YTG岩土固化剂在渠道防渗工程中的应用

□王玉珏（河南省黄河水利职业技术学院）

对于渠道防渗，我国先后采用过黏土、灰土、三合土夯实黏土锤打、砌砖、砌石及水泥土和混凝土等等。在防渗材料方面，研究和实践证明：石灰土和水泥土经济效益显著，但灰土早期强度低、收缩大，容易产生裂缝；水泥土防渗的主要缺点是水泥土早期的强度低、水稳定性和耐久性差，而且，两者对土料要求高，又有施工受气候、环境影响大。这一缺点已成为它们大面积推广的障碍。近年来，一种新型的胶凝材料YTG岩土固化剂的出现，彻底解决了传统石灰土和水泥土材料和工法中存在的问题。

1.YTG岩土固化剂应用于渠道防渗的可行性

YTG岩土固结剂是我国自行研制的一种新型粉状胶凝材料，属土体固结剂的新类型，它在固结机理上与国内外同类产品相比，具有独特的功能是高亲土性和使被固结土产生高耐水性能，它能激发各类被固结岩土和工业废渣中的矿物质的活性，使其成为工程实际所需求的材料，它能够使被固结土体具有较高的早期强度和后期稳定增长的强度，它与土料结合产生的固化土的硬化过程比水泥土快得多，并且其固化土具有高水稳定性和高耐久性能，彻底解决了石灰土、水泥土耐水性差的问题。

近年来，YTG岩土固化剂在黄河南岸乡村道路 （及基层）、汾河灌区渠底及护坡防渗衬砌、人工湖防渗衬砌、长江江心岛固砂、河南近100幢楼房建筑换土地基及桩基工程、建筑制品等中得到了大量应用。实践证明YTG固化土的各项力学性能指标远高于水泥土，其中，单轴抗压强度远高于水泥土，早期强度比水泥土增加得快，且后期强度稳定增长，耐水、耐久性远高于水泥土。因此，用YTG固化剂固结原土所形成耐水固化土代替水泥土应用于南水北调济平干渠防渗衬砌的实际验证必将对我国已建成渠道的防渗工程提供一条新的途径。

2.YTG固化土与水泥加固土原理的比较

YTG岩土固结剂，看起来像波特兰水泥，但不同之处在于它含有16%的21种无机化合物，称为YTG特种元素，这些特种元素对于展现YTG岩土固结剂独特的功能起着积极的作用。YTG具有很好的物理力学性能，与普通的波特兰水泥相比，其粒径是很细的，它能渗入普通的波特兰水泥所不能渗入的细小孔隙，裹住比砂小的土料。它与土掺合凝固后的抗折、抗压强高，透水率很低，几乎不渗水，而且，具有使劣质土产生再固结的良好能力。因此，岩土固化剂按一定的比例与土均匀拌和并压实后，由表及里的使被固结土产生增强作用，形成具有高强度、高耐水、体积稳定和高耐久性能的YTG固化土。

土颗粒与水泥搅拌压实成水泥加固土的基本原理与混凝土的硬化机理有所相似，混凝土的硬化主要是水泥在粗充填料（即比表面积不大，活性很弱的介质）中进行水解和水化作用，所以凝结速度快。而在水泥加固土中，由于土颗粒的比表面积大，水泥的掺入量相对很少，因而水泥土的强度低是必然的。而且，水泥的水解和水化反应是在与空气隔离的具有一定活性介质土（或饱和土）的围绕下进行的，所以，硬化速度缓慢。大量实验证明，水泥加固土强度增长的过程比混凝土缓慢的多，一般90d才具有特定的强度，其强度很低。至于粘土颗粒所带有的活性矿物质与水泥水化物的复杂作用对水泥土的增强可以认为是微乎其微的。因为，实践已证明，水泥固化砂性土的无侧限抗压强度大于固化粘性土，固化含有砂粒的粉土，其强度又大于固化粉质粘土和淤泥质粘土，而水泥固化的砂性土强度已经很低。同时，这也说明，水泥加固土基本原理与混凝土的硬化机理有所相似，其强度随被固结土的颗粒比表面积的增大而减小。

相比之下，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。并使YTG加固土的硬化过程比水泥土快的多，在与水泥常规掺入量相同时，28d能达到强度85%左右，其强度可达水泥土90d的2～3倍。

3.固化土防渗层施工配合比确定

3.1 基本要求

某输水工程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>1×10-6cm/s。固化土压实的允许最小干密度，必须经过固化剂和素土的击实试验确定。设计要求压实度为0.94。配合比按各渠段土料物理力学指标，经配比试验后确定。固化剂用量一般为素土干容重的8%～12%。

3.2 技术参数确定

试验测得：原土干容重为1.56t/m3，含水量为12.6%～32%，最优含水量为16.8%，原土最大干密度为1.70 t/m3。试验和计算分析确定：满足抗冻标号D25，允许最小抗压强度3.0MPa,渗透系数不应>1×10-6cm/s时，固化剂用量为原土干容重的8%。试验分析确定：固化土压实的允许最小干密度为1.71t/m3。

4.固化稳定土防渗层的施工

4.1 施工前的准备工作

一是土基上应布设中线。直线段每15～20m的长度内宜设标桩，平曲线段每10～15m宜设标桩，并在两侧边缘外每0.3～0.5m长度内宜设标桩；二是在两侧标桩上应设标记，并应进行高程测量，标出固化层边缘的设计高度；三是检测土中的含水量，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；四是应根据每段的长度、宽度、基层厚度、预定的干密度及岩土固化剂的配合比，计算岩土固化剂的用量；五是根据固化土的厚度和预定的干密度及固化剂的用量，计算每包固化剂的摊铺面积。再根据固化土的宽度确定岩土固化剂的行数、间距和用量。

4.2 路拌法固化稳定土的施工

4.2.1 松土摊铺

一是应事先通过试验确定土的松铺厚度，松铺厚度应等于压实厚度乘以松铺系数，每层不得>30cm；二是松土摊铺应在使用岩土固化剂的前一天进行。摊铺长度应根据从混合料拌和开始至碾压成型在一个工作日内完成确定。其摊铺、拌和及碾压成型每道工序应在岩土固化剂初凝时间之前完成。

4.2.2 岩土固化剂的摆放和摊铺

一是在摆放岩土固化剂之前，应检测土的含水量；二是按要求计算摆放岩土固化剂的间距；三是摊铺岩土固化剂时，每袋摊铺面积应相等，其厚度应均匀。

4.2.3 混合料路拌机拌和

一是当采用路拌机时，应根据施工固化土厚度的要求，确定拌和深度，由两侧拌向中心，并达到固化底层。每次拌和应有重叠和翻透，并不得漏拌，且固化类混合料拌和颜色应一致；二是当分层施工时，层之间不得留有未掺拌的“素土”平层。

4.2.4 整型

一是混合料拌和均匀后，立即用平地机整型；二是应采用履带拖拉机或轮胎压路机初压一遍，再用平地机进行整型；三是当采用人工整型时，应采用锹与耙，并应先将混合料铺平，再用履带拖拉机初压l～2遍后进行第二次整型。

4.2.5 碾压、成型

一是整型后的固化类混合料基层应在最佳含水量时压实；当表层含水量不足时，应先洒水再进行碾压；二是应根据固化稳定土宽度和压路机的轮距的不同，制定碾压方案；三是应先用120kN及以上的三轮压路机碾压一遍，再用重型轮胎压路机或振动压路机进行碾压。直线段应由两侧边缘向中心进行碾压；平曲线段应由内侧向外侧路边缘进行碾压。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。碾压成型的固化土结构层表面应无明显轮迹，其压实度应达到95%；四是压路机的碾压速度，第1遍和第2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；五是碾压过程中，当出现“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时采取处理措施；六是，在碾压结束之前，应采用平地机最后一次整型。终平应仔细进行，并应将局部高出部分刮除并扫出；对局部低洼之处，不应进行找补。

4.2.6 施工接缝处处理

一是在碾压过程中应对施工接缝处进行处理。施工接缝处，应搭接拌和。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未碾压段添加岩土固化剂重新拌和，与第二段相连一起碾压；二是末端缝（即工作缝）和“调头”处可按水泥土施工经验进行处理。

4.2.7 养护要求

一是固化稳定土碾压成型后，不应过湿或忽干忽湿。养护期不宜少于7d；二是固化稳定土成型后，其未达到强度要求之前3d，应限制水泡。

5.现场实测技术参数分析

通过实验室试验和现场施工检测，进一步证明：YTG固化土较水泥土早期强度增长快，且早期强度高，8%掺量的YTG固化土7d强度相当于16%掺量水泥土28d强度。YTG固化土较水泥土易于拌和均匀，采用路拌机拌和完全可以达到设计要求，施工简单。未经外加功能压实时，是一种处于松散状特的混合物，强度低，只有将固化土加压密实，使土粒紧密连接，才能保证固化土具有应有的强度。试验表明干密度每增加0.1t/m3，抗压强度就增加0.76～1.16MPa，由此可见，增加固化土的干密度可以大幅度提高固化土的强度。固化土固结反应能够在水和空气中硬化，彻底解决了常温下被固结各类岩土的水稳定性问题。

6.结论

一是固化土能够在水和空气中硬化，强度在28d内可达85%以上，这对工程安全及整个工程工期有着重大意义；二是固化土可以就地取材，施工方便、成本低、工期短；三是固化土与水泥土相同时，28d能达到强度85%左右，其强度可达水泥土90d的2～3倍；四是固化土的应用，具有良好的社会经济效益和生态环保效益。为渠道防渗工程提供一种新的可靠的材料和技术。