淺談固化劑在公路工程中的應(yīng)用

張 華

(福建省第一公路工程公司)

1 引 言

高速公路泉州至南寧橫線福建省境內(nèi)永安至寧化(閩贛界)高速公路A14合同段,位于三明市寧化縣石壁鎮(zhèn)、淮土鄉(xiāng)境內(nèi),路線起于石壁鎮(zhèn)南田村,終于五福亭村附近,起訖樁號(hào)為：K114+300～K121+768.27,路線全長 7.46827km。本合同段主要工程量有：路基土石方開挖 141.3922萬m3,填方 108.4414萬 m3,特大橋 1105.25m/1座,大橋 1915.45m/5座,中橋 67m/1座,隧道 540.5m/1座,通道 310.7m/4道,涵洞 877.84m/11道,防護(hù) 13635m3,排水工程 9532.4m。由于一些特殊土單純的使用石灰、水泥進(jìn)行加固效果不理想,通過室內(nèi)試驗(yàn)對固化劑加固土、石灰固化劑加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了分析,并應(yīng)用到該工程具體的施工過程中。

2 原材料性質(zhì)分析

本實(shí)驗(yàn)所用的土為粉土。

土的物理力學(xué)性質(zhì)：粉土 -1：黃色,比重 2.55,液限 11.8,塑限 2.6,塑性指數(shù) 9,屬于粉質(zhì)粘土;粉土 -2：深黃色,比重 2.50,液限 15,塑限 4.8,塑性指數(shù) 10.3,屬于粉性土。

土的顆粒組成 (粒度成分(mm)%)：粉土 -1：0、0、0、12.79、60.91、26.30;粉土 -2：粉土 -1：0、0、0、7.43、89.72、2.85。

3 配合比設(shè)計(jì)及最佳含水量確定

采用石灰土和固化劑石灰土進(jìn)行對比分析,來分析固化劑對強(qiáng)度的影響.配合比、最佳含水量/%分別如下：(1)石灰：土 -1=10：100,10.216;(2)石灰：土 -2=10：100,9.612;(3)石灰：固化劑：土 -1=10：10：100,10.423;(4)石灰：固化劑：土 -2=10：10：100,10.165。

4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是指試件在 20±2℃條件下養(yǎng)生 7天后的抗壓強(qiáng)度,是路面基層混合料的主要性能指標(biāo),規(guī)范要求公路路面基層混合料必須達(dá)到一定的強(qiáng)度要求.抗壓試驗(yàn)采用 5×5cm的圓柱體試件測定,混合料拌合均勻后,在塑料袋內(nèi)悶料 2h左右后成型,混合料裝入圓柱鋼模中,在反力架下以千斤頂加壓成型.養(yǎng)生條件為濕氣養(yǎng)生,即 23±2℃,相對濕度 97%,在恒溫恒濕箱中養(yǎng)生.測試方法一試件尺寸為 5×5cm圓柱體,從水中取出后,抹去表面水分放在路面強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上以每分鐘百分表100格的速度,測定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度.根據(jù)上述配合比成型試件,養(yǎng)生 7d,飽水 24h后求其飽水抗壓強(qiáng)度值,并根據(jù)飽水抗壓強(qiáng)度與固化劑劑量的關(guān)系曲線,來確定各種上最佳固化劑劑量。

5 固化劑施工工藝

本固化劑本身含有一定的水分,且水溶性較好.施工時(shí)先以一定量的水溶解,再將此水溶液以水的形式折算成最佳含水量所需水的一部分隨加水一同施工,施工工藝非常簡單,操作要點(diǎn)如下：

5.1 施工準(zhǔn)備

(1)施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各種原材料、混合料配合比、灰劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線、標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)、強(qiáng)度等試驗(yàn)。(2)現(xiàn)場取土,清除草根、樹根、石塊等雜物.土的塑性指數(shù)要不大于26,不小于 8。(3)生石灰應(yīng)在使用前 7～10d充分消解,含水量適中,并用 10mm孔徑的篩子篩除生石灰殘?jiān)?4)檢測土中的含水量,符合固化劑混合料的最佳含水量要求,當(dāng)不能滿足要求時(shí),應(yīng)對土采取處理措施.濕拌法宜大于最佳含水量的 1%-2%。(5)根據(jù)道路的長度、寬度、路基厚度、最大干密度、石灰和固化劑的配合比,計(jì)算石灰與固化劑的用量.將水與固化劑按 150～200∶1的比例稀釋濃縮液。

5.2 施工放樣

在路基上布設(shè)中線.直線段每15～20m設(shè)標(biāo)樁,平曲線段 10～15m設(shè)標(biāo)樁,并在兩側(cè)路肩邊緣外每 0.3～0.5m設(shè)標(biāo)樁標(biāo)注樁號(hào),并測出該樁號(hào)的設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.3 運(yùn)輸

用挖掘機(jī)裝車,自卸汽車運(yùn)輸,將合格的素土運(yùn)至現(xiàn)場,卸料時(shí)設(shè)專人指揮,素土鋪筑范圍要超出設(shè)計(jì)邊線 0.3m以上,用推土機(jī)整平。

5.4 攤鋪石灰

根據(jù)固化劑石灰土的厚度和最大干密度及石灰的配合比,計(jì)算石灰的攤鋪厚度,用自卸汽車將充分消解的石灰運(yùn)至路基上,由人工攤鋪,并及時(shí)檢測鋪筑厚度,確保石灰用量。

5.5 素土與石灰拌和

用路拌機(jī)將石灰土結(jié)合料拌和均勻,達(dá)到拌和后的石灰土色澤一致,控制路拌機(jī)的速度不大于 3km/h,避免有未摻拌的“素土”夾層,在邊角等部位由人工處理.在開始拌和時(shí),要標(biāo)定拌和深度,且不得更改,兩次拌和寬度要重疊20cm。

5.6 噴灑固化劑稀釋溶液

首先將灑水車裝水,再將固化劑濃縮液倒入灑水車中,稀釋濃度要結(jié)合土的天然含水量,當(dāng)素土含水量較低時(shí),稀釋濃度取低值,否則相反.同時(shí)參考施工當(dāng)日的氣溫情況,然后將適宜的稀釋液均勻的噴灑在石灰土的表面.確保在一定面積內(nèi)固化劑摻量準(zhǔn)確、均勻,且混合料含水量大于最佳含水量 1%～2%。在道路縱坡大于 20%時(shí)要配合緊密,防止固化劑液體流失,配合比不均勻。

5.7 濕拌

用路拌機(jī)將噴灑固化劑后的石灰土充分進(jìn)行濕拌,拌和要求同 4.5規(guī)定,加入固化劑的石灰土必須在 24h內(nèi)碾壓成型。

5.8 路基整型

混合料拌和均勻后,用推土機(jī)排壓兩遍,再用平地機(jī)刮平.在直線段,平地機(jī)應(yīng)由兩側(cè)向路中心進(jìn)行刮平;在平曲線段,平地機(jī)應(yīng)由內(nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行刮平.在整型過程中,由人工配合局部不平整的部位,在整個(gè)刮平過程中用水準(zhǔn)儀控制濕鋪標(biāo)高。嚴(yán)禁在局部較低的部位進(jìn)行薄層貼補(bǔ)。

5.9 碾壓

整型后的混合料路基在最佳含水量時(shí)壓實(shí),表層含水量不足時(shí),先灑水再進(jìn)行碾壓。先用 180kN及以上的三輪壓路機(jī)靜壓一遍,再用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓.碾壓時(shí)重疊部分為 1/2輪寬,并重復(fù)碾壓不少于4遍,后輪超過兩段接縫處,最后由三輪壓路機(jī)碾壓成型光面,碾壓時(shí)控制壓路機(jī)的速度不大于 3km/h,不得在未成型的道路上調(diào)頭或急剎車,達(dá)到壓實(shí)度要求,碾壓表面無明顯輪跡。

5.10 噴灑封層

碾壓完成后,立即噴灑固化劑水溶液封層,噴灑均勻,不得漏灑。

5.11 養(yǎng)生

養(yǎng)護(hù)期不應(yīng)少于 7d,且灑水養(yǎng)生不能間斷,未達(dá)到強(qiáng)度要求之前,禁止各類車輛通行。

6 注意事項(xiàng)

(1)路拌法中如利用灑水車實(shí)地噴灑不夠均勻且有較嚴(yán)重的泄漏,全部使用園盤犁(或旋耕犁)拌料不易大面積拌合均勻,施工中易發(fā)生軟漿現(xiàn)象,干燥后有表面固化不均勻現(xiàn)象.結(jié)合工地與室內(nèi)試驗(yàn)情況分析,建議條件合適時(shí)以場拌法為首選方案,必須采用路拌法時(shí)應(yīng)同時(shí)使用刮平機(jī)進(jìn)行大面積拌合。

(2)由于土的天然含水量是經(jīng)常變化的,拌合中以略高于最佳含水量 2～3個(gè)百分點(diǎn)的用水量進(jìn)行控制,方可保證料土中含水量不會(huì)過高。

(3)為保證固化劑均勻加入混合料中,施工中應(yīng)先將固化劑按比例加入水中并攪拌均勻,然后將固化劑稀釋液均勻噴灑在混合料中,用裝載機(jī)來回翻拌幾遍,直至均勻?yàn)橹?為保證固化劑稀釋液能夠均勻加入混合料,應(yīng)一邊拌和,一邊加固化劑稀釋液,不能以開始就將稀釋液一次噴灑完。

(4)下雨天不能進(jìn)行拌合,以免固化劑稀釋液隨雨水流失,建議一般不要采用人工拌合。

7 結(jié) 論

固化劑加固土的各項(xiàng)路用性能滿足規(guī)范要求,抗壓強(qiáng)度、回彈模量、承載比等物理力學(xué)指標(biāo)隨著摻量的增加而增大,當(dāng)固化劑摻量在 8%～12%之間時(shí),在保證技術(shù)質(zhì)量同時(shí),工程造價(jià)較低.當(dāng)固化劑中加入石灰,其路用性能均有所改善,建議采用 10%固化劑 +10%石灰。

固化劑代替水泥加固基層土,不需換土,可就地取材,固化劑用量和水泥加固 用量大體相當(dāng),并且不需大量挖棄土方,可節(jié)省運(yùn)輸和開挖費(fèi)用,其施工工藝和普通路基施工工藝基本相同,施工機(jī)械也大體固化劑加固土的施工工藝簡單可靠,且經(jīng)濟(jì)性合理,固化劑加固土作為公路工程的應(yīng)用具有廣泛的前景。

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[1]公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程 .中華人民共和國交通部發(fā)布,2009.

[2]范興華.SC系列固化劑在公路工程應(yīng)用的研究.東北公路,1997.