李其光，刘士进

（山东省水利科学研究院，山东济南250013）

摘要：以东营市河口区的黄河冲积泥沙为研究对象，对土壤固化技术应用于黄河下游泥沙利用方面进行 了试验研究，为黄河下游地区的黄河泥沙利用提出了一条环保而有效的途径。

关键词：土壤固化技术；黄河泥沙；固化土；泥沙利用

中图分类号：TV149文献标识码：B文章编号：1009-6159（2009）-03+04－0029-03

1.前言

为解决工农业生产生活用水，山东省多年（1981～ 2002年）平均引用黄河水99.89亿m3。由于黄河水中含 沙量大，所以每年引沙量达1.0亿t左右。由于大量的 黄河泥沙堆积无法利用，使得局部土壤沙化严重，生态 环境恶化。如何使黄河泥沙变害为宝，是黄河下游及引 黄灌区一个急需解决的问题。

另外，在山东省的黄河下游地区（如滨州、东营）， 第四系覆盖层较厚，无基岩出露，砂石料严重匮乏，生 产建设所需的砂石料都是从较远的山丘地区运来，增 加了工程建设成本。因此，能否利用当地丰富的沙土资 源用于生产建设，是一个重大的课题。

为此，山东省水利科学研究院与东营市河口区水 利局组成课题组，结合工程实际，以黄河最下游地区的 东营市河口区做为试验地点，开展了土壤固化技术应 用于黄河下游泥沙利用的技术研究，即以黄河泥沙为 原料，加入土壤固化剂，制作为固化土成型产品应用于 水利工程。课题组人员经过近2年时间的试验研究，取得了一系列的试验数据和成果，并在东营市河口区东水源节水改造三分干防渗衬砌、羊拦河水库防浪墙工程试验段推广应用，效果良好。

2.土壤固化技术简介

土壤固化技术是以土壤为基本材料，加入土壤固化剂，使其松散的拌和材料形成具有较高强度和抗渗 漏性能的整体———固化土，通俗地称之为土壤混凝土。 土壤固化的机理是：土壤固化剂与各类土壤发生化学或生物作用，改变土的性质，如土的结构、亲水性等，形成具有一定承载能力、抗渗能力和耐久性的固化土。当然各类土壤固化剂固化土壤的原理有所不同，有的类似于传统的石灰和水泥，利用固化剂水化形成的水化产物胶结土粒，达到土壤固化的目的；有的有机固化剂则利用电离子交换，改变土壤中水分和土颗粒电离子特性,破坏孔隙毛细管结构，在成型压力的作用下，孔隙中游离的水分子、气分子被挤出，从而使土壤更易压实，达到固化土壤的目的。

3 黄河泥沙固化土成型产品性能试验研究

黄河泥沙固化利用试验的原材料选用黄河下游冲 积泥沙，固化剂是在常用的固化材料———水泥的基础 上填加了A—5型土体固化剂作为新型固化剂，采用压 制成型工艺压制成固化土成型产品，对其性能进行试 验研究。固化剂中水泥的掺量分别采用了占晾晒后料 土重的12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、 28%等比例。

3.1料土特性

生产固化土成型产品的料土取自东营市河口区南 部的羊拦河水库库区内，为天然形成的黄河冲积泥沙，俗称粉土（按规范SL237—1999分类为砂壤土），其晾晒后松散土样的土工试验成果见表1。

3.2成型产品制作

土壤固化成型产品制作系统主要由破碎过筛机、 搅拌机、传送带、固化土壤成型机等设备组成。正常情况下，每个台班能生产固化土成型产品约16m3，产品的尺寸根据生产建设的要求制作与调整。

3.3成型产品的性能

3.3.1抗压强度

抗压强度指固化土试块的无侧限抗压强度，试块是 从固化土块成品（规格为400mm×300mm×80mm）中的任 意位置切成50mm×50mm×50mm的立方体制作而成。试 块的抗压强度测试分别在28d后和180d后进行，这样 既可以了解固化土成型产品的28d强度，还可以了解分 析产品的后期强度及增长的幅度。试块的抗压强度成果见表2。

从试验结果来看，利用黄河泥沙为基料的固化土成 型产品，当水泥掺量在10%～28%、A—5型土体固化剂 掺量比例不变的情况下，固化土块的28d抗压强度相对 较高，在3.5～10.6 MPa之间，强度随着水泥掺量的增加 而增大，当水泥掺量超过26%时，固化土的强度明显增 加。并且随着龄期的增长，固化土块的强度也有不同程 度的增长，试块后期（180d）抗压强度比28d的抗压强度 增长了17.6%～34.5%，平均增长了22.7%。也就是说， 固化土抗压强度随时间的推移还有慢慢增长的过程， 后期强度比28d强度可增加20%左右。

3.3.2密度及吸水率

选择了部分固化土块试样分别测试其干密度和湿密度，吸水率由干密度和湿密度计算而来。其试验成果见表3。

由试验数据可知，固化土块的干密度在1.55～1.60 g/cm3之间，吸水率约在19.0%～20.0%之间，它与固化剂中的水泥掺量没有关联性。由此也可以看出，利用黄河泥沙制作的固化土成型产品的干密度较小，吸水率、孔隙率较大，如何提高固化土的干密度、减少孔隙率还需继续研究。

3.3.3抗渗性

固化土的抗渗性是指抵抗压力水渗透的性质，本次抗渗性的试验研究采用渗透系数来表示。试验数据见表4：

从试验数据可以看出，利用黄河泥沙制作的固化土成型产品的抗渗性能较好，渗透系数在10~6量级，能够满足一般水利工程的防渗要求。渗透系数随水泥掺量的增加有递减的趋势，但减少的幅度不大，如水泥掺量20%的固化土块比12%的渗透系数仅减少40.6%。

3.3.4抗冻性

当试块的重量损失率大于5%或者强度损失率大于25%时，对应的冻融循环次数为该试块的抗冻等级。冻融循环试验结果见表5。

由表5可知，黄河泥沙固化土的抗冻等级可以达 到F20～F30，试样S2、S3、S4的冻融循环次数能达到20 次以上，试样S5、S6的冻融次数可以达到30次以上。 由试验结果还可以看出，试样的抗冻性能与水泥掺量有关，水泥掺量多的抗冻性能稍微好些。

4.结语

经工程试验段运行测试与数据分析可知，利用黄河泥沙为基料制作的固化土成型产品，其抗压强度在3.5～10.6MPa之间，干密度1.55～1.60 g/cm3，渗透系数 为10-6量级，抗冻等级可以达到F20～F30，具有良好的防渗性和一定的抗冻性，可以用于对强度要求不高的水利工程，如灌溉渠道和景观河道的防渗衬砌、水库大坝防浪墙砌筑、水库大坝护坡等工程。

从经济角度来看，利用黄河泥沙制作的固化土成型产品的经济效益显著。以东营市河口区为例，其单价 在120～218元/m3，比混凝土预制块单价低66.2%～ 38.4%，砌筑固化土块比现浇的混凝土预算价格（365 元/m3）低47.5％～20.6%。在工程应用中，应根据实际情 况，结合经济分析，选用适宜的配合比，以达到最佳的性价比。

综上所述，土壤固化技术应用于黄河下游泥沙利用的前景十分广阔，特别是在砂石料匮乏地区和黄河泥沙资源丰富具有极大的推广价值，一套土壤固化成型设备每年可消化一万多立方的黄河泥沙，对引黄沉 沙地区环境的保护和改善具有重大意义。