离子土壤稳固剂在流溪河整治工程堤顶公路的应用

1、离子土壤稳固剂在流溪河整治工程堤顶公路的应用(广州市流溪河流域管理委员会办公室)一、概述流溪河整治工程自1999年开始，到2001年底为止，已完成一、二、三期共长46.5km的堤防整治。新整治的堤段，堤面宽8.0m，两侧各有宽0.3m、高0.4m的砼压顶，实际堤顶路面宽度为7.4m。第一期工程路面采用厚15cm石屑加6%水泥；第二、三期工程直接在土堤面上铺筑10cm石屑。以上两种方法所形成的堤顶路面，经过近年来的使用，效果均不理想：一是解决不了晴天扬尘现象；二是承载力低，车辙明显，行车一段时间之后，路面开始出现凹凸、雨后积水；三是雨水通过石屑渗入堤顶土层，使表土稀软，在轮载作用下唧泥（石屑孔隙

2、中喷溅出稀泥），使路面逐渐出现泥泞。因此，这种堤顶路面需要长年维修，或者待堤身沉陷稳定后，改建成砼路面。然而，堤面采用砼路面，尽管强度和承载力高、路面平整、行车舒适、耐久性强，但造价高（在行车流量不大的堤段显得没有必要），而且它属刚性路面，往往掩盖了堤面的多种隐患，包括裂缝、跌窝及内脱坡形成初期的堤面征兆等，使之不易被发现，也难以及时处理。另外，也无法直接在堤面上进行锥探灌浆，消灭鼠洞、獾洞和蚁穴。因此，对堤顶修筑砼路面，要根据堤身情况和交通要求慎重对待。 为了解决今后流溪河整治工程堤顶路面的设计方案，在2001年10月，我办委托佛山市佛利建设工程有限公司试验采用离子土壤固化剂（ISS）修筑堤

3、顶路面（ISS溶剂由国际离子土壤稳固剂实业有限公司提供），试验位于流溪河整治第二期工程沙贝A段，长2.0km。试验段完成后，经公路检测部门检测，各项指标合格，而造价仅为砼路面(含基层)的40%左右，达到了预期的效果。回到主页二、ISS的土壤固化机理早在1959年，化学家雷诺便成功研制出一种利用现场土壤修路的新型土壤固化剂-ISS（Ionic Soil Stabilizer），从而使一种新的、低成本的、可以就地取材的筑路方法问世，从七十年代起，已在世界上数十个国家和地区广泛应用。1994年，水利部首次从澳大利亚引进ISS技术并在长江三峡工程的临时施工道路试用成功。1998年12月18日，水利部在

4、北京召开了新型高科技人工合成材料研讨会，正式向全国推广ISS离子土壤固化剂。近年来，该项技术已在多个省、市的水库道路和堤顶公路上拓展应用。土壤本身之所以不能形成坚固的路面，其主要原因在于土壤对于附着在其颗粒表面的水分有着异常顽强的吸附力。在雨天或潮湿天气，土壤颗粒表面会吸入雨水或空气中的水气而膨胀，土壤含水量增加而变得稀软；而晴天或天气干燥时，水分蒸发使土壤体积缩少而变得干硬，尤其是粘性土，人们形容为软时一团糟、硬时一把刀。这一涨一缩的反复变化是造成土路基破坏的主要原因。解决这一问题需对症下药，设法除去土壤颗粒中所含的水分和气体，而药则是ISS离子土壤固化剂。ISS是土壤颗粒和水分之间的第三者

5、，它加入到土壤之后，通过离子交换的化学反应把附着在土壤颗粒表面的水分子完全分离变成自由水，在压路机械压载的作用下，自由水连同土壤空隙中的空气大部分被排走，实现土壤的改性-固化过程，而且这种过程是不可逆的。换句话说，完工后的ISS路面，即使降雨后水分也难以再渗入土壤颗粒之中，土壤由原来的亲水性变为憎水性，只要ISS存在于土壤中，其作用就是长久性的。ISS的固化机理，如图1所示。三、ISS路面的优点与应用条件1986年10月13-17日，美洲国家组织在墨西哥城召开了第十五次泛美公路会议，专门研讨了ISS离子土壤固化剂在公路建设和堤身加固的应用问题，取得如下共识：1土壤经过ISS处理后，在碾压机械的

6、压载下，土壤颗粒间的水分和空气被排走，土壤颗粒紧密接触，相互作用力增强，不仅解决了土壤缩胀造成路面的破坏，而且路面可以压得更密实，显著增加了路面的承载力。土壤的回弹模量E值增加到400-600Mpa。2经过ISS处理后的路面，可用作低等级公路的路面层，对一般的堤防、水库的堤（库）面道路、进库公路、乡村公路、农场和林场道路、私人道路等因其费省效显，大派用场。若在ISS路面层之上，进行常规的沥青处理，可用于中级或次高级公路上。对高等级公路，ISS土层可代替用其它材料修筑的基层，以降低结构材料的厚度，节省工程费用。因为在ISS层上再铺上一层砼或沥青砼，可筑成优良道路。回到主页3ISS路面较砼路面施工

7、速度快，同样能做到经久耐用。很多经过ISS处理的道路，使用多年，仍不需要维修。因为适当的交通流量、适度的车载碾压，不但不会破坏经ISS处理的土层，反而会使其强度巩固和增强。4用高压注入技术向河堤中注入ISS，可以提高河堤的密实度和抗剪强度，破坏还原性有机物，消取孔洞和碾压不实的松软层。5ISS本身对人体、牲畜、植物和环境无任何毒副作用，属环保产品。尽管ISS技术有诸多优点，但并非处处适用，它有一定的技术要求。总结已有工程实践经验，结合我们的体会，用ISS修筑堤顶路面的必要条件如下：1ISS施工前，必须先完成河堤工程并碾压密实，并进行压实度K的检测。压实度K=r/rmax100%r-试验的干容重

8、（t/m）rmax-由击实试验得到的最大干容重要求在堤顶以下30-80cm的范围内，K93%；80-150cm的范围内，k90%。2在堤面上铺筑的ISS土，要经土工试验符合下列要求：（1）粘性土含量：通过75微米（0.075mm）筛的粉粒和粘粒含量，最少应占总量的25%，最佳效果在50%左右。若粘粒含量太高（肥粘土），可在土壤中渗入少量的砂粒，以增加路基的密度和承载能力，减少毛细管效应，增加道路的耐久性；（2）塑性指数Ip10（粘性土Ip的最小值）；（3）PH值小于7.5。3施工过程中，必须严格控制ISS土的含水量，使之达到最佳含水量。4施工条件好，堤面宽度大于6m，使路拌机、平地机、洒水车等

9、操作方便。5碾压机械要采用16t以上的压路机，以确保碾压密实。回到主页四、施工方法与经验体会试验段位于流溪河二期工程沙贝A段，长2.0km，起点紧接上堤公路。堤顶路面净宽为7.4m。经过反复比较，取土料场选定在从化市神岗镇的一处山包，运距13km。经土工试验，土料符合要求，其主要物理力学指标如下：1土样名称：含砂低液限粘土（CLS）2颗粒分析：d0.074mm土粒含量占总量的61.9%3最大干密度：1.86g/cm34液限W=47.9，塑限W=26.6,塑性指数Ip=21.35最佳含水量：15.2%试验段土堤表面铺筑松土厚度为27cm，压实后为18cm，施工分段进行（平均每公里分为三段）。IS

10、S的施用量为0.35L/m3，分三次施加。抗滑层用5-20mm石屑撒铺，用量为8-10kg/m2。主要施工机械为挖掘机、自卸车、路拌机、平地机、洒水车、压路机等。施工现场ISS路面简介见图2（a）。施工程序与方法：1自卸车运土至作业面，并把土摊平在堤面上，见图2（b）2用路拌机将土块打碎，使粒径小于2cm以下，并将土层平整达到预定厚度，树根杂物等必须捡出，见图2（c）。3配制ISS水溶液，见图2（d）。第一次加入量为总量的45%，ISS溶液与水的比例一般为1：200（视土壤含水量酌情增减），然后用洒水车将ISS水溶液均匀地洒在土层上，见图2（e）。4用路拌机将土与ISS水溶液充分拌和，然后再喷

11、洒第二次ISS水溶液（加入量为总量的45%），接着用路拌机进行第二次拌和，务必做到十分均匀。5用平地机按预定的厚度平整好路面，见图2（f），注意留好斜度，以便排走路面雨水。6用16t振动式压路机碾压4遍，使压实度k95%，碾压过程见图2（g）。7铺上5-20mm石屑（抗滑层），第三次喷洒ISS水溶液（加入量为总量的10%），然后用压路机碾压2遍。靠近砼压顶的地方，用夯锤夯实。8养护：完工后的路面，在第一周的早、中、晚各洒1：500ISS溶液一次，一周后每天洒水一次，整个养护期为一个月。完工后的ISS路面见图2（h）。通过试验段施工，有如下体会：1ISS路面工程的成败，关键在于施工技术的掌握，尤

12、其是含水量的控制。因为压实过程实际上是通过机械方法将土壤空隙中水分和空气驱除的过程，而低于或高于最佳含水量的土都难以达到压实度k95%的要求。2在第二次喷洒ISS水溶液并经平地机整平后，要立即进行路面碾压，不可留间隔时间，以免表层先干结壳，从而影响下层土壤自由水的排出。3平地机必须一次性把土层整平；压路机连续施压，一次性把路面压平压实，否则在不平整面上再补土、洒溶液和加压，实践证明效果不好，新老难以结合。4雨后对已铺好的土层，要重新翻筑、露晒，保持土层上下含水量均匀，以免表里干湿不一导致路面出现裂缝。5对封面层（铺上石屑抗滑层后的表面），第三次喷洒ISS水溶液务必做到喷洒均匀，不能漏洒，否则漏

13、洒的地方石屑和土层形成两层皮，晴天仍会扬尘，石屑的细颗粒也会逐渐被风吹走五、检测结果ISS路面质量评定标准见表1表1 - ISS路面质量评定标准项次检查项目规定值或允许偏差检查方法或频率规定分1压实度（%）代表值95每300m测2处30极值912平整度（mm）123m直尺：每200m测2处10尺153纵断高程（mm）+5，-15水准仪：每200m测4断面54宽度不小于设计值尺量：每200m测4处55厚度（mm）代表值-10每200m测1点20极值-206横坡（%）0.5水准仪：每200m测4断面5 7弯沉120（0.01mm） 208外观鉴定1.表面平整密实、无坑洼。不符合要求时，每处减1-2

14、分2.施工接茬平整、稳定。不符合要求时，每处减1-2分(二)本工程将整个试验段分为两段（每段1.0km）,分别按表1项目进行检测。对路面的 平整度、纵断高程、宽度、厚度和横坡共五个项目由施工单位自检、打分，并经监理 单位（广州市安达水利工程建设表2 - ISS路面分项工程质量检验及评分项次检查项目规定值或允许偏差满分实测值（实测偏差值）合格率与评分第一段（72+71073+710）第二段（73+71074+710）两段综合平均值合格率（%）实得分平均值合格率（%）实得分合计得分权值综合（加权）得分1压实度（%）95（规定值）3098.887.526.2598.385.725.751.95225

15、.9752平整度（mm）12（允许偏差）1510.390.013.58.7100.015.028.5214.253纵断高程（mm）+5，-15（允许偏差）5-1.995.04.75-3.3595.04.759.524.754宽度不小于设计值57.4100.057.4100.051025.005厚度（mm）-10（允许偏差）20-6.6100.020-5.8100.02040220.006横坡（%）0.550.01590.04.50.0295.04.759.2524.6257弯沉120（0.01mm）2085.9(代表值)100.02086.9(代表值)100.02040220合计 10094.

16、6监理有限公司）复测签字确认。同时，委托广州市公路工程质量检测中心对压实度及弯沉值进行检测，并提出检测报告（另附）。检测结果见表2。由表2可知，路面的宽度、厚度、弯沉值合格率均为100%；压实度k值的检测结果，除了第一段和第二段各有一测点k值（分别为93.3%和93.6%）略低于规定值（95%）之外，其余均超过规定值，k的平均值达98.3-98.8%；其它指标控制基本良好，工程质量评定总得分为94.6分，质量为优良等级。六、存在问题1ISS路面材料毕竟是土而不是其它坚硬的材料，其表面质量始终不够理想。晴天尚可；一旦暴雨过后，由于雨水难以下渗，抗滑层石屑的空隙会有积水，并存留在表土面上，尤其是土

17、壤含水量控制不严（偏大）的地段，路面表层约4-5mm的范围内出现软化，当时行车仍有轻微车辙出现（晴干后消失）。对一般的路面，因其不影响行车可不作处理，重要堤段可加沥青混凝土罩面层，罩面厚度为3cm。2由于初次施工，缺乏经验。掺入ISS之后，土壤不仅最大干密度提高，而且最佳含水量下降了2%。在施工过程中，施工单位忽略了这一点，仍按未掺ISS的土壤最佳含水量进行控制，导致ISS土的含水量普遍偏大，这也就是前述表层雨后出现软化的主要原因。其依据是暴雨后通过检查，含水量控制得最好的地段，表层软化现象根本没有出现。3ISS路面外观色彩为土的本色，加抗滑层后与一般在土堤面上铺石屑不易区别，在感观上不如砼路

18、面或沥青路面。 4ISS路面施工受雨天影响较大，因此不宜在多雨期进行施工。 七、结语1土壤颗粒表面的吸附水与毛细水不能在常规压实机械作用下被排除（对湿土的碾压会形成橡皮土）。加入ISS之后，赶走了吸附在土壤胶体表面、非常容易水合的阳离子，使土壤中的水分子脱离束缚，在碾压机械压实下与空气一并被排走。土壤颗粒紧密接触，土的三相（固相、液相、气相），基本上只剩下一相（固相），故能有效的改进土壤的工程性质，增加压实度、密度和承载能力，故可以使用于一般的堤顶公路和简易道路。2ISS不同于一般的诸如石灰、水泥等胶结材料，它只是一种催化剂（通过自身的离子交换作用改变土壤的性质），并不参与土壤的胶结或化合。又由于其分子与土壤颗粒的紧密结合，所以，ISS一旦掺入到土壤中，其总量并没有减少，也不随着时间而消耗，故其对土壤的改性、强化会持续有效。3ISS路面表层（4-5mm范围内），即使因含水量控制不好，暴雨后出现一定程度的软化，但其下为坚硬路面，故车辙浅，不影响行车舒适性，且天晴后会消失。相比之下，未经ISS处理、表层仅铺10cm石屑的堤面，经过3月下旬的连场暴雨，路面已出现凸凹不平和唧泥。此