化学加固法在黄土地区高速公路中的应用
王生俊
(兰州大学资源与环境学院, 甘肃兰州 730000)
摘 要: 该文介绍了硅化黄土的加固机理,阐述了黄土地区高速公路路基的主要病害形
态,并通过对宣化至大同高速公路因黄土湿陷产生路面沉陷病害的化学注浆加固的治理,以
及工后加固效果的试验对比,说明化学加固技术对于黄土地区高速公路病害治理的可行性,
从而为黄土地区高速公路修建时湿陷性路基的处治,以及公路运营后的病害治理提供参考。
关键词: 岩土胶结剂; 化学加固; 黄土地区; 高速公路; 病害治理
1 前言
我国黄土主要分布在黄河流域及其以北各省,以
黄河中游(山西西部、陕西、甘肃的大部分) 发育最好、
地层最全、厚度大、分布连续。黄土在天然含水量时往
往具有较高的强度和较低或中等偏低的压缩性,但遇
水浸湿后,其物理、力学性质急剧变差,有时即使在自
重作用下也会发生大量沉陷。
在黄土地区修建高速公路如果对路基处理不当,
公路运营后则会出现路面沉陷变形、路堤崩塌、滑坡、
冲蚀等多种病害,从而威胁到过往车辆的安全,也增加
了日后公路养护的费用。在这些公路病害治理中,化
学加固的方法与其他加固方法相比,具有对交通影响
小,占地面积小,工期短,施工设备和工艺简单,施工中
产生的噪音和振动对环境影响小等许多优点,在黄土
地区高速公路病害治理中常常被运用,并取得了良好
的加固效果。
2 黄土化学加固机理
将化学和岩土工程相结合已有很长的历史,但到
最近才开始提到理论的高度,形成了一门新的交叉学
科———岩土工程化学。黄土化学加固的实质是通过注
浆、搅拌、掺混并加压等多种手段使黄土与化学材料发
生反应或化学材料自身反应,生成物将松散的黄土胶
结起来,达到增加黄土土体的强度和水稳定性,消除黄
土的湿陷性等目的。黄土的化学加固材料有不同的名
称,通过注浆处理黄土土体时一般称为浆材;用于土体
的表层加固时,则有固化剂、胶结剂等其他名称。其
实,无论何种化学材料都是通过一定的手段与黄土(黄
土土体或土料) 混合后,依据各自的机理发生一系列物
理化学反应,最终形成凝胶物质,将黄土胶结起来逐渐
硬化成为加固黄土或称固化黄土。常采用的化学加固
材料有水泥、水玻璃、碱液氨气和高分子材料等。下面
简要介绍硅化黄土的加固机理。
黄土的硅化加固是一个复杂的化学过程,其作用
原理简单地说就是硅酸钠溶液通过注浆管被压入黄土
层后,与黄土中的钙、镁离子等发生交换反应,生成新
的胶结物质,从而达到加固目的。
已有研究表明:在灌注水玻璃浆液的过程中,生成
的硅酸凝胶能立即加固黄土,但并不影响其渗透性,这
一特殊的性质使黄土的硅化灌浆加固成为可能。