土壤固化技术

马天水

大庆油田采油二厂

土壤固化技术

马天水

大庆油田采油二厂

油田道路的设计使用年限一般为15年，近几年发现，由于各种不利因素导致很多新建道路七、八年就会出现一些翻浆和裂缝等现象，甚至个别路段在建设后第二年就需要维修。土壤固化剂与土壤混合后发生物理化学反应，能快速而显著地改变土壤的工程性质。传统常规道路基层为20 cm厚的二灰碎石，概算价格为42.9元/平方米；同等厚度10%固化土基层概算价格为37.29元/平方米，且使用固化土道路因为水稳性比较好，可以减少底基层二灰土的厚度，同时减少土培路肩量。综合计算每千米道路造价降低6.54万元。

固化剂；水稳；井排路；二灰碎石

1 井排路现状及存在的问题

截至2013年底，大庆油田采油二厂各类油田道路总里程1 521 km，砂石路和土路占很大比例，约为88.5%。其中，土路1112 km，砂石路234 km，沥青路175 km。2008年至2013年期间产能工程共新建土路110 km、砂石路13 km，改造砂石路、沥青路18 km；老区改造项目平均每年大修16 km，新建1 km。道路等级偏低、大型车辆多、交通量大，雨天又不能禁行，导致大部分砂石路、沥青表处路及部分结构较差沥青砼道路严重破损，使用期限缩短，很多路段雨季根本无法通行。

虽然近两年道路大修投资有所增加，路况有所改善，但由于道路整体基础差，长期存在严重超载问题，维修养护工作欠账太多，致使部分沥青表处路及由砂石路改造而来的沥青砼路年久失修，破坏严重，无法正常使用。

井排路存在的问题主要有：一是连续不间断产能建设施工对道路的破坏非常严重；二是由于投资紧张等原因对道路系统的恢复大修投资很少；三是平常养护维护工作跟不上损坏老化的速度。基于以上原因，道路系统形势仍将十分严峻，压力将继续增大，急需维修的道路数量将逐年增加。

油田道路的设计使用年限一般为15年，近几年发现，由于各种不利因素导致很多新建道路七、八年就会出现一些翻浆、裂缝等现象，甚至个别路段在建设后第二年就需要维修。随着近几年石灰、水泥、石子、砂等材料市场价格直线上升，道路造价也越来越高。相继使用了旧路料利用、道路冷再生等新技术，在一定程度上有效地降低了建设成本，但是道路总体质量未见明显提升。

2 技术原理与参数

土壤固化理论始于欧洲建筑业。近年来，土壤固化技术在国外土木工程、高速铁路、高速公路及环境保护等领域得到应用，取得了良好的效果，被美国工程杂志评为20世纪人类伟大发明之一。因目前我国尚无国家标准规范，只有参考浙江省地方性工程建设标准DB33/T1052—2008土壤固化剂加固道路路基应用技术规程。

2.1 技术原理

土壤固化剂与土壤混合后发生物理化学反应，能快速而显著地改变土壤的工程性质。它可将土壤中大量的自由水以针状结晶体的形式固定下来，改变土壤胶团表面电荷，降低土壤颗粒间的排斥性。土壤固化剂和土壤化学反应生成的新物质体积膨胀后改善土壤中的孔隙，建立空间网状结构，形成较高强度的整体，致使处理过的土壤达到常规所不能达到的压密度。土壤固化技术对土壤有广泛的适用性，只要达到最大粒径不超过15mm及有机物含量不超过10%两个要求即可，且取材方便。

到目前为止最经济适用、采用最多的固化形式中无机类土壤固化剂占主导地位，特别是这类固化剂可以有效地固化石灰、水泥及工业废渣等以作建筑材料。无机类土壤固化剂与水发生反应，水化生成的胶凝物质与土壤中的活性成分互相交错，增加土体颗粒黏结力，并填充固化土体内部的空隙，使固化土体体积发生一定程度膨胀，产生内应力，从而提高了固化土体的抗冻性能、抗渗性能、防腐蚀性能及耐疲劳性能。

2.2 技术参数

从强度性能看，掺入比为6%时就能有效地固化淤泥；掺入比提高至8%，固化效果将提高25%～35%。淤泥改性土用于工程实际时，根据淤泥中有机质含量及含水率不同，固化剂的掺入比范围为6%～8%，改性后淤泥的抗剪强度指标：凝聚力≥50kPa，内摩擦角＞25°，渗透系数达6～10 cm/s。

在道路工程中，固化土与传统道路基层二灰碎石最重要的参数是抗压强度，将7天龄期和28天龄期的抗压强度进行对比发现，固化土无侧限抗压强度明显高于二灰碎石。

2.3 应用特点

鉴于大庆油田处于严寒地区且土质道路多，水稳性不好等特点，如采用固化剂固化路基，提高基层密实度的同时，可以加强基层的强度、回弹模量、弯沉值、加州承载比及抗剪强度，从而延长道路的使用寿命。

寒区道路的重要指标是抗冻融性，将固化土与二灰碎石进行了对比，结果见表1。

表1 固化土与二灰碎石抗冻融性对比

3 应用

2005年分别在南8—2站进站路、南四东5#注入站进站路和南6—5站进站路等道路大修中将固化土与二灰碎石作为沥青砼或沥青表处路面基层，经过8年的使用，目前状态良好。

在2013年度的老区改造道路系统大修工程中，计划对南6—2排井排路、南7—2排井排路、南6-丁3排井排路这3条道路使用固化土技术进行改造，使用20 cm厚10%固化土代替原技术标准的20 cm厚石灰粉煤灰碎石。其中南6—2排井排路全长2.89 km，南7-2排井排路全长4.07 km，南6—丁3排井排路全长1.7 km。结构均为4 cm沥青碎石+20 cm10%固化土+20 cm二灰土。相比较传统工艺的二灰碎石基层，2013年道路系统大修预计将节省投资17万元。

4 经济效益分析

传统常规道路基层为20 cm厚的二灰碎石，概算价格为42.9元/平方米；同等厚度10%固化土基层概算价格为37.29元/平方米，且使用固化土道路因为水稳性比较好，可以减少底基层二灰土的厚度，同时减少土培路肩量。综合计算每千米道路造价降低6.54万元。依照近几年道路大修每年长度为17 km左右计算，每年道路大修节约资金在100万元左右。

（栏目主持焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.061