(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*10-8cm/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15MPa， 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
往复锯片
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=γbNH3/(fcosα-sinα)3/(Sr-1)3
其中：W---护坡块体重量（吨）；
γb---块体材料的容重（吨/米3）；
Sr=γb/γ ---块体材料的容重与水容重之比；
H---设计波高（米）；
α---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土豆炮点火装置。 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。 | 图2 益阳烂泥湖垸大堤护坡断面图 |
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淀粉加工
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。 口袋领域 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 |
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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》[2] SDJ207-82；固化土料，主要依据《土工试验方法标准》嵌入式软件开发[3] GBJ123-88，《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
