410.8517实施例4913.308.9610.8817实施例5013.419.0610.9216实施例5113.348.9810.8517实施例5213.379.0110.8716实施例5313.328.9910.7618实施例5413.539.2110.9715实施例5513.429.1110.8317实施例5613.469.1310.8416实施例5713.439.1210.8117实施例5813.479.1610.8518实施例5913.459.1510.8116实施例6013.429.1010.7617实施例6113.469.1410.8316实施例6213.449.1210.8316实施例6313.489.1710.8715实施例6413.479.1510.8617对比例16.372.154.5936对比例27.152.344.6335对比例37.642.464.7637对比例45.211.983.5840对比例55.171.643.2441对比例64.261.022.1649对比例76.282.364.5643对比例86.571.984.1242结合实施例36-38并结合表1可以看出，改变土壤的类型会对软弱地层路基回填的无侧限抗压强度、弯沉值、水稳定性均会产生影响，在本申请实施例中，选择实施例38中的黏土和砂土混合土作为填充土的原料，其得到的公路路基的强度最好。结合实施例38和实施例39-40并结合表1可以看出，改变每立方米中加入土壤固化剂、水泥和水的用量，均会对影响最终固化的效果，影响路面路基的抗压强度、弯沉值、水稳定和无侧限抗压强度。而在本申请中，选择实施例39中的各个原料成份用量，使得最终制备得到的路面路基的性能最好。结合实施例39和实施例40-45并结合表1可以看出，不土壤固化剂用量过多或过少，均会对最终公路路基的强度产生影响，而在本申请实施例中可以看出，本申请土壤固化剂与土壤配比合理，其能够有效提高公路路基的强度；另外，选择本申请实施例43中的固化土中土壤固化剂的含量，其最终得到的公路路基的无侧限抗压强度、水稳定性较高，弯沉值较低，因而其强度较好。结合实施例39和实施例46-47以及对比例7-8并结合表1可以看出，固化土中不同水的添加量均会对最终回填的公路路基的抗压性能产生影响。对比例7-8的水灰比过大或过小其最终得到的公路路基的强度显著下降，由此可见，本申请中水灰比设计合理，其能够提升公路路基的强度，且在本申请实施例中，采用本申请实施例46的方案，即采用实施例23的固化土中的水灰比进行回填，其能够进一步提升公路路基的强度。结合实施例39和实施例48-51并结合表1可以看出，在其他条件不变的情况下，改变土壤固化剂中各个成份的用量，均会影响制备得到的路面路基的抗压强度，从而影响路面路基质量，而在本申请中，选择本申请实施例4中的土壤固化剂，以及实施例50中的方式进行填充基坑，得到的路面路基其性能最好。结合实施例39和实施例52-53并结合表1可以看出，在其他成份不变的情况下，改变氧化铝的用量，会影响最终的路面路基的性能，而在本申请实施例中，选择本申请实施例4中氧化铝用量作为固化剂制备的实施例27的固化土，作为原料对软弱地层路基进行回填，可以显著提高对固化土的固化作用，从而提高路面路基的强度。结合实施例39和实施例54-56并结合表1可以看出，在其他成份不变的情况下，用活性氧化铝替换氧化铝可以进一步提升路面路基的强度，且不同的活性氧化铝的用量也会对最终得到的公路路基的强度产生影响，在本申请实施例中，选择实施例8中活性活性氧化铝作为土壤固化剂，得到的固化土其进行填充基坑，即本申请实施例54中的技术方案，其公路路基的强度最高。结合实施例39和实施例57-58并结合表1可以看出，在其成份不变的情况下，改变硅烷偶联剂的种类也会影响最终的路面路基的强度，而在本申请中，在土壤固化剂中选择添加kh-550和kh-560两种硅烷偶联剂，相比于添加单一的硅烷偶联剂可以进一步提升路面路基的强度。结合实施例50和对比例1-6并结合表1可以看出，土壤固化剂中不添加氧化铝、硅烷偶联剂、水玻璃中的任意一种或几种的情况下，均会影响软弱地层路基的回填后其路面路基的强度，且其抗压强度、水稳定和无侧限抗压强度明显降低，而弯沉值却明显升高。由此可见，氧化铝、硅烷偶联剂、水玻璃的添加大大提升了路面路基的强度。结合实施例50和实施例59-60并结合表1可以看出，在软弱地层固化土回填过程中，不同的碾压重量、碾压速度以及碾压次数均会对最终的路面路基的抗弯强度、抗压强度和弯沉值产生影响，即会影响最终的路面路基的强度。在本申请实施例中，选择本申请实施例59中的碾压参数，其路面路基强度性能达到最好。结合实施例59和实施例61-62并结合表1可以看出，在软弱地层固化土回填过程中，在其他条件不变的情况下，改变回填层的每层厚度，其均会对最终得到的路面路基的强度产生影响，回填层的每层厚度过高或过低都会降低路面路基的强度。在本申请实施例中，选择本申请实施例59中的技术方案，其制备得到的路面路基强度最好。结合实施例61和实施例63-64并结合表1可以看出，在基底碾压完成后，不同的洒水养护时间以及洒水次数，均会对路面路基的抗弯强度、抗压强度和弯沉值产生影响，而在本申请中，选择本申请实施例63的养护方案其制备的路面路基的强度能够得到进一步提升。本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页12