土壤加固技术及其发展

1.     土壤加固的概念

从技术角度看，土壤加固是指通过某种措施使土壤变得更加坚固、稳固和密实以满足工程建设的要求。土壤加固的主要目的是获得比天然土更高的强度、更好地整体性和抗渗性。

目前，常与土壤加固并举的另一个概念是土壤固化，二者往往被混同使用。一般来说，土壤固化指通过某种措施将散碎状的土壤固结为具有一定强度的整体性固体物质，经固化处理的土可以称为固化土，固化土与自然图的最大区别在于整体性与散碎型的区别。实际上，虽然土壤加固的一部分内容属于土壤固化，但是，土壤加固的一部分内容属于土壤固化，但是，土壤加固的外延显然要大于土壤固化。土壤固化也往往被称为土壤稳定，主要原因可能是来源于英文“Soil Stabilization”的直译。从字面理解，土壤固化强调的是加固的坚固性和密实度，而土壤稳定强调的是加固的稳固性，意义上有所差别。英文的“Soil Stabilization”在很大程度上是指降低膨胀土的胀缩变化，强调加固的稳定性。就此而言，“稳定”的含义是准确的。对于以获得坚固性和密实性而非稳定性为主要目的的土壤固化，使用土壤稳定的提法并不准确。长期以来，土壤加固、土壤固化和土壤稳定的概念混乱，不利于技术规范化和相关规程的制定。在此，提出土壤加固、土壤固化和土壤稳定概念的外延关系：土壤加固包含了土壤固化和土壤稳定的内容，而土壤固化和土壤稳定又有交叉重叠的部分。

2.     土壤加固技术的由来与发展

2.1机械力加固

土壤加固是一个古老的课题。早在远古时代，人类先民最早的建筑活动就涉及土壤的加固。最简单的加固方法就是物理夯实，以使含水率适当的粘土、粉土紧密结合而产生强度。最典型的代表是中国古代的版筑技术。该技术的基本方法是在夹版中填入泥土，用杵夯实。

打桩法是通过振动、冲击作用将桩四周的土壤压密和挤密，达到加固的目的。压实是加固土壤的基本手段，也是其他土壤加固方法中几乎不可缺少的环节。

2.2热处理加固

陶瓷技术是固化土壤的一种特殊方法，有其自身的特点，与一般意义上的土壤加固不同。

现场焙烧法是在不破坏土工建筑物或建筑物地基整体性的条件下，通过设在土体内的沟槽、平洞、钻孔，利用燃烧物产生的高温使粘土的塑性消失，变为像砖一样的半岩石类土，从而提高土体的强度、耐水性和抗冻性。因此可利用现场焙烧法加固土工建筑物和地基。

2.3化学加固

2.3.1三合土

石灰的使用是古代建筑材料和建筑技术的一次重大飞跃，它是水泥发明之前最广泛使用的胶凝材料。古人将石灰、碎石（或细沙）加入粘土中混合压实，可以获得较好的固化效果，俗称三合土。

2.3.2现代的土壤固化剂

在当今建筑和道路交通领域中，应用最为广泛地土壤固化方法是在常温下掺加化学土壤固化剂来满足工程建设的要求。这些土壤固化剂可以分为两类：钙基类固化剂和非钙基固化剂。

1）钙基类固化剂。钙基类固化剂是目前使用最广泛的传统固化剂，主要有石灰、水泥、粉煤灰、矿渣、水泥窑灰以及其他石灰类产品等。其中在路用固化材料中以石灰、水泥和粉煤灰最为常见。

2）非钙基固化剂。非钙基固化剂作为一类新型土壤固化剂近几十年来发展迅速，方兴未艾。

在这类固化剂中，常见的有如下3类：离子型固化剂，酶类固化剂和聚合物固化剂。

2.3.3沥青加固

沥青加固土有热拌与冷拌之分，热拌法由于常常需要加热土壤或（和）沥青而受到限制。冷拌法则是用液体沥青加固未加热的土壤。

2.3.4盐溶液加固

含盐量较高的土壤，即使不掺加固化剂，重塑后再干燥状态下由于盐分的胶结作用也会具有较高的强度。因此，工程中采用盐溶液稳定土壤的方法。

2.4加筋加固

加筋加固是在土中加入筋带、钢筋、纤维、网状材料等增强筋材而形成土与筋的复合体，借助增强筋的抗拉强度以加强土壤的稳定性。人类很早以前就在自发地利用加紧技术加固土体；仰韶文化遗址中就发现用草泥修筑的墙壁和屋顶；在粘土泥浆中加入铡断的稻草或其他植物秸秆制作土坯，这种技术在我国农村中至今还在沿用；甘肃玉门一代，还保留用砂、砾石和红柳或芦苇叠压而成的汉代长城。1963年，法国工程师Henry Vidal提出了加筋土的概念及其设计理论，开创了现代加筋土技术的先河。我国于20世纪70年代后期开始引入现代加筋土技术，1979年在云南田坝矿区简称了我国第一座加筋土挡墙。20世纪50年代，土工合成材料开始应用于岩土工程中，加筋土技术获得进一步发展。

加筋加固的概念比较宽泛，即以所加之“筋”而论，粗至钢筋、土钉、锚杆和桩，细至现代的各种纤维。纤维加固土对于解决现在土壤固化中普遍存在的因收缩变形而引起的开裂问题具有重要意义。

2.5注浆加固

3.     土壤加固技术的研究热点

1） 强夯法的加固机理。强夯技术被广泛应用于处理碎石土、砂土、粉土、湿陷性黄土以及杂填土等，但是其加固机理仍需进一步研究，特别是对于饱和粘土，尤其是淤泥质土壤的加固选在较大争议。

2） 新型非钙基类土壤固化剂的作用机理。新型非钙基类固化剂，特别是近年来备受关注的离子型固化剂，具有广阔的应用前景，对于道路工程尤其具有技术优势，但是其作用机理难以得到更加广泛和更加透明公开的研究，在一定程度上制约了该技术的应用和发展。

3） 土工合成材料在土壤加固中的应用及其加固机理。土工合成材料作为一种新型的岩土工程材料，在近几十年来获得了长足的发展。这种新材料在土壤加固中的应用可望解决现在道路工程中使用半刚性基层引起的路面开裂问题。

4） 注浆加固技术的新发展。如何保证土体固结的均匀性仍然是该技术需要解决的问题。

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