土壤固化剂是由多种无机和有机材料合成的一种新型环保节能工程材料。在土壤中加入固化剂后，固化剂与土颗粒充分混合，发生一系列的物理化学反应，从而改善土颗粒之间的接触面、填充颗粒间孔隙，并产生新物质凝聚土壤颗粒来强化土颗粒之间的连接结构。固化后的土体在外部挤压力作用下，可进一步缩小土颗粒间距，密实土壤结构，进而使土体强度提高，孔隙比变小，压实度变大，最终能够满足工程性质的要求 [ 1 ] [ 3 ] 。

按照土壤固化剂的发展过程、化学成分及固化机理等 [ 4 ] ，可对其进行分类，见图1所示。本文主要讨论固化剂组成成分相关性质对土壤性能的影响，因此按照主要成分的分类方法对土壤固化剂进行介绍。

试验研究主要是通过室内试验，再结合现场试验等宏观与微观相结合探究不同固化剂在软土地基处理中的固化性能，以及探究影响固化性能的主要因素。需要注意的是，传统固化剂材料由于采用大量的水泥，对环境影响较大，且由于国内建材价格快速上涨等原因使传统加固剂造价较高，故现阶段广大学者都致力于研发可以降低施工成本，且具有绿色环保的新型固化剂。其中，针对新型固化材料的研究主要有以下几个方面：

1)工业废弃物等在软土固化地基处理中的应用研究

Aly Ahmed [ 22 ] 通过将工业废石膏分别加入到水泥固化土和石灰固化土中，发现增大石膏掺量的比例对水泥固化土的抗压强度的提高不利，但对石灰固化土影响几乎没有，由于石膏较低的成本，因此可以应用于软土路基加固中；方祥位等 [ 23 ] 以干排粉煤灰和脱硫石膏两种工业废料为主原料，对北京软土进行固化研究，结果表明该固化剂改良土的工程特性明显优于石灰改良土，该固化剂改良后的土壤最大干密度增大、抗剪强度变高、防水渗透性好，因此可以提高底基层和基层的整体性，有利于避免公路路面产生裂缝；李战国等 [ 24 ] 认为工业废渣能提供膨胀性水化物填充土颗粒间的孔隙，也含有一定碱度，在加固软土方面有其独特的优势，通过试验发现在水泥用量仅占固化剂总量的24%时，其固化土的抗压强度是水泥固化土的2.75倍，该固化剂使废渣转变成“资源”。朱向阳、赵梦凝等 [ 25 ] [ 26 ] 分别探究了在水泥土搅拌桩中使用矿渣水泥和石膏、在粉喷桩中使用高钙粉煤灰等部分替代水泥进行地基加固中的应用，通过室内试验找到最佳配比，经过推算现场水泥土加固的强度及其变化规律、室内模拟施工等方法，朱向阳得出水泥掺量不得低于70 kg/m，才能满足工程要求的结论，赵梦凝确定高钙粉煤灰掺量15%、水泥掺量5%时，能够满足工程要求。工业废弃物与软土主要发生2.2.1所列出的化学反应，生成的CSH等胶凝性物质，使土颗粒更加致密，减小水对土颗粒的影响，使固化土的强度提高，抗剪能力增大。

2) 碱性活化剂等外掺剂在软土固化地基处理中的应用研究

Chayakrit Phetchuay、易耀林、邢维忠等 [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] 分别研究了碱性活化剂对CCR (电石渣)、FA (粉煤灰)和GGBS (高炉矿渣)等固化软粘土的影响，发现添加活化剂能破坏矿渣等物质内部的稳定结构，将内部具有水化性质的物质释放出来，加快反应的进行，从而显著地提高固化土的抗压强度，Chayakrit还讨论了活化剂所占比例对抗压强度的影响，并提出归一化方程来确定28天内的无侧限抗压强度值。邓永锋等 [ 30 ] 研究添加偏高岭土(MK)对水泥固化土的影响，提出固化土抗压强度与MK掺量之间关系是由活性域和惰性区域组成，MK掺量为3%是其分界点，并通过SEM和压汞试验，探究了固化土微观结构的变化，发现MK的掺入是从孔隙密实和胶结物增加这两方面提升水泥土的力学性能的，进而建立了孔隙比和水泥掺入比两参数的强度预测模型，指导工程实际。碱性活化剂等外掺剂能激发物质内部活性物质的活性，提高土壤的PH值，促进水化等反应，同时能与CSH等物质发生类似方程式5的反应，生成钙矾石等物质，形成的网络结构能提高固化土的强度。

3)有机化合物类固化剂在地基处理中的应用研究

王广政等 [ 31 ] 采用离子固化剂CHF固化粘性土壤，探讨在不同剂量的石灰和养护时间下的改良效果，发现CHF的固化性能与龄期成正比，同时在石灰掺量较少的情况下即可满足地基加固的承载力要求。任葳葳 [ 32 ] 采用聚丙烯酸脂乳液、苯丙乳液、吸水树脂三种高分子材料对淤泥土进行固化，发现掺加高分子材料后，固化土的抗压、抗剪强度增加，而且固化土还具有了一定的保水性，土壤的缩限有显著地提高，并根据干湿循环测试、泡水试验等探究了该固化剂应用于边坡工程、软基填筑材料是可行性的。通过电镜扫描等发现有机化合物与土壤作用时，能打破土颗粒的排列，使土颗粒联结更加致密，从而提高固化土的强度、抗变形能力等；通过CT扫描探究固化土的孔隙变化，发现有机化合物类固化剂作用下的固化土的大孔隙减少，小空隙增加，优化了孔隙结构和排列，进而改善软土的强度。

另一方面，针对影响固化性能因素的研究有：涂帆等 [ 33 ] 发现粉喷桩和浆喷桩的抗压强度都与水泥掺量成线性关系，但掺量对粉喷桩后期影响较大，而粉喷桩适用于含水量较大的地区，还根据第3、7天的抗压强度，建立经验公式，拟合浆喷桩的28天水泥土的抗压强度。宁建国等 [ 34 ] [ 35 ] 探究了土壤PH、土壤矿物成分对固化土抗压强度的影响，发现土壤中的蒙脱石含量高会降低抗压强度，需要加入碱式物质，提高抗压强度，土样PH值增大，固化土的抗压强度随之提高，当Ca(OH)₂达到饱和时，增大PH，抗压强度基本恒定；王领等 [ 36 ] 重点探究了水泥加固土初期PH值变化与强度的关系，发现初期PH大于11.7时，28天上海粘土的抗压强度才能满足要求。

软土固化剂对地基加固的理论研究，主要是利用影响固化土性能的因素如水泥掺量、固化龄期、含水率等作为参数，通过数值分析、构建数学模型等方法预测固化土的抗压强度等。

Lorenzo等 [ 37 ] 提出用固化后的孔隙率(e_ot)和水泥掺量(A_w)的比值来表征水泥固化软粘土的强度和压缩性，其中通过应力-应变行为看出当e_ot/A_w比增加时，水泥固化土的应变软化得到改善；李雪刚、徐日庆等 [ 38 ] [ 39 ] 采用水泥、生石膏和几种外加剂固化含有机物腐植酸的软土，并通过响应面法优化软土复合固化剂配方，发现添加改良土的28天强度在740~891 kPa变化，强度值能满足工程要求，并通过建立固化土综合强度预测模型与固化土弹塑性损伤模型，分析有机质含量、固化剂掺量和水泥掺量之间的变化规律；王立峰等 [ 40 ] 探究纳米硅粉SiO_2-x作为水泥土外掺剂对固化土的影响，并使用正交分析与回归分析，得出水泥掺量显著影响抗压强度、围压和纳米硅掺量其次影响抗压强度的结论，进而根据最佳配比建立回归方程预测抗压强度；Zhang等 [ 41 ] 提出用固化后的孔隙率、水泥掺量以及养护龄期作为控制参数，使用函数表达式6对固化土的无侧限抗压强度进行表征，其中q_u表示无侧限抗压强度(UCS)，n_t表示固化后的孔隙率，a_w表示水泥掺量，T表示固化时间，C、D为无量纲常数。

综上所述，使用土壤固化剂处理软土地基，能通过一系列的物理化学反应改良土壤的物理性能和力学性能，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的物质或固结柱体，与天然地基形成复合地基，共同承担荷载。而且应用工业废渣能使废渣变宝，应用有机物和生物酶类物质有利于环保，可见土壤固化剂对于处理软土地基的应用前景非常广泛。再通过不同影响参数构建本构关系、数学模型等可以更好地指导工程实际。

虽然国内的土壤固化剂种类繁多，有关固化剂介绍和应用的文献不少，但通过文献查阅发现针对软土固化问题，大都围绕室内试验数据，测定软土的物理参数，分析各参数与力学指标之间的相关关系等，但仍存在不足。

(1) 室内试验可以保证改良土的试样的质量，而在实际工程中由于施工的质量受多方面原因制约而降低，同时室内试验中加固土的搅拌方式和养护方式与现场施工存在较大差异，使室内试验不能很好地指导工程实际。

(2) 缺少系统规范的指导使用方法，造成固化剂材料多，但工程应用少；

(3) 试验多集中于单轴、三轴的强度分析，但涉及弹塑性本构关系、强度破坏下的相应的破坏包络线等研究较少，很少能提出简单的经验公式指导实际工程。

(4) 研究固化剂掺量、龄期对抗压、抗拉、抗剪强度的影响的论文较多，很少涉及固化剂密度、土壤含水率、固化温度、养护时间、土样PH值等多重因素对固化土的微观结构和强度的影响。

(5) 对固化剂的观测时间大都90~180天，缺少其长期效果的跟踪反馈。

(6) 添加剂配方的优选大都采用正交试验，不能得出各添加剂彼此间的相互作用规律。

土壤固化剂的广泛使用具有明显的社会、经济、环保价值。而土壤固化剂在固化软土的研究上，要综合考虑包括固化效果、适用性、施工方式、成本、环境等诸多因素，还要考虑建设施工本身的要求。笔者认为软土固化剂的研究有以下几个方向：

(1) 充分利用工业废弃物及其副产品等来研制、开发新型、有效的固化剂，使工业废渣在加固软土地基方面发挥更大的作用。

(2) 深入研究有机高分子、生物酶类固化剂，结合宏观与微观分析，进一步挖掘其作用机理，扩大其在地基加固处理中的使用范围。

(3) 探究综合使用各类固化剂，扬长避短后的作用效果。

(4) 进一步改进固化剂的配方或施工工艺，提高固化土的力学、抗变形、耐久性能。

(5) 深入探究固化剂改良软土三轴特性，并能建立本构关系反映固化剂改良土的特性，找到合适的经验公式或数学模型，建立理论与实践的桥梁，使经验公式更好的指导工程实际。

(6) 研究在动力载荷作用下固化剂改良土的性能和本构关系。