土壤固化剂应用技术规程

总则1.0.1在长期土壤固化工程中，水泥、石灰等传统土壤固化材料不足之处逐渐显现出来，已满足不了工程建设发展需要。以石灰为固化材料的固化土强度发展缓慢，往往会影响施工进度，且当掺量超出一定范围后，强度会下降，因而无法用于固化土强度要求高的工程。石灰固化土干缩大、失水易开裂、浸水易软化、水稳定性差。以水泥为固化材料的固化土干缩和温缩较大，易开裂，引起无侧限抗压强度、抗渗、抗冻、抗冲刷性能下降。此外，水泥不适用于固化塑性指数较高的黏土、膨胀土、有机土及盐渍土。20世纪50年代，土壤固化剂作为一种新型的土壤固化材料开始兴起，土壤固化材料也由简单的无机结合材料发展成复杂、综合的多种类型化学物质。土壤固化剂比水泥、石灰等传统土壤固化材料具有更好的性能和经济效益，适用于加固各种土壤，被广泛用于各类路基、地基以及深层土壤加固工程中。20世纪80年代我国开始引入国外高性能土壤固化剂，并受到了许多研究者的青睐，国内先后已有多家科研院所、高校和企业开展了该项技术的研究。目前，土壤固化剂在公路、铁路、水利、建筑等工程中广泛使用，取得了较好的社会、经济、环保效益。随着社会发展和公共服务设施建设的加强，中国公路和市政道路的建设任务逐年增加，加上当前建设节约型社会的倡导，土壤固化剂的研究和应用日益得到重视。土壤固化剂正朝着产品多样化、成熟化的方向发展。由北京市市政工程研究总院主编的《固化类路面基层和底基层技术规程》CJJ/T80-98已于住建部公告建标[2008]104号废止。目前，我国尚未出台新的相关标准来规范土壤固化剂的应用，土壤固化剂的应用只能参考《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ1-2008、《城镇道路路面设计规范》CJJ169-2012、《城市道路路基设计规范》CJJ194-2013等相关标准，应用受到较大程度地限制，因而迫切需要编制专门用于规范土壤固化剂应用的技术标准，以规范土壤固化工程质量，推广土壤固化剂技术应用。1.0.2本标准属于城镇道路建设的范畴，只规范了土壤固化剂在新建、改建和扩建各级城镇道路路面工程的设计、施工及质量验收。除本标准规范的道路路面工程外，土壤固化剂还可应用于铁路、水利、建筑等工程，尤其在土质改良、乡村道路、土建建筑、防渗结构的施工中有广泛应用。在本标准未规范的应用领域，土壤固化剂的使用应基于相关工程经验，进行合理设计，确保满足设计要求。

2术语2.0.3~2.0.5为协调行业产品标准《土壤固化外加剂》CJ/T486和即将发布的行业产品标准《软土固化剂》的关系，本标准根据使用方式把土壤固化剂分为A类和B类。A类土壤固化剂需要与无机结合料复掺使用，为液体或粉体，其主要对应《土壤固化外加剂》CJ/T486的所规定土壤固化剂；B类土壤固化剂可单独使用，为粉体，不与其他无机结合料复掺，其主要对应《软土固化剂》中规定的土壤固化剂。A类土壤固化剂属于外加剂，掺量小，目前工程上常用的A类土壤固化剂主要包括表面活性剂型和水化促进剂型，皆需要无机结合料配合使用。表面活性剂型通过改变土壤颗粒表面活性提高土体的密实度，无机结合料通过化学反应固定此密实结构，从而大大提高土体的承载力和水稳性。而水化促进剂型，则是通过提高无机结合料的水化速度和水化程度，来提高土体的综合性能。B类土壤固化剂属于无机水硬性胶凝材料，掺量大大高于A类土壤固化剂，可单独固化土体。从本质上，B类土壤固化剂更接近于“优化的水泥”的概念，即通过不同原材料的有效配合，调整无机胶凝材料的反应速度和程度，改变水化产物的微观结构，从而提高土壤固化剂对特定土体的固化效果。2.0.6固化土混合料又称为稳定土混合料，为协调《土壤固化外加剂》CJ/T486和《软土固化剂》的关系，并突出“固化剂”，本标准统一称为“固化土混合料”。2.0.7固化土又称为稳定土，为协调《土壤固化外加剂》CJ/T486和《软土固化剂》的关系，并突出“固化剂”，本标准统一称为“固化土”。

3材料3.0.1土壤固化剂根据使用方式可分为A类和B类。B类土壤固化剂对应即将发布的行业标准《软土固化剂》，因此B类土壤固化剂的性能指标也应符合此标准的规定。由于《软土固化剂》尚未发布，因此本条列举了此标准中部分重要的性能参数。此外，还有其他类型的土壤固化剂如生物酶土壤固化剂等，可单独使用，但目前工程应用的案例较少，应经试验验证可行后方可使用。3.0.2土壤的有机质是指土中的各种动植物残体、微生物及由它们的生命活动所产生的物质的总和。有机质中含有胡敏酸和富啡酸，二者均有对矿物的分解作用。胡敏酸仅对钙离子具有敏感性，当胡敏酸含量较低时，对土壤固化效果影响不大。富啡酸与水泥矿物的吸附作用所形成的吸附层会延缓水泥水化的进程，在已生成的水化铝酸钙、水化硫铝酸钙及水化铁铝酸钙晶体中，富啡酸的分解作用使这些水化产物解体，破坏了固化土结构的形成，不利于土壤固化剂的固化作用。

4固化土配合比设计4.1一般规定4.1.1土壤根据颗粒大小可分为巨粒土、粗粒土和细粒土；细粒土根据塑性图分为粉土和黏土，根据有机质含量分为一般土、有机质土和有机土；特殊土根据成因、矿物成分、结构与一般土的区别，又分为黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土和冻土等。土壤固化机理可以概括为物理过程、化学过程和物理化学过程等三大过程。物理过程是指土壤固化剂在固化土壤时，土料经过粉碎、拌合和压实，土体的基本单元在外力的作用下彼此靠近，从而减少土体的孔隙率，增大密实度，降低渗水性，这种过程是可逆的，土体的强度受外界条件影响，该过程是任何类型的土壤固化剂在固化土壤时都必需的。化学过程是指在固化土壤的过程中，土壤固化剂自身的化学反应或土体与土壤固化剂之间的反应。物理化学过程是指土壤颗粒与土壤固化剂中各组分的吸附过程。由于土壤种类繁多、性质各异，因此在土壤固化前，必须了解土壤固化剂的性能和适用范围，通过室内试验，比选一种或多种土壤固化剂，选择合适的土壤固化剂及掺量，才能起到事半功倍的效果。4.1.2《土壤固化外加剂》CJ/T486规定土壤固化剂掺量与无机结合料掺量宜采用占干土质量的百分率表示，即将发布的《软土固化剂》则规定软土固化剂的掺量为掺入的软土固化剂与被固化土体的质量比，为统一两种不同的产品标准规定，简化设计及施工时的计算过程，本规范统一采用《土壤固化外加剂》CJ/T486对土壤固化剂或无机结合料掺量的定义。4.2固化土性能要求4.2.1固化土性能包括力学性能、耐久性能和变形性能。固化土的力学性能包括抗压、抗弯拉等，耐久性能包括抗渗性能、抗冻性能、耐干湿循环能力等，变形性能包括抗受力变形、体积变形等。当固化土用于道路工程时，通常以7d无侧限抗压强度作为技术指标，但不意味着强度满足要求就可以用于基层，若耐久性和稳定性不符合要求，仍不能应用于基层。通过实验数据汇总，把固化土等级按7d无侧限抗压强度分为一到三级。部分石灰基结合料如石灰矿粉结合料活性高，反应快，强度发展迅速，此类早强型石灰基固化土应按水泥基固化土的等级分级标准执行。其他石灰基固化土强度发展趋势可能与水泥基固化土相差较大，往往需要28d后甚至90d后才能达到各级水泥基固化土强度要求，此类固化土经专家论证可行后，可以28d强度或90d强度作为固化土分级依据。水稳性是评估土壤固化剂工程应用性能的一项重要指标，例如在地下水丰富的道路建设路段或者在地势较低的填方路基路段，地下水会通过毛细作用进入道路结构层内部，导致固化土的软化，甚至会引起开裂，破坏固化土结构，因此需要设置水稳系数评价固化土耐水稳定性。4.2.22016年5月28日，国务院印发了《土壤污染防治行动计划》,要求开展土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况，治理污染土壤，改善区域土壤环境质量，同时推进土壤污染防治立法，建立健全法规标准体系，加强污染源监管，做好土壤污染预防工作，强化未污染土壤保护，严控新增土壤污染，构建土壤环境治理体系。为达到国务院土壤污染防治要求，土壤固化剂产品和固化土本身不应成为污染源，本标准第3.0.1条所引用的标准已对土壤固化剂的重金属含量做出约束，而本规条也对固化土重金属浸出量做出约束，防止污染土给未污染区域造成二次污染。4.3固化土配合比设计4.3.1~4.3.5固化土配合比的设计应根据土壤固化剂种类进行调整当采用A类土壤固化剂时，若以水泥复合A类土壤固化剂固化土壤，可参考表4-1选择不同强度固化土的水泥基准掺量。表4-1固化土混合料水泥掺量选用表含水率（%）固化土强度掺量（%）（MPa）≤1515~1818~2121~241.0~2.01.5~2.11.8~2.52.2~3.02.6~3.52.0~3.02.1~3.12.5~3.73.0~4.43.5~5.13.0~4.03.1~4.03.7~4.94.4~5.85.1~6.7≥4.04.0~5.54.9~6.55.8~7.56.7~8.5注：其他无机结合料应根据实际情况调整掺量。固化土混合料配合比设计时，因无机结合料用量未定，无法确定固化土混合料的最佳含水率，而固化土混合料的最佳含水率又与基土的最佳含水率具有相关性，实际工程中使用的基土最佳含水率一般不超过24%，因此为提高配合比设计的可操作性，可根据基土最佳含水率，按表4-1选定水泥掺量。土壤固化剂配合比设计实例：1）基土性能测试，结果如下：基土液限为0.45，塑限为0.3，塑性指数为15，0.075mm过筛率为98%，含水率为5%，最佳含水率为18%，有机质含量为3.5%，pH值为6.8；2）基土为细粒土，选择A类液体土壤固化剂，厂家提供掺量为2‱；根据基土最佳含水率18.0%，选取基准配合比的水泥掺量为4.8%，另外两个配合比的水泥掺量为2.8%、6.8%。3）通过标准击实试验，确定固化土混合料最佳含水率分别为17.9%、17.1%、19.0%，则固化土混合料需额外加水（包括液体土壤固化剂）与干土的质量比分别为：13.8%、12.6%、15.4%。4）把液体土壤固化剂溶于3）中的额外加水，均匀喷洒于基土上，并拌合均匀，闷料一天，再掺入称量好的水泥，拌合均匀后压实成型及养护。5）第6d时应浸水养护24h，第7d时从水中取出，抹干试块表面后马上测定固化土7d无侧限抗压强度，分别为3.8MPa、1.8MPa、5.1MPa。6）根据经济性原则和设计要求确定设计配合比。B类土壤固化剂可固化含水率高于最佳含水率的基土，如软土、淤泥、工程泥浆等。当B类土壤固化剂固化上述类型基土时，可参照下列实例进行配合比设计：1）基土含水率为45%，有机质含量8.3%，pH值约为6.8。2）基土为细粒土，选择B类土壤固化剂，厂家推荐掺量为10%，选取基准配合比的土壤固化剂掺量为10%，另外两个配合比的土壤固化剂掺量为8%、12%。无需检测固化土混合料的最佳含水率。3）拌合均匀后成型及养护。4）第6d应浸水养护24h，第7d从水中取出，抹干试块表面后马上测定固化土7d无侧限抗压强度，分别为1.9MPa、1.2MPa、2.8MPa。5）根据经济性原则和设计要求确定设计配合比。当厂家无法提供B类土壤固化剂的推荐掺量时，可通过以下方式确定基准配合比：1）根据待固化饱和土含水率w挑选三个固化剂掺量w/20、w/10和w/5，并成型、养护及测试。2）得到的三个数据点，以二次多项式拟合得到的二次函数公式，并通过公式求得设计所需的土壤固化剂掺量，确定固化土基准配合比。

5固化土结构层设计5.0.2根据《城镇道路路面设计规范》CJJ/T169，在路面半刚性基层中，水泥稳定类材料性能要求相对较高，且水泥稳定细粒土不得用于特重、重、中交通的道路路面基层，其中不同交通等级的道路路面结构层7d无侧限抗压强度应符合表5-1的规定。根据《城镇道路工程施工质量规范》CJJ1的规定，不同道路等级的固化土路面结构层7d无侧限抗压强度应符合表5-2的规定。而固化土结构层属于半刚性基层，为保证施工质量，按水泥稳定类基层性能要求进行规定。表5-1不同交通等级的道路路面结构层固化土7d无侧限抗压强度路面结构层特重交通（MPa）重、中交通（MPa）轻交通（MPa）基层——2.5~3.5底基层≥2.5≥2.0≥1.5表5-2不同道路等级的道路路面结构层固化土7d无侧限抗压强度路面结构层城市快速路、主干路（MPa）其他等级道路（MPa）基层3.0~4.02.5~3.0底基层1.5~2.51.5~2.0本标准只对土壤固化剂在要求较低的道路结构层的使用进行约束，而在要求较高的道路基层，尤其是中交通、重交通和特重交通下的道路基层，由于应用的案例有限，本标准不对土壤固化剂的使用进行规范和约束。综上所述，不同道路等级和交通等级的路面结构层固化土7d无侧限抗压强度从严要求，并设定表5-3的规定。表5-3不同道路等级和交通等级的道路路面结构层固化土7d无侧限抗压强度路面结构层交通等级道路等级城市快速路和主干路城市次干路和支路7d无侧限抗压强度（MPa）基层重交通——中交通——轻交通—2.5~3.0底基层重交通2.5~3.02.5~3.0中交通2.0~2.52.0~2.5轻交通1.5~2.01.5~2.06固化土施工6.1一般规定6.1.1大面积施工前，应铺筑试验路段，长度宜为200m~300m，确定松铺系数、碾压方案及其他施工技术参数，以提高施工质量。6.1.2路拌法施工速度快，避免材料的二次运输，成本低，适用于大规模城镇道路建设和旧有道路改造，但混合料均匀性较不足，容易在拌合层底部产生素土夹层，影响施工质量。厂拌法施工安排相对灵活，施工作业面占用小，混合料较均匀，施工质量较好，但施工速度慢，有二次运输成本。因此，城市快速路和主干路的固化土结构层采用厂拌法施工，城市次干路和支路的固化土结构层采用路拌法施工。6.1.3从加水拌合到碾压终了的延迟时间对固化土的强度和干密度有明显影响。延迟时间越长，固化土的强度和干密度损失越大。实验证明，延迟4h后，固化土干密度损失可达8%，强度损失达到60%。6.1.4施工中建立安全技术交底制度，并对作业人员进行相关的安全技术教育与培训。依据政府有关安全、文明施工生产的法规规定，结合工程特点、现场环境条件，安排搭建现场临时生产、生活设施，制定施工管理措施，结合施工部署与进度计划，作好安全、文明生产和环境保护工作。装卸、撒铺及翻动粉状材料时，施工人员站在上风侧，轻拌轻翻减少粉尘，并配戴口罩或其他防护用品。施工现场采取防尘措施，并尽量降低噪音，对施工中的固体废弃物及时进行清运，避免堆积。6.2路拌法施工6.2.1路拌法施工工艺见图6-1。图6SEQ图\*ARABIC\s11路拌法施工工艺流程采用不同的土壤固化剂时，路拌法施工工艺的区别主要在于固化土混合料的拌合流程。当采用A类液体土壤固化剂固化时，施工工艺流程为场地准备、施工放样、摊铺土、液料拌合、粉料摊铺、粉料拌合、整形、碾压、养生；当采用A类粉体土壤固化剂或B类土壤固化剂时，施工工艺流程为场地准备、施工放样、摊铺土、粉料摊铺、粉料拌合、整形、碾压、养生。6.2.2下承层为路基时，宜用12t~15t三轮压路机或等效的碾压机械碾压3~4遍，碾压过程中，表面出现松散时应耙松、洒水并重新碾压，达到平整密实；下承层存在低洼和坑洞时，应填补、压实，并搓板和辙槽；下承层出现弹簧现象时，宜采用挖开晾晒、换土、掺石灰或水泥等措施处理。下承层抗变形能力越强，上层固化土碾压时越不容易产生裂纹。6.2.4松铺系数是固化土结构层施工中非常重要的参数，应先根据试验段得出。根据松铺系数，可以计算达到结构层设计厚度时松铺土的厚度。施工实践证明，重型压路机的最佳压实厚度在18cm～22cm之间。当压实厚度超过25cm时，底部压实度较难达到压实要求，需要多次碾压。机械施工时松铺系数一般在1.2左右，故松铺厚度不宜大于30cm。基土可采用摊铺机摊铺，或采用推土机摊铺、平地机整平。6.2.5A类液体土壤固化剂稀释比例可用基土含水率、固化土混合料最佳含水率、A类液体土壤固化剂掺量、基土干密度、固化土混合料最大干密度来计算确定。由于土壤固化剂水溶液容易在结构层表面流淌，所以一次喷洒不宜过多，宜分3~4次喷洒。多次喷洒可以使混合料中土壤固化剂更均匀。闷料能使液体土壤固化剂水溶液均匀吸附在土壤颗粒表面，显著提高使用效果。闷料时间可根据土质确定，细粒土应经一夜闷料，其他土可缩短闷料时间。根据固化土结构层的长度、宽度、厚度及固化土配合比，计算每包无机结合料和粉体土壤固化剂的摊铺面积，再确定摆放行数、间距和用量。当采用B类土壤固化剂时，无需摆放和摊铺无机结合料。当采用拌合机时，应根据施工结构层厚度的要求确定拌合深度，由两侧拌向中心，并达到固化底层。当采用旋耕犁、多铧犁和缺口圆盘耙或轻耙施工时，可采用一种或两种机械相结合的方法，将混合料拌合均匀、翻透，其拌合不宜少于三遍，且达到拌合颜色一致。未经拌合的基土将严重影响整体强度，造成固化土结构层局部软弱、弹簧、坑槽等，导致面层结构过早破坏，因此固化土混合料拌合层底部不能留有素土夹层。6.2.6固化土混合料中含有粗集料时，用平地机整形容易将粗骨料刮到表面造成离析、粗细集料窝、条带槽，且平地机来回刮平次数越多，离析现象可能会越严重，因此在平地机整形后，应用人工的办法来消除粗细集料窝、条带槽现象。薄层补贴容易脱落和被推移，导致其上层破坏，因此不能在表面光滑的低洼处填补新料。6.2.7在碾压过程中，施工接缝处应搭接拌合。工作缝和压路机“调头”处的处理宜按现行行业标准《公路路面基层施工技术细则》JTG/TF20执行。固化土结构层施工中，施工缝应垂直对接，不能斜接。碾压过程中，出现弹簧、松散、起皮现象时，应及时翻开重新拌合或用其他方法处理。6.2.8养生期长短应根据环境温度而定，当环境在20℃以上时，不宜少于7d；当环境温度在5℃~20℃时，不宜少于14d。7d是固化土结构层施工质量控制的一个关键节点，第七天应测试固化土7d无侧限抗压强度。在上承层施工之前，需要对现有施工断面进行清理并进行施工机械的调运、安装以及必要的层间处理，因此分层施工时养生期宜延长至上层结构开始施工前2d。6.3厂拌法施工6.3.1厂拌法施工工艺见图6-2。图6-2厂拌法施工工艺流程厂拌法施工工艺与路拌法施工工艺主要区别在于拌合方式，因此“施工放样”后到“整形”前的工序会有所区别。6.3.3拌合场应安置在地势相对较高的位置，并做好排水设施；拌合场地应平整并具有足够的承载能力；塑性指数小、含土少的砂砾土、级配碎石、砂、石屑等集料可用自落式拌合机拌合；加水量的计量应采用流量计的方式。6.