復(fù)合固結(jié)土路面基層研究與探討

程兆民

（吉林省高等級(jí)公路建設(shè)局，吉林 長(zhǎng)春 130000）

吉林省松嫩平原筑路砂、石材料匱乏、嚴(yán)重制約公路建設(shè)快速發(fā)展，如何利用分布廣泛的細(xì)粒土作為筑路材料，是值得認(rèn)真研究和探討的，因此提出了復(fù)合固結(jié)土路面基層技術(shù)研究課題：即以人工合成環(huán)保型材料土質(zhì)固化劑和常用的膠結(jié)材料（水泥或石灰）復(fù)合固結(jié)細(xì)粒土質(zhì)形成半剛性路面基層。試驗(yàn)表明：復(fù)合固結(jié)土具有強(qiáng)度高、施工成型快、凍穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗低溫收縮性好等特點(diǎn)，路用性能和技術(shù)指標(biāo)滿足行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。復(fù)合固結(jié)土路面基層是以細(xì)粒土為主要材料，用量占混合料的92%以上。采用復(fù)合固結(jié)土路面基層技術(shù)使傳統(tǒng)筑路材料嚴(yán)重匱乏地區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)公路建設(shè)就地取材，提高工程質(zhì)量，節(jié)省資源和能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，并可降低工程造價(jià)15～50%。

在復(fù)合固結(jié)土研究中，采用中路1號(hào)土質(zhì)固化劑進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，積累了較多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了認(rèn)真的整理、分析和研究。在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，鋪筑了8.7公里試驗(yàn)路，研究、總結(jié)復(fù)合固結(jié)土的施工工藝。試驗(yàn)路經(jīng)檢測(cè)和使用，其路用性能良好。

1 復(fù)合固結(jié)土的試驗(yàn)

為了掌握復(fù)合固結(jié)土路用性能的穩(wěn)定性和耐久性，對(duì)技術(shù)的可靠性進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證，在進(jìn)行路面常規(guī)的試驗(yàn)同時(shí)，還進(jìn)行了機(jī)理分析，采用對(duì)試件進(jìn)行巖相分析、電鏡掃描、X射線衍射、熱重與差熱分析等方法，研究其內(nèi)部主要礦物含量、晶體形貌和微觀結(jié)構(gòu)的變化來(lái)分析其穩(wěn)定性和耐久性。通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，土質(zhì)固化劑對(duì)土質(zhì)的固化效果是一種綜合行為，既有物理吸附和纏繞又有化學(xué)反應(yīng)，它對(duì)混合土質(zhì)產(chǎn)生的固化效果很有效。

1.1 土質(zhì)固化劑對(duì)水泥、石灰、粘土混合土也具有較好的固化作用。土質(zhì)固化劑、水泥（石灰）、粘土三者相互作用，相互促進(jìn)，能夠形成密實(shí)的、水穩(wěn)性較好、強(qiáng)度較高的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。

1.2 根據(jù)復(fù)合固結(jié)土的力學(xué)性能指標(biāo)及強(qiáng)度與齡期、強(qiáng)度與壓實(shí)度的增長(zhǎng)規(guī)律，確定了最佳配合比范圍，提出了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)和抗彎拉強(qiáng)度、抗壓回彈摸量等設(shè)計(jì)參數(shù)。復(fù)合固結(jié)土配合比應(yīng)根據(jù)土質(zhì)性能并通過(guò)試驗(yàn)確定，一般為：膠結(jié)材料4%～6%，土質(zhì)固化劑0.01%～0.03%。配合比中的膠結(jié)材料包括石灰、水泥及WSL路面基層穩(wěn)定劑等；土包括粉質(zhì)土、粘質(zhì)土和砂性土，其中砂性土只適用與水泥或WSL路面基層穩(wěn)定劑復(fù)合。

試驗(yàn)得出的復(fù)合固結(jié)土強(qiáng)度指標(biāo)表

1.3 復(fù)合固結(jié)土強(qiáng)度指標(biāo)

試驗(yàn)得出的復(fù)合固結(jié)土強(qiáng)度指標(biāo)表

2 復(fù)合固結(jié)土的路用性能

2.1 水穩(wěn)定性

固化劑穩(wěn)定土質(zhì)最大的問(wèn)題就是水穩(wěn)定性差，采用復(fù)合固結(jié)土的方式將較好的解決固結(jié)土水穩(wěn)定性差的問(wèn)題。試驗(yàn)表明，直接用土質(zhì)固化劑固結(jié)土?xí)r，雖然能使土質(zhì)顆粒間更加緊密、堅(jiān)固，且抗壓強(qiáng)度有一定提高，但遇水后易于散解。復(fù)合固結(jié)土通過(guò)優(yōu)化配比，采用復(fù)合固結(jié)的方式穩(wěn)定細(xì)粒土，使其形成能夠滿足路用技術(shù)指標(biāo)要求的路面基層材料。復(fù)合固結(jié)土水穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)90%以上；將室內(nèi)試驗(yàn)試件及試驗(yàn)路取芯試件浸水180天和1年進(jìn)行觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)散解現(xiàn)象，且強(qiáng)度損失較小，說(shuō)明復(fù)合固結(jié)土具有良好的水穩(wěn)性，從而解決了單一土質(zhì)固化劑固結(jié)土作為路面基層遇水散解的問(wèn)題。

2.2 凍穩(wěn)定性與低溫收縮性

結(jié)合季節(jié)性冰凍地區(qū)特點(diǎn)，系統(tǒng)研究了復(fù)合固結(jié)土的凍穩(wěn)定性和低溫收縮性。季節(jié)性冰凍地區(qū)的特點(diǎn)要求半剛性路面基層材料不僅具有足夠的強(qiáng)度和剛度，還應(yīng)具備較好的抗凍性能，特別是抗凍裂性能，否則，將導(dǎo)致路面開(kāi)裂，影響路面的使用年限。在分別對(duì)不同配比的復(fù)合固結(jié)土進(jìn)行了凍融循環(huán)試驗(yàn)和低溫收縮試驗(yàn)表明：第一，復(fù)合固結(jié)土經(jīng)過(guò)凍融后強(qiáng)度損失較大，但由于該材料自身?xiàng)l件好，抗壓強(qiáng)度高，雖然經(jīng)過(guò)多次凍融，其剩余抗壓強(qiáng)度仍然較高。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，水泥類復(fù)合固結(jié)土抗冰凍性能要好于二灰碎石，完全可以滿足路用性能要求。第二，復(fù)合固結(jié)土混合料的溫度收縮系數(shù)與水泥穩(wěn)定砂礫、二灰碎石的溫度收縮系數(shù)基本一致，證明了復(fù)合固結(jié)土混合料基層抗低溫收縮效果較好。通過(guò)對(duì)2001年修筑的10段復(fù)合固結(jié)土基層試驗(yàn)路段的調(diào)查結(jié)果顯示：其實(shí)測(cè)的開(kāi)裂率為50～110m/1000m2,平均裂縫間距為9～20m，與二灰碎石和水穩(wěn)砂礫結(jié)構(gòu)平均裂縫間距較為接近。

3 復(fù)合固結(jié)土施工工藝研究

通過(guò)試驗(yàn)路施工，系統(tǒng)總結(jié)了復(fù)合固結(jié)土結(jié)構(gòu)施工工藝，為研究成果的推廣應(yīng)用提供了切實(shí)可行、方便操作的施工方法。復(fù)合固結(jié)土路面基層施工方法與石灰土施工方法基本相同，均可采用路拌法和中心站集中廠拌法施工。施工中應(yīng)主要控制好以下環(huán)節(jié)：

（1）保證施工中固化劑的用量準(zhǔn)確。固化劑的用量一般通過(guò)稀釋液的濃度和噴灑數(shù)量來(lái)控制。首先，根據(jù)土的天然含水量和設(shè)計(jì)的固化劑用量以及復(fù)合固結(jié)土的最佳含水量來(lái)配制固化劑稀釋液，其濃度一般在1:100～1:200之間為宜。當(dāng)土的天然含水量較低時(shí)，固化劑稀釋液濃度應(yīng)小些，反之其濃度應(yīng)高些，為了使固化劑噴灑均勻，其濃度一般不高于1:100。噴灑固化劑應(yīng)調(diào)整好和水量的關(guān)系，以保證固化劑的用量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。固化劑的用量可根據(jù)固化劑稀釋液濃度和拌合前后的含水量進(jìn)行檢測(cè)。

（2）混合料拌合必須均勻。由于復(fù)合固結(jié)土中固化劑和膠結(jié)材料的用量小，能否拌和均勻直接影響路面基層的強(qiáng)度和使用性能，因此，在施工中必須保證混合料拌合均勻。試驗(yàn)路施工采用中路1號(hào)土質(zhì)固化劑，其固化劑具有很強(qiáng)的滲透能力，使復(fù)合固結(jié)土的和易性好，易于拌和均勻。

（3）加強(qiáng)碾壓。采用提高壓實(shí)度的方式來(lái)提高復(fù)合固結(jié)土的強(qiáng)度，保證施工質(zhì)量，是復(fù)合固結(jié)土施工的關(guān)鍵。根據(jù)試驗(yàn)路的施工和檢測(cè)結(jié)果分析，用于高等級(jí)路面基層的復(fù)合固結(jié)土結(jié)構(gòu)其壓實(shí)度必須達(dá)到97%，底基層其壓實(shí)度應(yīng)在95%以上。

（4）復(fù)合固結(jié)土路面基層養(yǎng)生。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合固結(jié)土應(yīng)采用封閉養(yǎng)生，即底基層碾壓成型后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基層施工，基層完成后應(yīng)立即灑透層油，做好下封層，實(shí)行封閉養(yǎng)生，防止初期雨水浸泡和風(fēng)干。如特殊情況不能封閉養(yǎng)生，應(yīng)及時(shí)噴灑適量的低濃度固化劑稀釋液進(jìn)行養(yǎng)生。

4 復(fù)合應(yīng)用固結(jié)土結(jié)構(gòu)在復(fù)合路面基層的使用

復(fù)合型路面基層是用兩種或兩種以上不同混合材料分層攤鋪而一次碾壓成型的路面基層，采用復(fù)合固結(jié)土結(jié)構(gòu)形成的復(fù)合型路面基層可稱為雙復(fù)合結(jié)構(gòu)。復(fù)合固結(jié)土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗壓回彈模量，凍穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和低溫收縮性能等技術(shù)指標(biāo)都較好，能夠滿足高等級(jí)路面基層的技術(shù)指標(biāo)要求。但復(fù)合固結(jié)土結(jié)構(gòu)是以細(xì)粒土為主要材料，與瀝青混合料面層的聯(lián)結(jié)較差，因此應(yīng)用在高等級(jí)路面基層時(shí)，采用與瀝青混合料面層的聯(lián)結(jié)效果較好的二灰碎石和水泥穩(wěn)定砂礫結(jié)構(gòu)作為基層的上半部分，而復(fù)合固結(jié)土結(jié)構(gòu)作為基層的下半部分，同時(shí)碾壓形成整體，即為雙復(fù)合路面基層結(jié)構(gòu)。雙復(fù)合路面基層結(jié)構(gòu)，將較好的解決與瀝青混合料面層的聯(lián)結(jié)問(wèn)題，同時(shí)是復(fù)合固結(jié)土結(jié)構(gòu)技術(shù)的延伸與拓展。

綜上所述，復(fù)合固結(jié)土作為路面基層結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用方面是成功的，在技術(shù)上是可行的，有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益。復(fù)合固結(jié)土作為一種新型的半剛性路面基層材料具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，這項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用，將為實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)做出積極貢獻(xiàn)。

[1]黃海章.談?wù)劼访婊彝粱鶎拥氖┕J].廣西交通科技，1993-10-01.