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摘要：回填土处理不好对水利工程会带来诸多负面影响，例如回填土过于疏松，渗透作用过强，以及压实强度不符合施工要求。回填土性能与诸多因素有关，其中最主要的是土的含水量，铺土厚度和压实功，可以通过改变它们来提高回填土的性能。本文研究通过土壤固化剂来改变回填土的性能，提高建筑物的安全性。
关键词：回填土；土壤固化剂；土体性能
一、回填土的定义及影响因素
回填土，指的是工程施工中，完成基础等地面以下工程后，再返还填实的土。回填土指基础、垫层等隐蔽工程完工后，在5m以内的取土回填的施工过程。
主要影响因素：
（1）含水量。土基压实施工中，控制最佳含水量是首要关键。在同一压实功条件下，填土的含水量对压实质量有直接影响，较为干燥的土不易被压实。
（2）铺土厚度。铺土厚度应小于压实机械压土时的作用深度，但其中还有最优土层厚度问题，铺得过厚，要压多遍才能达到规定的密实度。
（3）压实功。填土压实后的干密度与压实机械在其上施加的功有一定关系。在开始压实时，土的干密度急剧增加，待到接近土的最大干密度时，压实功虽然增加许多，但土的干密度几乎没有变化。
二、土壤固化剂
2.1土壤固化剂的定义与分类
土壤固化剂是由多种无机材料或有机材料经过一定的生产工艺处理后，用以固化各类土壤的新型工程材料。土壤固化剂依据不同的作用机理可以分为：生物酶类和化学类。
2.2土壤固化剂作用机理
<1>生物酶类土壤固化剂作用机理
通过生物霉素的催化作用，经外力挤压密实后，使土壤中有机和无机物质以较快的速度产生密实的、坚硬的结构层，土壤结构变得紧密从而产生屏蔽作用，防止水分的蒸发，降低土壤的膨胀系数，形成牢固的不渗透性结构。
<2>化学类土壤固化剂作用机理
[1]无机类土壤固化剂
胶凝材料的水解与水化反应；离子交换和中和反应；土壤固化剂的组分与土壤颗粒的火山灰反应。
[2]有机类土壤固化剂
在常温、常压条件下通过催化剂催化和引发剂引发，使有机高分子在土中发生聚合或者缩聚反应，形成网状或空间结构，从而把土壤颗粒胶结在一起，并且填充土中孔隙；或者通过高分子自身的空间网络结构的特点，充分利用高分子末端大量的活性羟基或羧基等官能团与土壤颗粒表面基团络合，并发生物理化学反应将土壤粘结成网络状的结构整体，提高其强度。
[3]离子类土壤固化剂
利用强离子来破坏土壤颗粒表面的双电层结构，减弱土壤表面与水的化学作用力，从根本上改变土壤颗粒的表面性质，将土体的亲水性永久地改变为疏水性。
2.3固化剂的特点
固化剂的特点是技术指标优良、工程造价低、施工方便、工期缩短、维修费用低，尤其是有利于生态环境保护，节省资源，节约土地等，经济效益增加显著。
三、实验结论
3.1液、塑限试验
对于未加固化剂的分散性粘土或普通土，加入固化剂后土的塑性指数增加，结果说明加入固化剂后粘性土处于可塑状态的含水量范围更小，粘土更加不易被水侵蚀或者裂解崩塌。
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3.2压缩试验
在不同含水率作用下，通过实验可以看出，加入固化剂土体的压缩性随着土中含水率的增加而增加。这主要是因为土体在纯净水作用下土体结构形成崩塌，呈分散性。可以看出土体中含水率增加会导致土体呈分散性，土体分散后呈粉末状，为原有体积创造出更多的孔隙，降低其压缩性。
3.3直接剪切实验
剪切实验的实验结果反映出，随着固化剂的增加，土体抗剪强度的内摩擦系数和内摩擦角基本不变的情况下，粘聚力会随之增加，这是因为固化剂增加粘聚力会增加。刚开始固化剂对土体的影响并不是特别明显，这可能是只有含水率增加到一定程度才会产生作用，所以当含水率不是很高时效果并不明显。而随着含水率的增加，抗剪性效果开始明显。
3.4渗透实验
对于变水头试验，我们采用了测两管水流，每管测4次的方法，最终得到两组试验数据。由数据可以看出，随着时间的推移，实测的渗透系数减小了（即由第一组的5.35×10-5cm/s减小为5.21×10-5cm/s），这种现象与理论是一致的。
由渗透试验结果可以看出，素土压实后渗透系数为1.85×10-5～2.03×10-5cm/s，属于中等透水层，掺入土壤固化剂后，无论加入比例的多少和试样养护时间的长短，土样的渗透系数都极大地减小，幅度达到两个数量级，渗透性明显改善，渗透系数降低的幅度与固化剂的掺量和养护时间有很大的关系。龄期一定时，随着固化剂掺量的增加，固化土的渗透系数呈递减趋势，4个掺量固化土的渗透系数与素土相比降低比例分别为：0.1%（66.5%～72.9%）＜0.5%（68.6%～81.5%）＜1.0%（75.4%～96.4%）＜1.5%（75.6%～97.2%），与素土之间差异显著，表明土壤中加入土壤固化剂后，不论掺量的大小，固化土的渗透系数均明显下降，抗渗性得到了改善。
掺量一定时，随龄期的增加，固化土的渗透系数下降进一步加快。各龄期固化土的渗透系数与素土相比降低的比例为养护1d（66.5%～75.6%）＜养护4d（67.1%～84.6%）＜养护7d（72.8%～96.2%）＜养护15d（72.9%～97.2%）；尤其在掺量为1.0%和1.5%、养护15d时，渗透系数的值达到了10-7cm/s，较其他掺量减少了1个数量级，较素土减少了两个数量级，且差异达到极显著水平，大大提高了土壤的抗渗性能。加入土壤固化剂后，其胶结作用消除了土壤间隙，使土颗粒之间的连接力增强，提高了土样的紧密程度；同时，养护时间越长，固化剂掺量越大，其胶结作用发挥越充分，土壤强度越大，从而使土样中渗透路径减少，渗透系数降低，抗渗性能得到改善，从加固化剂以前的中等透水性变成加固化剂以后的弱透水性。
四、总结
通过上述实验，得出以下结论：
（1）同一含水率的条件下，试件强度随固化剂掺量的增加而增加。
（2）在相同固化剂掺量条件下，必然存在一个最优土料含水率使得试件抗压强度达到最大，土料含水率大于或小于这一最优土料含水率试件抗压强度都会减小。
（3）固化剂可极大的提高土体的强度，且随着固化剂含量的增加，其强度指标继续优化，抗剪强度逐渐增大，无侧限抗压强度也逐渐提高。
（4）土壤固化剂中离子之间的相互作用来改变土壤的表面电荷特性，降低土壤的吸水率，有效破坏土壤颗粒的吸附水膜，同时这种水化反应生成的结晶体使得材料的体积增加，土壤承载力就会得到提高；土壤固化剂有效地填充土粒之间的孔隙，使固化土致密，脱掉或降低水分使其结构紧密，从而有利于土体的压实，提高了土壤密度，压实后的土体会降低再吸水的能力，使抗压、抗渗性能有大的提高。固化后的粘土具有水稳定性和强度稳定性。
五、结语
土壤固化剂能提高土壤的强度，提高稳定性，降低吸水率，提高抗渗性，因此，在工程施工中，完成基础等地面以下工程后，可以返还加入合适比例固化剂后的土来填实。这样可以消除回填土的负面影响，增加水工建筑物的强度与稳定，提高工程项目的质量与安全性，保障人们的财产安全。
参考文献
[1]张冠华，牛俊，孙金伟，李昊.土壤固化剂及其水土保持应用研究进展[J].土壤，2018，50（01）：28-34.
[2]张慧莉，田堪良，石一彤.SY土壤固化剂对砂质粉土工程性能的影响研究[J].灌溉排水学报，2010，29（02）：126-130.
[3]冯国栋主编.土力学.北京：水利电力出版社，1986.
论文作者:寿彬琦,佟大鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/10
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