路基工程中的土壤穩定化技術研究

摘 要：土壤穩定化技術在路基工程中扮演著關鍵的角色，它通過改良和增強土壤的力學性質，提高了路基的承載能力和穩定性。土壤穩定化技術是一項在路基工程中廣泛應用的方法，旨在改善路基土壤的工程性質以提高道路的質量和壽命。該技術涵蓋了多種方法，包括添加穩定劑、機械加固、化學處理等，以增加土壤的強度、抗壓能力和抗水能力。通過土壤穩定化，可以減少路面病害、防止路基沉降，提高路面的承載能力，并延長路段的使用壽命。

關鍵詞：土壤穩定化；路基工程；承載能力

中圖分類號：U416.1" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2024）06-0117-03

0 引言

隨著交通運輸網絡的不斷發展和城市化進程的加速推進，道路建設在現代社會中扮演著至關重要的角色。在道路建設中，路基工程作為基礎和基座的構建是至關重要的，它直接影響著道路的穩定性和使用壽命。土壤是路基工程的基本材料，其性質和穩定性對道路的質量和安全性具有決定性的影響。

土壤在不同地區和氣候條件下具有差異性，有些地區的土壤可能不具備足夠的承載能力，或者在潮濕條件下容易產生沉降和變形。這些土壤問題對道路的安全和可持續性構成了威脅。因此，尋找有效的方法來改善和穩定土壤的工程性質具有緊迫性。

1 土壤穩定化技術

土壤是道路工程的基本材料之一，對其力學性質的理解對于設計和施工至關重要[1]。土壤的力學性質包括抗壓強度、抗剪強度、變形特性以及滲透性等方面的特征。這些性質直接影響路基的承載能力、穩定性和耐久性。

路基工程是道路建設的重要組成部分，其主要任務是為道路提供堅實的基礎，以承受交通荷載和自然環境的影響。為了確保道路的穩定性和安全性，土壤力學的原理和方法被廣泛應用于路基工程中。通過土壤力學的研究，工程師可以確定土壤的工程性質，如承載能力、沉降特性和抗滑穩定性，從而為路基工程的設計和施工提供基礎數據。

隨著土壤力學的發展，越來越多的土壤穩定化技術被引入路基工程中。這些技術包括添加穩定劑、機械加固、化學處理等方法，用于提高土壤的力學性質，增強路基的穩定性。這些方法為改善路基的質量、提高路面的承載能力和延長道路的使用壽命提供了有力的手段。因此，土壤力學與路基工程密切相關，其研究和應用對于道路工程的質量和可持續性至關重要。

土壤穩定化技術是一組用于改良和增強土壤性質的方法，旨在提高土壤的力學性能以滿足特定工程要求[2]。這些技術可以應用于不同類型的土壤和工程項目，包括道路、橋梁、隧道、機場等。土壤穩定化技術的主要目標是提高土壤的承載能力、抗壓強度、抗剪強度以及抗水性能。土壤穩定化技術的方法多種多樣，根據不同的土壤類型和工程要求，可以選擇合適的穩定化方法。一種常見的方法是添加穩定劑，例如水泥、石灰、粉煤灰等，以改善土壤的工程性質。這些穩定劑可以與土壤混合，形成堅固的土壤基礎，提高承載能力和穩定性。

機械加固技術也被廣泛應用，包括振動加固、擠密加固和挖土加固等方法，以提高土壤的密實度和穩定性。化學處理技術則通過土壤與化學藥劑的反應，改善土壤的性能，特別是在高水位和高鹽度土壤中的應用較為突出。

土壤穩定化技術在路基工程領域取得了顯著的研究進展，早期的研究主要集中在傳統的土壤改良方法，如水泥穩定化和石灰穩定化上，這些方法在提高土壤承載能力和穩定性方面取得了一定的成功。隨著科技的不斷進步和環保意識的提高，土壤穩定化領域出現了新的發展趨勢，研究人員開始關注環保和可持續性方面的土壤穩定化技術。研究了生物穩定化方法，通過微生物活動來改良土壤性質，減少對化學添加劑的依賴，降低了環境影響，也關注了太陽能和風能等可再生能源在土壤穩定化中的應用，以降低碳排放。并且數字化技術的崛起也影響了土壤穩定化研究。實時監測和數據分析技術的發展使工程師能夠更好地了解土壤的性質和行為，從而更精確地設計和實施土壤穩定化工程。隨著模擬和建模技術也被用于研究土壤穩定化過程，更加優化了施工方案和預測工程效果。

2 土壤穩定化技術的原理與方法

2.1 添加穩定劑

添加穩定劑是一種常見的土壤穩定化方法，它通過向土壤中引入特定的化學物質或物理材料，來改良土壤的工程性質[3]。這些穩定劑可以是水泥、石灰、粉煤灰、聚合物或其他特殊化學藥劑，具體的選擇取決于土壤的類型和所需的改良效果。添加穩定劑的原理在于穩定劑與土壤中的顆粒發生相互作用，形成堅固的連接或結構，從而提高土壤的抗壓強度、抗剪強度和抗水性能。

添加穩定劑進行土壤穩定化通常有以下3個：①將穩定劑與土壤混合，確保均勻分布。混合可以通過機械攪拌、攪拌車或特殊的穩定化設備進行，以確保穩定劑與土壤充分接觸。②穩定劑中的化學成分與土壤中的粒子發生反應。例如，水泥中的鈣化合物會與土壤中的粘土顆粒發生反應，形成堅硬的水泥基質，從而增強土壤的穩定性。③經過一定的養護時間，穩定劑會逐漸硬化和固化，形成堅實的土壤基礎。這一過程可以持續數天至數周，具體時間取決于穩定劑的類型和環境條件。添加穩定劑的方法不僅可以提高土壤的承載能力，還可以改善土壤的抗水性能，減少土壤的沉降和膨脹。

2.2 機械加固方法

機械加固方法是土壤穩定化領域中的一種重要技術，它通過應用機械設備和力學原理來改善土壤的工程性質。這些機械加固方法通常涉及到土壤的振動、擠密、挖土和壓實等過程，旨在提高土壤的密實度、承載能力和穩定性。

振動加固通過振動設備將振動能量傳遞到土壤中，使土壤顆粒重新排列，增加土壤的密實度。這種方法特別適用于松散的土壤，如沙土和砂土。振動加固可以提高土壤的承載能力，減少土壤的沉降和變形。

還有另一種機械加固方法是擠密加固，它通過應用垂直壓力來壓實土壤，增加土壤的密度和強度。這種方法常用于軟弱地基土壤的改良，如泥土和淤泥。擠密加固可以提高土壤的抗剪強度，減少土壤的沉降和穩定性問題。

挖土加固是通過削除部分土壤并填充加固材料，以改善土壤的性質。這種方法常用于土壤改良和地基加固工程中。壓實也是一種機械加固方法，通過應用水平或垂直壓力來改善土壤的性質。

2.3 化學處理技術

化學處理技術是土壤穩定化領域的一種重要方法，它通過引入化學藥劑來改善土壤的工程性質[4]。這些化學藥劑可以包括鈣基、鈉基或其他特殊化學成分，具體選擇取決于土壤的特性和所需的改良效果。化學處理技術的原理在于化學藥劑與土壤中的粒子發生化學反應，從而改變土壤的性質。這些反應包括粘土顆粒的離散化、土壤顆粒的膠結以及礦物物質的變化等。這些過程通常會導致土壤的工程性質得到改善，如抗剪強度的提高、滲透性的降低和水穩性的增加。化學處理技術的應用通常分為兩個階段。化學藥劑會與土壤混合，確保藥劑充分分散在土壤中，通過一定的時間來允許化學反應發生和藥劑的作用。這個過程通常需要精確的控制和養護，以確保最佳的改良效果。

2.4 其他創新的方法

除了傳統的添加穩定劑、機械加固和化學處理技術之外，土壤穩定化領域還涌現出一些創新的方法，以滿足不同工程需求和環境條件[5]。這些創新方法通常結合了多種技術和原理，旨在提高土壤的工程性能和可持續性。

一種創新方法是生物穩定化，它利用微生物活動來改善土壤的性質。微生物可以分解和轉化土壤中的有機物質，促進土壤顆粒的膠結，從而提高土壤的穩定性和抗剪強度。生物穩定化技術對于處理高含水量和高有機物含量的土壤特別有效。

另一種創新方法是利用可再生能源，如太陽能和風能，來支持土壤穩定化過程。這些能源可以用于供電和加熱，提供所需的能量來促進化學反應或機械處理。這不僅減少了對傳統能源的依賴，還有助于減少碳排放，使土壤穩定化更環保和可持續。模擬和數值建模方法也被廣泛應用于土壤穩定化研究中。通過模擬土壤的行為和反應過程，工程師可以更好地理解土壤穩定化過程，優化工程方案，預測工程效果，并減少試驗和實驗的成本和時間。

近年來，土壤穩定化領域不斷涌現出創新的方法和技術，以滿足不同工程項目的需求。這些方法的發展和應用將進一步推動土壤穩定化技術的發展，提高土壤改良的效率和可持續性。

3 土壤穩定化技術的優勢與挑戰

3.1 土壤穩定化技術的優勢

在土木工程領域，土壤穩定化技術帶來了許多顯著的優勢，極大地推動了建筑項目的發展與進步。這些技術通過增強土壤的各項工程性能，提升了土壤的綜合利用價值，具體表現在以下3個關鍵內容。

3.1.1 顯著提高土壤的工程性能

土壤穩定化技術通過添加穩定劑或進行物理改良，顯著提升了土壤的抗壓強度、抗剪強度及抗水性能。這種性能的提升不僅增加了土壤的承載能力，而且有效減少了土壤在承重后的沉降和變形，這對于延長道路、橋梁以及建筑物等工程項目的使用壽命至關重要。長期而言，這也顯著降低了工程的維護和后續修復成本，尤其在地質不穩定區域的應用中，其優勢更為突出。

3.1.2 提高工程的可持續性

土壤穩定化技術通過優化施工過程，減少了土壤的開挖量和運輸需求，從而大幅降低了對天然資源的依賴和施工過程中的碳排放。例如，利用現場土壤進行改良而非遠程運輸新土壤，不僅減少了燃料消耗和運輸成本，也顯著減輕了施工對環境的破壞。此外，這些技術減少了建筑廢棄物的產生，有助于工程項目更好地符合可持續發展的原則，對環境友好，符合現代建設的綠色發展趨勢。

3.1.3 提高工程的施工效率

相比于傳統的土壤改良方法，如填土加固或完全土壤替代，土壤穩定化技術提供了一種更為高效的解決方案。這些技術能夠迅速改良土壤的性質，大幅縮短了工程的總施工時間。通過縮短施工周期，不僅提升了施工效率，還有助于減少施工現場的潛在風險和干擾，從而在工程經濟性和社會影響方面均展現出巨大的優勢。

3.2 土壤穩定化技術的挑戰

在土壤穩定化技術中，盡管存在眾多優勢，但也面臨一系列的挑戰，這些挑戰主要體現在技術選擇、環境影響及施工技術需求等方面。

3.2.1 不同土壤適用性存在差異

土壤穩定化技術的成功高度依賴于對土壤類型和性質的準確分析和評估。不同的土壤類型（如黏土、砂土、壤土等）需采用不同的穩定化方法。錯誤的技術選擇不僅可能導致工程效果不佳，還可能增加項目的整體成本。因此，工程師必須進行詳細的土壤測試和評估，選擇最適合的穩定化技術，以確保工程的質量和經濟效益。

3.2.2 可能對環境產生負面影響

盡管土壤穩定化技術旨在改善工程性能，但某些方法中使用的化學藥劑和穩定劑可能含有有害成分，這些成分有潛在的環境污染風險，特別是對土壤和水源的污染。因此，施工前需對所有材料和方法進行環境影響評估，并在施工和后期維護中實施嚴格的環境監測和管理措施，以最小化對生態系統的影響。

3.2.3 需要特殊的施工技術和設備支持

一些土壤穩定化方法需要特殊的設備和施工技術，這可能增加了工程的成本和復雜性。此外，施工過程需要嚴格的質量控制和監督，以確保技術的有效性。土壤穩定化技術的長期性能和可持續性也需要考慮。一些技術在初期可以取得良好的效果，但隨著時間的推移，可能會受到環境因素和負荷的影響而降低效果。因此，需要進行長期監測和維護，以確保工程的可持續性。

4 結束語

土壤穩定化技術在土木工程中扮演著不可或缺的角色，它能夠顯著提高土壤的工程性能，延長工程的使用壽命，減少對自然資源的依賴，降低環境影響，提高工程的可持續性。盡管存在一些挑戰和限制，但隨著科技的不斷進步和環保意識的提高，進一步克服這些問題，進一步推動土壤穩定化技術的發展和創新。通過不斷的研究和實踐，可以更好地利用這些技術來改善基礎設施工程，為社會發展和環境保護做出貢獻。

參考文獻

[1] 周陽，邱思明，梁天錫，等.路基工程用環保型土壤固化劑的制備及性能評價[J].當代化工，2022，51（9）：2114-2117，2165.

[2] 田威，李騰，賈能，等.固化劑在黃土路基工程中的研究進展[J].公路，2021，66（11）：45-52.

[3] 王峰利.福建省高速公路永定高頭至湖雷段水土流失防治工程設計[D].咸陽：西北農林科技大學，2020.

[4] 葉建軍，陳陽陽，張學強，等.曼大公路寧克4標段路基工程綠色施工技術實踐[J].公路交通技術，2019，35（4）：152-159.

[5] 文婷.宜賓至畢節高速公路水土流失預測及水土保持措施設計[D].咸陽：西北農林科技大學，2014.