刘民辉

【摘要】本文通过对岩土固化剂在渠道抗冻防渗实际工程中的应用，分析论证了YTG与土颗粒胶凝在一起，形成新的格构，并且初期施工的压实效应会使格构间联系的更加牢固，YTG改善了土的物理力学性能，发挥了固结剂的强度。这种固结反应使得固化土能够在水和空气中硬化，具有早期强度高、长期强度保持稳定增长。其固化土防渗层就地取材、投资小、施工简单、受环境影响小，为渠道渠底抗冻防渗提供了新的途径。

【关键词】岩土固化剂、固化土，渠道防渗、耐水稳定性

1、工程概况

南水北调东线一期工程东平湖~济南段输水工程位于山东省西部，途经泰安市的东平县，济南市的平阴县,长清区和槐荫区，至济南市的小清河睦里庄跌水下，输水线路全长 90.055km。本合同段第26标段，位于平阴县境内，输水渠设计桩号 27+902～31+678，全长3685m。YTG岩土固化剂应用段在桩号为30+150 ～30+550输水渠底部衬砌防渗，设计底宽 14.3 m，设计边坡1 ：2.25 ，设计水深3.5 m ，衬砌高度 4.80m 。

2、渠底固化土衬砌原因

本段地貌类型属黄河冲积平原，地下水埋深一般年份为 2.5 ～ 3m，地层分布规律为： 30+150 ～30+550 段主要为砂壤土且地下水位高。砂壤土抗冲性差，并存在渗漏、渠外浸没、振动液化等问题。然而，土壤固化剂是一种新型土壤改良材料，以固化为载体，加入改良材料，激发土壤内Ca2+、Si4+等有效成分，使土壤固结，达到相应的抗压、抗渗目的。

YTG岩土固化剂中，含有16％的21种无机化合物和YTG特种元素的独特功能—高耐水性和高亲土性在固化土中体现的优为突出。YTG 岩土固化剂按一定的比例与土均匀拌和并密实后，由表及里的使被固结土产生增强作用，形成不可逆反应的具有高强度、高耐水体积稳定性和高耐久性能的YTG固化土。 YTG固化土的基本原理与水泥加固土的硬化机理有所不同，YTG在具有一定活性的介质土中的水解和水化反应时，充分发挥土体颗粒矿物铝硅酸盐的活性，加速了土中矿物与YTG的理化反应，改变了土性，增加YTG固化土的强度。

3、固化土防渗试验成果分析

3.1、基本要求

东线南水北调主干渠防渗工程防渗层固化土主要性能指标要求：抗冻标号D25，允许最小抗压强度3.0MPa,渗透系数不应大于1x10-6cm/s，配合比固化剂用量一般为素土干容重的8～12% 。

3.2、技术参数确定

按渠段土料物理力学指标，配合比试验测得原状土干容重为1.49t/m3，含水量为12.6~32%，最优含水量为21.2%，原状土最大干密度为1.57t/m3。固化土压实的允许最小干密度为1.59t/m3， 最大干密度为1.69t/m3， 最优含水量为15.1%，初凝时间为碾压后6小时45分钟、终凝时间为8小时。可满足抗冻标号D25，允许最小抗压强度3.0MPa，渗透系数不应大于1x10-10cm/s时，固化剂掺量为8％。

通过对常规掺入相同固化剂和水泥量的固化土和水泥土试验结果表明，28天固化土能达到设计强度的220%左右，强度可达水泥土90天的2～3倍。从而得出YTG加固土的硬化过程比水泥土快的多。

4、YTG固化土渠底防渗层施工

4.1、施工工艺：

4.2、施工前的准备工作：

先用推土机根据渠底设计高程找平，在平整好的场地上进行纵横向网格标桩布置：平整后的土基上布设中线，直线段每15～20m的长度内设标桩，平曲线段每10～15m设标桩，并在两侧边缘外每0.3～0.5m长度内设标桩。然后在两侧标桩上标出固化层边缘的设计高度，有利于固化剂使用掺量的精确计量摊铺。再根据每段的长度、宽度、基层厚度、预定的干密度及土壤固化剂的配合比，计算土壤固化剂的用量及确定土壤固化剂摆放的行数、间距和用量。最后检测土中的含水量，宜符合固化类混合料的最佳含水量的要求，当不能满足要求时，应对土采取处理措施。

施工设备的准备：路拌机WB400、振动碾YZ16、D85A-18推土机、装载机各一台。

4.3、固化土施工工艺：

4.3.1、首先通过井点降水等一系列措施将地下水位降至可以满足设备施工的位置，然后使用D85A-18推土机将渠底按照设计高程进行整平、初压。

4.3.2、土壤固化剂的摆放和摊铺

固化土施工前，应充分考虑固化剂到现场后的堆放方式，防雨、防潮、防盗、防损等的防护措施，派专人密切关注当地天气预报，选定天气晴朗、风力较小的气候条件下进行有条不紊的施工作业。

现场检测粉沙壤土天然含水量为17.9％，固化土的最优含水量由现场碾压试验得出为16.8％。

根据先期一系列试验数据将固化土段固化剂使用袋数的行数、间距和用量计算如下：本段固化土设计长度L=400米，护底净宽13.7米，厚度30厘米，固化土总量1644立方米。

渠底每米土方重G土=13.7*0.3*1*1.49＝6.124t；

固化土每米长度的掺量为8％固化剂重G固化＝G土*0.08＝0.49t≈0.5t；

本段固化土固化总掺量为G＝400*0.5＝200t。

因而得出固化土每延米长使用10包固化剂、间距为1.37米，每延米为一行距，共计400行4000包。固化剂摊铺前，洒水润湿渠基表面，然后均匀摊铺过程一定将包装袋等杂物清理干净。

4.3.3、YTG固化土的拌合

根据固化土拌合深度、平整度及拌合均匀的要求及现场实际情况采用了路拌法施工，使用中挂式WB400型稳定土拌合机，其技术指标为：拌和深度0mm~400mm；拌合宽度2200mm；机器总质量18000kg；发动机功率298kw；外形尺寸长*宽*高＝9000mm*3200mm*3690mm。

拌合机调整好拌和深度，由两侧向中心，每次拌和有专人负责，确保边角重叠和拌透，无漏拌，拌合遍数为2遍。施工接缝搭接拌和，第一段拌和后，留出5～8m不进行碾压，在第二段施工时再将前段余留的末碾压段添加固化重新拌和，与第二段相连一起碾压。由于使用的路拌机为中挂式，渠底两侧齿墙边0.3米宽不能拌合到位，在拌合前将这部分土人工配合机械开挖翻到能拌合的地方，拌合后用回填到老地方，用蛙夯进行夯实。

4.3.4、YTG固化土的平整、碾压

当掺有固化剂的混合料拌和均匀后，立即用D85推土机进行平整，在直线段，推土机由两侧向渠道中心进行整平；在平曲线段，推土机由内侧向外侧进行整平。使用履带D85推土机先初压一遍，再用装载机拖带木耙（梯子）携带适当载重将混合拌料进行来回刮平，局部边角人工整平，避免作业过程中混合料出现粗、细料骨料离析现象。

整型后的固化土应在最佳含水量时进行碾压，由于当时气候干燥，整平后发现固化土表层含水量不足，用一台小型洒水车进行及时洒水。

用振动碾YZ16静压一遍后，经现场试验确定碾压遍数为静压6遍，取消振动碾压，避免了局部严重翻浆、“弹簧”、松散、起皮现象。直线段由两侧边缘向渠道中心进行碾压；平曲线段由内侧向外侧渠道边缘进行碾压。碾压时重叠部分应为1/2宽，后轮应超过两段的接缝处，并重复碾压不得少于4遍。碾压速度第一遍和第二遍的碾压速度应为1.5～1.7km/h,以后碾压速度宜为2.0～2.5km/h; 每层碾压后必须及时检测干密度，纵向每30m检测一个断面，每个断面分左、中、右三点取样检测。若局部质量不合格时，要及时返工处理。碾压成型的固化土结构层表面应无明显轮迹，其压实度达到94％。在碾压结束前的终平应仔细进行，并将局部高出部分刮除并清理，对小部分低洼处不要进行找平。