运动场土壤固化技术.doc

运动场土壤固化技术的运用
在我国，由于经济的原因，存在大量土运动场，尤其是学校的土操场，即影响教学，又是制造扬尘天气的重要祸源。为配合市环保局提出的全市大、中、小学校治理土操场扬尘的问题，我与有关部门合作开发研制了改造学校土操场，抑制其扬尘的施工工艺技术。
　　该技术利用土壤固化剂，对操场原有土质进行固化处理，从而达到既抑制扬尘，又可暂时满足学校体育活动的要求。同时固化剂用于铺设人造草皮的基础处理，更具有耗材少、不污染环境、施工周期短、价格低廉的优点，该项技术是降低改造学校土操场施工成本的最佳选择。
　　一、 固化剂特点：
　　1． 固化剂适用于各种土质条件的表层、深层土壤的改良加固。
　　2． 固化强度可以任意调整，满足不同土木工程要求。
　　3． 早期达到的固化强度效果具备了以前其他施工法所不具备的优点和特征。
　　4． 在土体固化方面有独特功能和优势，其耐久性与水泥相同。
　　5． 具有很高的性能价格比可降低工程造价10%－30%，高效低耗，节约能源，节省资源。
　　6． 无毒无公害无污染，是理想的环境保护产品。
　　二、 固化剂地基加固原理和效果
　　固化剂中的水分调节剂能与水分形成氢键和其他化学键，对水有很强的吸附作用，利于土壤稳定固化。
　　固化剂中含有微晶核，通过晶格配位，在土颗粒空隙中生成针状结晶体，填充土体缝隙，形成骨架结构。
　　固化剂中高分子材料通过交联形成三维网状结构，提高土壤抗压、抗渗、抗折等性能指标。
　　通过固化剂中的固化成分与土粒子的化合、凝结等反应，使得多余水分被排除，剩余水分参与固化反应，使土壤得以稳定固化。
　　对于粗粒土壤而言，由于固化成分的固化作用而使土体稳定加固。对于高含水量的细砂土壤而言，由于土壤颗粒成分少，空隙水多，大量针状结晶体的生成，使其形成稳定的骨架结构。对于污泥和有机质土壤这种待加固现象，水泥、石灰都不能达到满意的结果，性能优良的固化剂能够提高其强度，各种固化剂配合适宜于污泥等非常土质的添加剂用作软弱地基的改良材料，土体总的多余水分被排除，剩余水分参与固化材料的固化作用，可以得到添加量少而强度高的优良固化效果，同时固化材料与土壤中的有机成分形成水化反应，没有不固化现象。固化剂还可固化工业废弃物、垃圾、有机质污泥等，防止有害特质析出。
　　三、 固化剂特性
　　1． 固化剂种类、产品
　　要按照需要加固的对应土质区分正确选用固化剂，如高有机质土，火山灰质粘性土、污泥等，宜采用对应的固化剂产品系列。
　　2． 固化剂的加固特性
　　（1） 快干效果
　　由于和土颗粒结构成分中水的发热反应，使土壤中的含水量降低，同时粘土颗粒凝结团料化，改善了土壤的稠度，也增大了密实效果。
（2） 早期强度效果
　　由于以发热反应为主的自硬性成分有效地发挥作用，可以确保早期强度，即使在低温状态下也能产生较之原有固化剂优良的效果。
　　（3） 膨胀、压实效果
　　由于（1）、（2）的效果和膨胀吸水作用、自硬作用同时进行，也增大了改良土壤密度和满意的压实效果。
　　（4） 长期稳定效果
　　由于（1）、（2）、（3）的效果和活性混合材料的反应充分而耐久，确保了固化剂的长期稳定性。
　　（5） 作业效果
　　由于（1）、（3）的效果，与原有水泥系列固化剂相比，可以与高粘性土充分搅拌均匀得到满意结果。同时可固化工业废弃物、有机质污泥浆、防止有害物质析出。
　　（6） 固化剂与水泥、石灰等的区别
　　水泥发生的强度主要是与砂石胶结而固化，使用水泥加固软弱土壤效果很差，对于高含水量土壤，容易干燥收缩产生裂缝。
　　使用石灰加固软弱土壤，能产生排水反应和一定的改良效果，但整体固化强度小。
水泥、石灰都由于土壤中腐朽植物的有机酸防碍水反应而不能固化。性能优良的固化剂可以提高软弱土壤强度，达到水泥、石灰都不能达到满意的结果。
　　四、 固化剂对环境的影响
　　固化剂无毒无公害无污染，对生态环境无副作用，不会影响植物、动物的生长。
　　用固化剂加固改良土壤的浸泡水种植植物，植物仍可茁壮的生长；饲养鱼类，鱼类仍能健康的生活。
　　五、 固化剂强度的发展规律（与龄期的关系）
　　固化剂固化土壤强度等性能指标的增长是长期的，一般规律是前期增长较快，后期增长较慢。
　　实验中发现龄期3日的强度是龄期28日的强度的60%－70%，一般试样采用3日养生期。
　　砂质土的最终强度较之粘性土大，即使养生期短也具有良好的结果。
　　六、 温度的影响
　　冬季施工时，发现初期强度增长缓慢，所以有必要按比例增加固化剂及添加剂。
　　对于深层土壤改良的场合，由于地下温度恒定，不受地表部分的影响。
　　七、 土壤加固后的防水性能
　　土壤经固化剂加固后，防水性能可大大提高，固化剂防水性能与强度的关系成正比。
　　八、 固化剂用途
　　1． 铁路路基加固
　　2． 公路路基加固
　　3． 水利工程
　　4． 环保工程
　　5． 市政建设
　　6． 软弱地基加固
　　7． 护坡、护堤、护墙等加固工程
　　8． 地下旋喷桩、粉喷桩、隔水墙
　　9． 成型构件
　　10． 海港、码头等基础地基加固
　　11． 污泥处理
　　12． 防止打桩机、吊机等颠覆地基加固
　　13． 涵洞、桥梁等基础地基加固
　　14． 防止路堤滑动
　　15． 体育设施
　　16． 防止冻胀
　　17． 等等
　　九、 固化剂地基加固及施工机械
　　1． 表层加固施工法
　　表层加固施工的步骤为：散布、摊铺、搅拌、碾压。
　　施工机械为：
　　A、 土体拌和机
　　B、 反铲式挖土机
　　C、 超强土体拌合机（超软弱地基处理用）
　　D、 浮舟式污泥处理机（超软弱地基处理用）
　　2． 深层加固施工法
　　A、 注入搅拌施工法
　　泥浆式：J S T、S MW施工法
　　粉体式：z DJM施Xi法
　　加固直径：0.5－1.0米
　　加固深度：0－30米
　　B、 高压喷射搅拌施工法
　　JSG施工法
　　加固直径：1－2米
　　加固深度：0－30米
　　（二） 固化剂施工方法的选定
　　固化剂地基加固施工法有现场施工规模、施工目的、土质条件、成本、加固深度等条件综合考虑决定。
　　1． 现场规模
　　（表层加固）
　　大规模??地基加固专用机械??稳定土体拌和机械及各种深层加固施工法等。
　　（表层加固）
　　小规模??反铲式挖土机等通用机械。
　　（深层加固）
　　大型机械不允许，施工机械高度不能确保时??钻机类型的小型机械。
　　2． 施工目的
　　A、 临时使用
　　B、 重要的加固
　　C、 要求处理土体的防水性、连续性的场合－泥浆混合深层加固用SMW施工法
　　3． 土质条件
　　地基极其软弱无承载力，在拌和机等施工机械不能操作的场合，可考虑选用超湿地拌合机，浮舟式污泥处理施工法等。
　　4． 加固深度
　　表层加固适用于0－1.5米。进一步加固厚度要求高的场合，可挖掘后将待加固土壤一边层状取出一边施工。
　　5． 成本
　　成本与处理规模的关系较大，一般深层加固的费用比表层加固费用高。
　　十、 固化剂施工法与传统施工法的比较

　　固化剂施工法与传统施工法的比较见下表：

固化剂施工法
传统施工法
强度
3天
34kg/cm2
6－9kg/cm2
7天
38.9kg/cm2
6－9kg/cm2
28天
46.3kg/cm2

稳定性
-30度－80度温度下状态稳定
北方冬天龟裂
春天翻浆
夏天渗水
维修费
坚固耐用
不用维修
长期使用
年年维修
运  费
  很少
  只需运输固化剂
  很多
  需运输粘土粗砂
  石灰沙砾矿盐水
工  期
  早强效果在施工
  中只需短期养生，
  便可继续施工
  必须有3－7天养
  生期才能进行下
  一步施工工序
工程效益
节约费用10%－30%
100%
    　　十一、学校土操场土壤固化技术实验报告
　　1、 实验目的
　　根据市政府，奥组委对北京市环境治理的总体要求，未来两三年全市中小学操场、运动场将进行"雨天能排水，刮风不扬尘"的技术改造。我利用高性能土壤固化剂解决全部中小学操场、运动场改造工程中的土壤固化问题。
　　2、 实验设备及仪器
　　电子天平（分度值lg）
　　水泥胶沙搅拌机
　　震动台（功率0.55 kw）
　　Ф5×5压制成型
　　液压式万能试验机
　　3、 实验材料
　　AS-B-1土壤固化剂
　　北京丰台云岗粘性土壤
　　4、 实验过程
　　将不同组掺量（4%，7.5%，8%，10%，13%，15%）的固化剂AS-B-1与工程土样搅拌均匀再加一定量的水后（按最佳含水量加水），准确称取196g,填入Φ5×5试模中，压制成型，每组九个。在20°C±2°C的温度下标养，提前一天浸水。用液压式万能试验机测试其3d，7d，28d抗压强度。

5、 实验结果
试验
编号
试验
土样
固化剂
AS-B-1
加 水
量
抗压强度（Mpa）
试块
形状
3d
7d
28d
10
96%
4%
225
0.83
2.16

Φ5×5
11
92.5%
7.5%
235
1.04
2.86

12
92%
8%
250
1.24
3.32

13
90%
10%
250
1.63
3.88

14
87%
13%
260
1.98
5.03

15
85%
15%
270
2.34
5.77

　　6、 实验结论
　　根据实验结果来看，随着固化剂的掺量增加固化土的强度增强。同组掺比中，随着龄期的增加强度随之增强。
　　通过试验结果可以得出：高性能土壤固化剂完全能够达到工程要求。因此在8%以上的掺比状态下操场、运动场固化效果将大大提高。