土壤固化剂在堤防加固工程中的应用.docx

土壤固化剂在堤防加固工程中的应用（岩土工程研究所 侯玉京 ）1 概述高性能土壤固化剂是近年来国内土木工程领域普遍关注的新型土体加固 材料，由于土壤固化剂适用范围广、性能稳定、价格低廉、施工及维修方便，非 常适合目前国内市场的需要除了在交通道路、环保工程、水土保持等领域有广 泛的应用外，土壤固化剂还可大量用于水利工程中的护坡、防渗、简易公路，起 到防洪消险、节水灌溉等作用国外固化剂技术的工程应用已经相当普遍，在日本、美国、加拿大、澳 大利亚、南非和欧洲都有很成熟的固化剂研究应用机构和公司我国八十年代开 始引进这项技术，目前已有近 50家机构和公司在进行开发应用尽管土壤固化 剂的应用还处于起步阶段，利用固化剂材料的工程建设项目还很少，但已有的工 程实践证明，土壤固化剂可大量应用于水利、交通、环境、港口、机场等基础设 施的建设其最大特点是可以就地取材进行施工，能节省大量的水泥、砂石料费 用，与混凝土材料相比，一般可降低造价 30%左右土壤固化剂在堤防加固工程中的应用更具潜力长江流域各主要堤防由 于防洪标准较低，原有的施工质量较差或年久失修，堤身隐患众多，许多堤段的 护坡、护脚没有防护或已遭破坏，遇有特大洪水常常出现管涌、裂缝、滑坡等险 情，若不能及时治理抢救，大堤极易溃决。

岳阳麻塘垸大堤经历了 1998 大洪水 后，引起了各地对堤防加固工程的重视，目前全国各地正加大投入，加固堤防堤防加固一般采用加高、加宽原堤防的方法，以达到设计断面要求，对 于透水堤基采用各种截渗措施，以截断或延长渗径但是堤坡、堤脚的防护加固 因造价较高，地方上难以承受土壤固化剂因其可以就地取材、材料价廉且有足 够的抗压、抗渗、抗冲、抗冻等特性，有希望代替块石、混凝土板成为护坡、护 脚的另一种实用材料土壤固化剂一般可分为有机类和无机类无机类土壤固化剂一般为粉末 状，有些无机土壤固化剂也含少量有机成分，性能较为稳定试验结果表明，仅 掺加3%的WH无机土壤固化剂，可使淤泥土的抗压强度达到0.97MPa,掺加10% 的土壤固化剂抗压强度达5.06MPa,渗透系数为2.33*10-Cm/s经冻融循环试验， 外观无明显变化采用WS系列无机土壤固化剂可以固化许多天然粗粒料，用其 固化天然砂砾石，同样可以达到增加强度，减少渗透性的目的湖南省益阳烂泥 湖垸大堤护坡，采用土壤固化剂固化当地砂卵石，固化后28天抗压强度达1 5MPa ， 同时完全满足防浪抗冲的要求2 在堤防加固工程中的应用方法2.1 堤面道路将土壤固化剂用于道路路基或路面，在国内外已有较为成熟的应用经验。

固化堤面不仅可以方便交通和汛期抢险，而且可以防止雨水在堤顶渗透给大堤造 成的破坏在堤面道路上应用土壤固化剂的主要程序如下框图所示：图 1 土壤固化剂应用主要程序2.2 护坡护坡的主要作用是防止波浪对堤身的破坏，造成护坡破坏的主要原因有（1）护面材料的重量不足或厚度不够，不能阻止破碎波射流的冲击和坡面波动 水流的冲刷，以及内压力的浮托作用；（2）坡面的保护范围不够，在边界处土 料遭到冲蚀，以至于损及护面层本身；（3）堤身压实质量差，产生不均匀沉陷 引起护坡面板塌陷倾毁在波浪较小地区，一般采用干砌石护坡；在波浪较大地 区，多采用浆砌石护坡或预制的钢筋混凝土板铺砌；在波浪作用强烈的地区，可 采用钢筋混凝土板、混凝土方块或混凝土异形块体等；在护坡工程中采用土壤固 化剂固化当地的土壤或天然砂砾石料，可以根据不同工况的需要制作护坡，从而 达到防冲防浪的目的块体的重量采用国内外常用的西班牙伊利巴伦公式计算［1］，由滑动平衡 导得W=y NH3/（fcosa-sina）3/（SrT）3其中：W---护坡块体重量（吨）；□ b―-块体材料的容重（吨/米3）；b Sr=y /y -―块体材料的容重与水容重之比；bH--- 设计波高（米）；---斜坡与水平面的夹角；f--- 块体间摩擦系数，对块石、方块分别为 2.38 、2.84 N--- 经验系数，对块石或方块为 0.43 。

以湖南省益阳烂泥湖垸大堤为例，最大设计波高1.0m,若采用块石护坡, 块体重量约为110kg；对于麻塘垸大堤，最大设计波高约2.5m，块体重量约为 1040kg 显然多数块石难以满足在波浪力和块体所受浮力作用下沿斜坡的滑动 平衡采用整体的固化面板可以较好地满足这一要求，若采用预制构件则需要有 足够的重量和牢固的咬合型式制作护坡前， 应进行坡面压实，斜坡 压实可采用斜坡振动 碾压实，也可采用电动 打夯机夯实坡面压实 前应清除原坡面杂草、 根系和表面腐植土层， 测定原始干密度、含水 量，作为护坡加固的参 考依据采用土壤固化 剂制作护坡方法很多， 如斜坡碾压方法、现浇 法、喷浆法、膜袋法、 预制件法等等我院在 益阳烂泥湖垸大堤进 行护坡固化，共设计了 2 个方案：方案 1 采用 WS 土壤固化剂固化当 地砂卵石，利用现浇或 喷浆的方法制作护坡 图2益阳烂泥湖垸大堤护坡断面图面板，面板厚度 10cm（见图 2）；方案 2 采 用 WH 土壤固化剂固化 当地亚粘土，仿照路面 施工的方法在斜坡上 进行拌和、碾压，护坡 面板厚约25cm以上 两种方法均取得了较 好的当地材料固化和 护坡加固效果2.3 护脚护脚的作用是为了支撑护面结构， 防止波浪淘刷堤脚，最简单的护脚方式是在 坡趾处设置抛石支撑棱体，为防止波浪淘刷 抛石底部的土体，影响抛石体的稳定性，应 在抛石底部设置反滤层。

几种常用的护脚结构型式见图 3，可 根据实际情况选用在坡面坡脚波浪冲击较 频繁的部位，可以考虑设置消波性能好、结 构牢固、施工方便而且经济的防波浪异形块 体［1（］ 见图 4），这些异型块体由于体积一 般较大，运输困难，可以考虑采用土壤固化 剂固化当地土料或砂卵石料来制作00 4险化砂陌右护別热朽护制固化山i居图 4 国内外常用的防波浪异形块体示意 图图 3 几种护脚结构型式示意图3 工程施工质量控制措施堤防工程由于受自然条件的作用和人为因素的影响，工作状态较为复杂，因此堤防加固工程技术人员应有忧患意识，在设计和施工等主要环节，严格把好 质量关土壤固化剂作为一种新型的堤防加固材料，尚没有形成统一的行业规范， 土壤固化剂在水利工程施工中应用及质量检验和控制方法，目前也没有统一的标 准，因此采用土壤固化剂固化砂卵石料，实际应用时主要参考《水工混凝土施工 规范》⑵SDJ207-82；固化土料，主要依据《土工试验方法标准》⑶GBJ123-88, 《堤防工程设计规范》 [4]SD50286-98 等土壤固化剂用于堤防护坡、道路，在工程施工前，应对现场采用的土料 及砂砾料，取具有代表性样本进行试配，以确定出满足工程要求的施工配合比。

对所用料进行检查试验，以确定用料品种及范围，保证用材合格对原坡面在清 除杂物及腐植质土层后，取样测试坡面软弱部位应先行挖除人工补填夯实开 工前由专业技术人员，对施工作业人员组织进行质量技术交底，提出详细的质量 要求和施工操作要求对各工序制定质量检验控制点，编绘制控点流程，框图， 明确各质控点，检验手段及标准施工中实行技术人员跟班作业制，监督指导施 工原材因品种及含水量有变异时，应根据技术人员的要求调整配合比，以保证 配比准确无误4 结语土壤固化剂有着广泛的应用前景，但其大量推广应用，还需要解决以下几个方面 的问题：（1） 针对不同的土类性质和矿物成分，应有不同的土壤固化剂与之对应进行固 化，因此必须有快速准确的试验反应能力和生产能力；（2） 进行土壤固化施工工艺的研究，同时发展专用的施工机具和施工设备，提 高施工效率；（3） 制定土壤固化施工的企业标准和行业标准，使土壤固化施工规范化，便于 推广应用参考文献[1] 交通部第一航务工程勘察设计院，港口工程设计手册，人民交通出版社，1994[2] 中华人民共和国行业标准， SL53-94 水工碾压混凝土施工规范，水利部发布， 1994， 3， 31[3] 国家技术监督局，中华人民共和国建设部 GB50286-98 堤防工程设计规范， 中国计划出版社， 1998[4] 中华人民共和国国家标准，土工试验方法标准，GBJ123-88，水利部主编， 1988。