【正文】 于32℃時(shí)，隨著溫度的升高，無水硫酸鈉的溶解度降低，溫度低于32℃時(shí)含結(jié)晶水的硫酸鈉的溶解度則隨溫度的升高而升高。國內(nèi)對(duì)硫酸鹽研究認(rèn)為，當(dāng)土中硫酸鈉含量在2%以下時(shí)，膨脹量小，不會(huì)造成危害。因此在安康試灌后未再進(jìn)一步深入研究。硅溶膠可分為堿性和酸性硅溶膠，%以下，用它來改良土質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生芒硝晶體，應(yīng)用工藝簡(jiǎn)單。（四）混合材料試驗(yàn)研究過程中，為提高漿液性能，可把兩種材料混合使用，使各種材料發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，彌補(bǔ)對(duì)方的缺點(diǎn)，創(chuàng)造出高性能材料。為了更好地描述改良主體的性質(zhì)，我們引入韌度的概念，從宏觀來講，可理解為試樣在荷載作用下，從開始變形一直到破壞，它有不斷地吸收能量的一種能力。2．為了保證路基土有足夠的強(qiáng)度而又不致于造成過大的浪費(fèi)，我們研究的范圍局限于靜荷載在250—400KPa之間。這是一種pH=8以上的堿性土。改性土長(zhǎng)期在水中浸泡，強(qiáng)度還會(huì)提高。6．為了更好地反映出改性土性質(zhì)，提出韌性指數(shù)yc來評(píng)價(jià)改性土的韌性大小，并對(duì)攻性土提出韌度要求，避免改性土產(chǎn)生脆性破壞，使改性土與地基變形相匹配，并有足夠強(qiáng)度，保證基床穩(wěn)定。直至1980年美國推出了一種新漿液AC400后才重新引起人們的重視。含一價(jià)陽離子的丙烯酸鹽，如濃度為30%的丙烯酸鉀、丙烯酸鈉、丙烯酸銨及其凝聚膠體在水的作用下，可逐漸溶解；含兩價(jià)、三價(jià)等高價(jià)陽離子的丙烯酸鹽，如丙烯酸鋇、丙烯酸鎂、丙烯酸鋅、丙烯酸鋁等凝聚膠體在水中不溶解。長(zhǎng)科院認(rèn)為在丙烯酸根相同的情況下，聚丙烯酸鹽凝膠保水能力的強(qiáng)弱，決定于丙烯酸鹽中的金屬離子，研究了金屬離子半徑與金屬離子引力場(chǎng)的強(qiáng)弱有關(guān)，金屬離子電場(chǎng)的強(qiáng)弱常用離子勢(shì)Z／r（Z、r分別代表離子的電荷和半徑）來衡量，得出離子勢(shì)大小排列次序：根據(jù)這個(gè)次序，最好的是含二價(jià)金屬鹽的丙烯酸鋁和丙烯酸鉻，其次是含二價(jià)金屬鹽的丙烯酸鎂和丙烯酸鎳，再就是丙烯酸鋅和丙烯酸鈣。鈣的化合物基本無毒。（3）在氧化還原體系引發(fā)下，漿液膠凝時(shí)間可以在數(shù)秒到數(shù)小時(shí)的大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。首先是將氧化鈣（生石灰）與水生成氫氧化鈣，再加入丙烯酸生成丙烯酸鈣，其反應(yīng)式如下：丙烯酸鈣在引發(fā)劑和促凝劑作用下，發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，經(jīng)過鏈的引發(fā)、鏈的增長(zhǎng)等過程使液體狀的丙烯酸鈣聚合成不溶于水的網(wǎng)狀高分子凝膠體。因此我們對(duì)丙烯酸鈣的水溶液的凝膠時(shí)間控制在40－60分鐘左右。圖310是促進(jìn)劑與凝膠時(shí)間的關(guān)系圖，其基本關(guān)系同圖39，促進(jìn)劑濃度越大，反應(yīng)越快，％以上時(shí)對(duì)凝膠時(shí)間的影響很大。溫度對(duì)丙烯酸鈣的凝膠影響非常明顯，見圖312。甚至幾分鐘就發(fā)生凝膠現(xiàn)象，由此可見，在冬季加固軟弱地基時(shí)，適當(dāng)多加入催化劑，以提高其反應(yīng)速度，加速凝膠。 丙烯酸鈣加固土試驗(yàn)1．土樣基本性質(zhì)試驗(yàn)土樣取自原萬源工務(wù)段宣漢地區(qū)，其中K541+948為含礫粘土，K533+231為含礫粘砂土，這兩種土的基本性質(zhì)見表317。鐵路路基土質(zhì)不良，在水的作用下容易泥化。2．土樣改性試驗(yàn)%，%。3．丙烯酸鈣與交聯(lián)劑類型的研究在丙烯酸鈣中，因含有鈣離子，鈣離子依靠鍵價(jià)力，把丙烯酸分子連接起來，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包裹土粒，起到了加固土的作用。滿足不了工程要求。表319 丙烯酸鈣加膠連劑試驗(yàn)結(jié)果從試驗(yàn)結(jié)果看出加入交聯(lián)劑甲撐雙丙烯酰胺后，不僅土體強(qiáng)度提高，抗水穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，壓碎后的試樣在水中也不產(chǎn)生崩解，土質(zhì)改良達(dá)到理想境界。這是由于增加催化劑的量，使聚合反應(yīng)能充分發(fā)生，所以表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，如果丙烯酸鈣體系內(nèi)催化劑的量過低，反應(yīng)很難發(fā)生，土塊試樣仍保留丙烯酸鈣氣味，導(dǎo)致強(qiáng)度很低、且水中崩解。由于埋在濕砂中的樣品幾乎是隔氧反應(yīng)，使反應(yīng)體系中氧化產(chǎn)生過氧基受到影響。反復(fù)將試樣進(jìn)行干濕循環(huán)處理10次，加固的土塊試樣仍然在水中不崩解。表323硫酸水玻璃不同用量的強(qiáng)度指標(biāo) 結(jié)論1．通過丙烯酸鹽改性土的研究，認(rèn)為該材料是一種粘度小僅有3－4CPS，可灌性好的漿材，漿材在凝固前一直保持稠度不變，一旦初凝，很快即變?yōu)槟z結(jié)體，很便于加固基床使用。3．丙烯酸鹽采用甲撐雙丙烯酰胺作固化劑會(huì)收到抗水性能更佳的改良效果?？傊?，用丙烯酸鈣加固軟弱土質(zhì)是一種比較理想的加固材料?！?，數(shù)月后翻漿冒泥再次發(fā)生，施工工藝復(fù)雜、施工進(jìn)度緩慢也是其缺點(diǎn)。現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)也較少使用。隧道中線道碴25面層墊砂10土工布底層砂10泄水孔410間距400此有電纜槽118軌面標(biāo)高圖4－1 隧道土工布鋪底及增設(shè)側(cè)溝圖經(jīng)過對(duì)幾處工點(diǎn)進(jìn)行挖探分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隧道內(nèi)土工布完好無損，線路也不翻漿；路塹內(nèi)面砂及底砂已被泥漿混合，布下為D=10cm的塊狀體，且凹凸不平。 鋪設(shè)塑料排水板我們從八六年開始鋪設(shè)塑料排水板，目前西安鐵路局鋪設(shè)已逾50km。我們所鋪塑料排水板除極個(gè)別未按設(shè)計(jì)要求（搭接長(zhǎng)度不夠或砂墊層太?。┩猓麥缌朔瓭{冒泥病害。我們先后在裂隙土路堤、路塹、石質(zhì)路塹、隧道等不同地質(zhì)條件下鋪設(shè)塑料排水板，均取得較好效果。為使塑料排水板能迅速排水，我們還要求生產(chǎn)廠家在塑料排水板上做成4毫米的排水溝槽，實(shí)踐證明效果良好。土質(zhì)改良是永恒的研究課題，幾年來課題組先后對(duì)丙乳、丙凝、硫酸水玻璃、磷酸水玻璃、丙烯酸鈣、丙烯酸、鈣水玻璃、聚乙烯醇水玻璃、聚丙烯酰胺水玻璃、脲醛樹脂、氨基改性樹脂、聚氨酯及丙烯酸鈣與脲醛樹脂混合液等12種漿液進(jìn)行了研究，作出千余組試驗(yàn)結(jié)果，最后選出丙烯酸鈣與脲醛樹脂為最佳漿材，酸性水玻璃和聚氨酯為后備漿材。并且連續(xù)灌注后也很難確定其分布界線。因此，所取得的物理、水理、力學(xué)數(shù)據(jù)均具有一定的局限性。模型體積的大小是考慮到鐵路路基結(jié)構(gòu)和灌漿設(shè)想來設(shè)計(jì)的。模型的四個(gè)角樁和模型中間加力樁也用角鋼焊接而成，并與模型底邊框呈插槽式聯(lián)接。圖43 模型框架示意圖 （2）灌注土層的配制和夯筑 ①選土： 我們選擇了成都龍泉山侏羅系沙溪廟組地層的山坡風(fēng)化土來做試驗(yàn)，將土?xí)窀珊蠓鬯?。?duì)試驗(yàn)土作擊實(shí)試驗(yàn)，%，其試驗(yàn)指標(biāo)見表41，擊實(shí)曲線見圖44。每層土密度見表42。按標(biāo)準(zhǔn)道床厚35cm計(jì)算，道床對(duì)基床土的壓應(yīng)為7KPa。至此，模型準(zhǔn)備完畢。此外，按公式計(jì)算，當(dāng)列車車速為80公里/小時(shí)，對(duì)基床面產(chǎn)生的動(dòng)荷載壓應(yīng)力為71KPa。 （5）灌漿機(jī)具配制 試驗(yàn)用灌漿機(jī)具，完全采用現(xiàn)場(chǎng)灌漿機(jī)具和現(xiàn)場(chǎng)灌漿辦法。灌漿時(shí)，故得實(shí)際灌漿壓力為206KPa,。圖45 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂v剖面示意圖 （4）灌漿壓力設(shè)計(jì) 灌漿試驗(yàn)時(shí)，鉆孔位置設(shè)置在第二層土與第三層土之間，即鉆孔上覆土層厚20cm。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ兔娣e為100120cm2，故上覆壓力應(yīng)為936kg。夯筑時(shí)使用底面積2020cm2重30kg的鐵夯，在導(dǎo)桿引導(dǎo)下均勻夯筑而成。 設(shè)計(jì)灌注土層厚度為30cm，故按40cm厚夯筑土層。具體用土指標(biāo)見表43。各邊模板由3cm厚雜木板和鑲鉗鐵皮做成，模板是間均開設(shè)有觀察孔，便于灌注時(shí)觀察。故模型長(zhǎng)按含二根枕木設(shè)計(jì)，寬按半邊道床設(shè)計(jì)，高按道床厚度加欲灌土層厚度設(shè)計(jì)。鑒次，我們決定采有大型模型試驗(yàn)，仿照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行灌注和測(cè)試。另一方面則由于在室內(nèi)做小試時(shí)，受試樣大小的限制，一般為長(zhǎng)10cm，直徑5cm的試件，根本無法求取灌漿滲透速度、滲透半徑和漿液分布狀態(tài)。這對(duì)如何具體確定理想的灌注位置和灌注方法，以提高灌注效果均帶來困難。見照片4－1，另外，由于塑料排水板為十米長(zhǎng)的卷材，不能多斷面同時(shí)施工，因而在一定程度上也限制了施工進(jìn)度。（5）壽命長(zhǎng)。（3）施工方便、快捷。線路中線軌槽道碴＞25砂保護(hù)層10塑排板砂墊層10既有軌面圖42 鋪設(shè)塑料板斷面塑料排水板的作用：一是隔水，使地表水不能滲入基床；二是將道床與基床面隔離，使列車動(dòng)載對(duì)基床面的抽吸作用減少，不致大量成漿；三是隔漿，有少量地下水的基床在塑料排水板下雖有泥漿，但泥漿受阻不能翻上道床，從而達(dá)到整治目的。個(gè)別地方土工布被嚴(yán)重腐蝕，強(qiáng)度降低，手撕即可破壞。原西鄉(xiāng)工務(wù)段在淡家溝隧道和柳樹溝隧道的土工布鋪設(shè)。 砂墊層砂墊層是較早采用的一種整治翻漿冒泥的方法，其作用是利用砂子的透水性在道碴與基床之間形成一種透水層，使雨水排出基床，從而達(dá)到整治目的。在1983年之前，較多采用石灰粘土加砂的三合土封面，其中也不乏成功的例子。用該材料加固軟弱土，可灌性好，滲透性強(qiáng)，特別是在空氣養(yǎng)護(hù)條件下，強(qiáng)度高達(dá)1159KPa，韌性變形近10%，抗水性好，但在濕養(yǎng)護(hù)下，強(qiáng)度下降，抗水性減弱。量小了丙烯酸鈣不凝固。配方為硫酸水玻璃占土重6%，%，用量占土重5%，混合漿液加固土性能見表322。5．抗水性與滲透性將風(fēng)干養(yǎng)護(hù)好的試樣放入水中，觀測(cè)水中崩解情況，其結(jié)果見表321。表320無側(cè)跟強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果丙烯酸鈣在風(fēng)干養(yǎng)護(hù)條件下，強(qiáng)度的提高顯得很好，耐水性也很好，而且養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，性能越好。通過不同配比與摻量的試驗(yàn)研究，從測(cè)試的無側(cè)限強(qiáng)度看，加固土的強(qiáng)度隨摻人丙烯酸鈣量的增加而增大，由于考慮到軟弱地基加固的成本問題，我們重點(diǎn)研究的丙烯酸鈣摻量為8%。%，用量為土重的8%。本次土樣取自原萬源工務(wù)段宣漢地區(qū)K538+544，土體基本性質(zhì)見表317。表318 丙烯酸鈣用量及養(yǎng)護(hù)時(shí)間試驗(yàn)從表318試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，丙烯酸鈣摻加量為土重8%，改性土有很好的強(qiáng)度，特別是粘砂土，表現(xiàn)出的性能更好。而丙烯酸鹽的粘結(jié)性好，抗擠出能力則是與粘結(jié)性有關(guān)的性能。這種土性質(zhì)差，容易造成基床病害。圖312丙烯酸鈣凝膠與溫度的關(guān)系 圖313低溫時(shí)催化劑用量與膠凝時(shí)間關(guān)系表316 低溫條件下氧化劑、還原劑與反應(yīng)速度的關(guān)系注：%，反應(yīng)溫度為5℃，過硫酸鈣與硫代硫酸鈉合起來稱為催化劑。溫度在20℃左右，凝膠時(shí)間約40~50分鐘。在加固土質(zhì)時(shí)，丙烯酸鈣的含量受到注漿用水量的限制，含量過低，反應(yīng)較為緩慢，而且摻入土中的水份過高，對(duì)加固土是不利的。在土中有機(jī)單體發(fā)生聚合反應(yīng)的只是丙烯酸的雙鍵官能團(tuán)，引發(fā)劑和促進(jìn)劑摻量是以丙烯酸的量來確定的。往往控制凝膠時(shí)間是以注漿加固路基工藝所需時(shí)間為依據(jù)。丙烯酸鹽是由丙烯酸和金屬離子結(jié)合組成的有機(jī)電解質(zhì)，在未聚合之前可溶于水，它是由丙烯酸與堿土金屬反應(yīng)制得。3．丙烯酸鹽漿液特性及其影響因素丙烯酸鹽用于軟弱土質(zhì)的加固，其特點(diǎn)有：
（1）注漿液在加固前，即聚合反應(yīng)前粘度很低，表面張力小，反應(yīng)一旦開始后，粘度才急劇增大，可灌性和速凝性好。2．丙烯酸鹽的毒性在丙烯酸鹽中由于鉻、鎳及其他化合物是致癌物質(zhì)，鋅鹽、鉛鹽和鉻、鋇的可溶性鹽均有毒性，因此這些元素的丙烯酸鹽不宜用作灌漿材料。表314丙烯酸鹽的種類和性狀丙烯酸鹽的水溶液通過聚合反應(yīng)生成丙烯酸鹽的凝膠，當(dāng)聚合反應(yīng)發(fā)生時(shí)，放出大量的熱能，同時(shí)吸收了水，這種凝膠是含水凝膠。我們?cè)谇叭斯ぷ鞯幕A(chǔ)上，針對(duì)襄渝鐵路原萬源工務(wù)段區(qū)域內(nèi)的翻漿冒泥地基土質(zhì)的情況，對(duì)丙烯酸鹽漿液的配制方法和膠凝劑的性質(zhì)以及現(xiàn)場(chǎng)灌漿的工藝進(jìn)行了研究，并在鐵路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)。1963年日本曾報(bào)道了將丙烯酸鹽用于土壤加固和隧道防滲等土木工程。采用磷酸水玻璃改良土，不存在結(jié)晶問題，更不會(huì)變成鹽漬土。2．用酸性水玻璃改良土質(zhì)，%考慮，養(yǎng)護(hù)4小時(shí)以上強(qiáng)度可達(dá)到200KPa以上，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增長(zhǎng)，強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，而且浸水多日不產(chǎn)生崩解。其比值越大，韌性越大，當(dāng)yc=1時(shí)，應(yīng)視為絕對(duì)脆性破壞，當(dāng)yc＞2時(shí)，視為韌性破壞。其決定因素有兩點(diǎn)，即材料的強(qiáng)度和材料的延展性。表3－10 混合材料改性土試驗(yàn)結(jié)果從表310看出在酸性水玻璃用量6%，丙烯酸43mml：氧化鈣6g配比情況下，收到強(qiáng)度高，且不崩解，并有一定韌性的優(yōu)質(zhì)漿液材料，但兩種漿液混合，施工工藝復(fù)雜，未在野外采用。2．配比研究：把硅溶膠用硫酸酸化，其配方如下： （1）硅溶膠：水=1：1，為A液 （2）硫酸：水=1：，為B液 （3）A：B=20：33．按不同摻加量，養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，其強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果見表39。它可牢固地附著在固體表面，形成堅(jiān)固的皮膜，也可滲入充填到多孔性物質(zhì)中，把物質(zhì)更好地膠結(jié)在一起。（二）磷酸水玻璃改性土研究因硫酸酸化水玻璃改性上有在低溫下長(zhǎng)出芒硝晶體的缺點(diǎn)，為避免土體硫酸鹽結(jié)晶膨脹破壞土體結(jié)構(gòu)，采用了磷酸酸化水玻璃對(duì)土進(jìn)行改性，其配比研究如下：1．磷酸稀釋：磷酸：水=2：1，稱為A液2．水玻璃稀釋：水玻璃：水=：1，稱為B液3．酸性水玻璃配比，按A液：B液=1：4．酸性水玻璃用量按土重8%計(jì)算，制成三軸樣品，在不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，測(cè)定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，其結(jié)果見表38。表37硫酸鈉溶解度表 g/100g溫度高，硫酸鈉的溶解度高，在試樣表面不易析出，當(dāng)溫度降低時(shí)硫酸鈉的溶解度低，尤其是溫度降至10℃，溶解度大幅度下降，此時(shí)，試樣表面會(huì)有硫酸鈉晶體析出，生成含水的Na2SO4使用兩種取樣法進(jìn)行分析：（1）取樣品為白色細(xì)粒晶狀物測(cè)試；（2）將制好的試樣放在蒸餾水中浸泡，分析水樣，結(jié)果證明其主要成分為硫酸鈉，形成硫酸鈉的反應(yīng)如下：式中鈉離子主要來源于水玻璃，硫酸根離子剛來自硫酸。表3－6 硫酸水玻璃加固土抗水浸蝕及老化試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)硫酸水玻璃改良后的翻漿冒泥土的強(qiáng)度有較大提高，若灌漿4小時(shí)后，即使遇上下雨也有一定強(qiáng)度。（2）酸化水玻璃用量對(duì)加固土強(qiáng)度的影響水玻璃酸化條件同前：所謂用量即摻入土中的酸化水玻璃與上的比例。表3－4 養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)加固土強(qiáng)度的影響*SA－03試驗(yàn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不是峰值強(qiáng)度。1．試驗(yàn)原料（1）工業(yè)水玻璃：成都亞川化工廠產(chǎn)品 ，（2）硫酸：四川化工廠產(chǎn)品 濃度98%，2．酸性水玻璃的制備（1）水玻璃：水=1:1 配制成稀釋水玻璃溶液備用（2）硫酸：水=1: 配制成稀硫酸溶液備用根據(jù)需要計(jì)算出酸化度，配制成試驗(yàn)用酸性水玻璃溶液。（2）泥巖中碳酸鹽的影響也不可忽略，這類礦物在干燥條件下堅(jiān)硬、強(qiáng)度高。一般來說，酸化度以75~100%較好，酸化度高，游離的SiO2多，膠凝性硅酸含量增加，這對(duì)加固土有利，游離出