专利名称：一种土壤固化材料及其在重载软土地基上的应用方法
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一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、干縮系数大等缺点，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 理层己失去应有的板体、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，国内先后己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+65(T750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、干縮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。发明内容本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以大大改进现有石灰、水泥、粉煤灰 等传统固化材料的性能，提高路基及基层强度及水稳性的一种土壤固化材料及其在重载软土 地基上的应用方法。本发明的一种土壤固化材料,它包括路邦EN-1固化剂及辅料。本发明的一种土壤固化材料在重载软土地基上的应用方法，它包括以下步骤-(1) 备料，包括路邦EN-1固化剂、水泥、碎石、石灰和现场所取的粘土；(2) 对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；(3) 制备混合土，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括2_6%的石灰、 0.012 —0.018°/。的路邦EN-1固化剂或者2 — 5%的石灰、2 —4%的水泥、0. 011 —0. 019%的路 邦EN-1固化剂或者2 — 5%的水泥、20%_40%的碎石、0. 012—0. 019%的路邦EN-1固化剂； 通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量和最大干密度；(4) 将各层土按上述确定的比例及组分拌和均匀，测定天然含水量，由天然含水量与最佳 含水量的差值，确定喷洒水量，使其达到最佳含水量；(5) 现场铺平碾压，路基处理层压实度控制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98 %以上；(6) 每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。 本发明的固化剂材料大大改进现有石灰、水泥、粉煤灰等传统固化材料的性能，采用土■壤固化剂固化现场土作为道路基层或处理层，消除了传统固化材料作为基层或处理层带来的 强度低、水稳性差的弊端，使公路、城市道路路基路面能适用地下及地面水的影响，最终实 现了路面基层材料及路基处理材料的变革，达到利用现状材料、避免重复浪费，提高路基及 基层强度及水稳性的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
和实施实例对本发明作进一步说明。本发明的一种土壤固化材料,它包括路邦EN-1固化剂及辅料，所述的固化剂及辅料可以 为其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括2 — 6%的石灰、0.012 — 0.018%的 路邦EN-1固化剂或者2 — 5%的石灰、2 — 4%的水泥、0.011 — 0.01將的路邦EN-1固化剂或 者2 — 5%的水泥、20%—40%的碎石、0. 012 — 0. 019。/。的路邦EN-1固化剂。制备本土壤固化材 料的方法为将所述的组分按所述的配比混合均匀即可。所述的路邦EN-1固化剂可在市场购 得。 '一种土壤固化材料在重载软土地基上的应用方法，它包括以下步骤(1)备料，包括路 邦EN-1固化剂、水泥、碎石、石灰和现场所取的粘土； (2)对现场所取的粘土进行晾晒、粉 碎；(3)制备混合土，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括2—6%的石灰、 0.012 — 0. 018%的路邦EN-1固化剂或者2_5%的石灰、2 —4%的水泥、0. 011 —0. 019%的路 邦EN-1固化剂或者2 — 5%的水泥、20%_40%的碎石、0. 012 — 0. 019%的路邦EN-1固化剂； 通过室内重型击实试验，确定浪合料的最佳含水量和最大干密度；(4)将各层土按上述确定 的比例及组分拌和均匀，测定天然含水量，由天然含水量与最佳含水量的差值，确定喷洒水量，使其达到最佳含水量；(5)现场铺平碾压，路基处理层压实度控制在95%以上，底基层、 基层压实度控制在98%以上；(6)每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊 铺上一层混合料。实施例1备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.018y。的路邦EN-l固化剂、4 %的石灰；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀制备混合土， 测定所述的混合土的天然含水量为10.1 12.1%，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定 喷洒水量为38 78 kg/m3 ，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理压实度控 制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达 到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的无侧限抗压 强度为1. 32 1. 57 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为1. 68 1. 89Mpa， 28天龄期的无侧限 抗压强度为2. 22 2.56Mpa。而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的无侧限 抗压强度最高在0.6 MPa 0.8MPa之间，同样配比的不含固化剂的传统基层、底基层无机结 合料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在1. 0MPa 1. 2MPa之间。 实施例2备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.015y。的路邦EN-1固化剂、6 %的石灰；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀制备混合土， 测定所述的混合土的天然含水量为10.2 14. 1%，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定 喷洒水量为38 116kg/m3，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理压实度控制 在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到 设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的无侧限抗压强 度为1. 38 1. 65 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为1. 72 2. 03Mpa， 28天龄期的无侧限抗 压强度为2. 35 2. 78Mpa。而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的无侧限抗压强度最高在0. 6 MPa lMPa之间，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底基层无机结合 料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在1. lMPa 1. 3MPa之间。实施例3备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.012n/。的路邦EN-l固化剂、2 %的石灰；对现场所取的粘土迸行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀制备混合土， 测定所述的混合土的天然含水量为10.2 14. 1%，由最佳含水量与天然含水量的差值，确定 喷洒水量为36 113kg/m3，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理压实度控制 在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到 设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的无侧限抗压强 度为1. 12 1. 26 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为1. 48 1. 65Mpa， 28天龄期的无侧限抗 压强度为1.8 2.23Mpa。而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的无侧限抗压 强度最高在0.4 MPa 0.7MPa之间，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底基层无机结合 料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在0. 8MPa 1. OMPa之间。 实施例4备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.01P/。的路邦EN-1固化剂、3 %的石灰、3%的水泥；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀制 备混合土，测定所述的混合土的天然含水量为12.广15.6%，由最佳含水量与天然含水量的差 值，确定喷洒水量为8 78kg/ra3 ,使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理压实 度控制在95^以上，底基层、基层压实度控制在98%以上每一层碾压完成后，洒水养生7 天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的无侧限 抗压强度为1. 72 2. 42 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为2. 03 2. 72Mpa， 28天龄期的无 侧限抗压强度为3. 03 3. 56Mpa，而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的无 侧限抗压强度最高在1.0MPa 1.3MPa之间，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底基层无 机结合料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在1. 3MPa 1. 5MPa之间。实施例5备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.015y。的路邦EN-l固化剂、2 %的石灰、2%的水泥；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀制 备混合土，测定所述的混合土的天然含水量为13.8 15.3%，由最佳含水量与天然含水量 的差值，确定喷洒水量为14 44kg/m3 ，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处 理压实度控制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒水 养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的 无侧限抗压强度为1. 50 2. 13 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为1. 73 2. 48Mpa， 28天龄 期的无侧限抗压强度为2. 15 2.67Mpa，而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7 天的无侧限抗压强度最高在0.洲Pa l.lMPa之间，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底 基层无机结合料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在1. lMPa 1. 4MPa之间。 实施例6备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.019呢的路邦EN-1固化剂、5 %的石灰、4%的水泥；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀制 备混合土，测定所述的混合土的天然含水量为12. 1 14.8%，由最佳含水量与天然含水量的 差值，确定喷洒水量为30 84kg/m3 ，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理 压实度控制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒水养 生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的无 侧限抗压强度为2. 1 3. 0 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为2. 48 3. 28Mpa， 28天龄期的 无侧限抗压强度为2. 86 3. 57Mpa，而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的 无侧限抗压强度最高在1.5MPa 1.8MPa之间，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底基层 无机结合料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在1. 9MPa 2. 2MPa之间。实施例7备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.015y。的路邦EN-l固化剂、 30%的碎石、2%的水泥；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀 制备混合土，测定所述的混合土的天然含水量为11.2 14.5 %，由最佳含水量与天然含水 量的差值，确定喷洒水量为26 92 kg/m3 ，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层 处理压实度控制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒 水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期 的无侧限抗压强度为1.8 2.2 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为2.3 2.6Mpa， 28天龄期 的无侧限抗压强度为2.8 3.2Mpa，而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的 无侧限抗压强度最高在1. 3MPa 1. 5MPa之间，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底基层 无机结合料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在1. 7MPa 2. (MPa之间。 实施例8备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.012%的路邦EN-1固化剂、 20%的碎石、4%的水泥；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀 制备混合土，测定所述的混合土的天然含水量为13.2 ~15.8 %，由最佳含水量与天然含水量 的差值，确定喷洒水量为8^66 kg/ra3 ，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处理 压实度控制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒水养 生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的无 侧限抗压强度为2. 2 2. 5 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为2. 6 2. 8Mpa， 28天龄期的无 侧限抗压强度为2.9 3.2Mpa，而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的无侧 限抗压强度最高在1.5MPa 1.8MPa之间，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底基层无机 结合料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在1. 8MPa 2. 0 MPa之间。 实施例9备料，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括0.019y。的路邦EN-l固化剂、 40%的碎石、5%的水泥；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；将备料与所述的粘土混合均匀制备混合土，测定所述的混合土的天然含水量为11.6 14.3 °/。，由最佳含水量与天然含水量 的差值，确定喷洒水量为30 84 kg/m3 ，使其达到最佳含水量；现场铺平碾压，路基浅层处 理压实度控制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98%以上；每一层碾压完成后，洒水 养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。经测定本固化剂处理现场土， 7天龄期的 无侧限抗压强度为2. 5 3. 2 Mpa; 14天龄期的无侧限抗压强度为3. 5 3. 8Mpa， 28天龄期的 无侧限抗压强度为4.0 4.2Mpa，而同样配比的不含固化剂的传统浅层处理层养生7天的无 侧限抗压强度最高在1.8 MPa 2.2MPa之间，，同样配比的不含固化剂的传统的基层、底基层 无机结合料稳定土养生7天的无侧限抗压强度最高在2. 3MPa 2. 6 MPa之间。
权利要求
1. 一种土壤固化材料，其特征在于它包括路邦EN-1固化剂及辅料。
2. 根据权利要求1所述的一种土壤固化材料，其特征在于:所述的辅料为石灰，以质量百 分比计所述的路邦EN-1固化剂、石灰掺量分别占混合料所取的粘土量的0. 012_0. 018%， 2一6%。
3. 根据权利要求1所述的一种土壤固化材料，其特征在于所述的辅料为石灰和水泥， 以质量百分比计所述的路邦EN-1固化剂、石灰和水泥掺量分别占所取的粘土量的O.Oll — 0.019%、 2 — 5%、 2—4%。
4. 根据权利要求l所述的一种土壤固化材料，其特征在于所述的辅料为水泥和碎石， 以质量百分比计所述的路邦EN-1固化剂、水泥和碎石掺量分别占所取的粘土量的0.012 — 0.019%、 2 — 5%， 20_40%。
5. —种土壤固化材料在重载软土地基上的应用方法，其特征在于它包括以下步骤(1) 备料，包括路邦EN-1固化剂、水泥、碎石、石灰和现场所取的粘土；(2) 对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；(3) 制备混合土，其组成以占现场所取的粘土量的质量百分比计包括2 — 6%的石灰、 0. 012 — 0. 018。/。的路邦EN-1固化剂或者2 — 5%的石灰、2—4%的水泥、0. 011—0. 019%的路 邦EN-1固化剂或者2 — 5%的水泥、20%—40%的碎石、0. 012 — 0. 019°/。的路邦EN-1固化剂； 通过室内重型击实试验，确定混合料的最佳含水量和最大干密度；(4) 将各层土按上述确定的比例及组分拌和均匀，测定天然含水量，由天然含水量与最 佳含水量的差值，确定喷洒水量，使其达到最佳含水量；(5) 现场铺平碾压，路基处理层压实度控制在95%以上，底基层、基层压实度控制在98 %以上；(6) 每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。
全文摘要
本发明公开了一种土壤固化材料及其在重载软土地基上的应用方法，它包括以下步骤备料，包括路邦EN-1固化剂、水泥、碎石、石灰和现场所取的粘土；对现场所取的粘土进行晾晒、粉碎；制备混合土；将各层土按上述确定的比例及组分拌和均匀；现场铺平碾压；每一层碾压完成后，洒水养生7天达到设计强度要求后摊铺上一层混合料。本发明的固化剂材料大大改进了现有石灰、水泥、粉煤灰等传统固化材料的性能，采用土壤固化剂固化现场土作为道路基层或处理层，消除了传统固化材料作为基层或处理层带来的强度低、水稳性差的弊端，使公路、城市道路路基路面能适用地下及地面水的影响，提高了路基及基层强度及水稳性。
文档编号E02D3/00GK101265060SQ20081005290
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者于立军, 付晓敦, 任金霞, 炜 冯, 刘晓宇, 刘润有, 曹立松, 杨晓蓉, 王新岐, 王晓华, 练象平, 訾建峰, 赵建伟, 邱志明, 龚风刚 申请人:天津市市政工程设计研究院