液粉固化劑在道路中的試用

顏輝，范新庫，高偉

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122）

液粉固化劑在道路中的試用

顏輝，范新庫，高偉

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122）

國內(nèi)對道路土壤固化劑的研究尚處于萌芽狀態(tài)，為了正確指導(dǎo)使用土壤固化劑，必須對固化劑的相關(guān)理論體系進(jìn)行梳理和研究。文章借助實際工程和對比現(xiàn)行的道路規(guī)范，對固化劑中的液粉固化劑進(jìn)行淺層次的探討。文中初步全面地介紹了固化劑基本屬性、作用原理、使用條件、施工方法和類似驗收標(biāo)準(zhǔn)；同時，利用工程中具體的試驗數(shù)據(jù)，對成形后的固化土的穩(wěn)定性等性能進(jìn)行了初步評價，期望對固化土的研究有所指導(dǎo)和幫助。

土壤固化劑;固化土;穩(wěn)定性;檢驗

1 引言

工程建設(shè)中道路通暢是基本條件，在道路原材料成本不斷地飛漲的今天，新型低價材料的引進(jìn)和使用，是眾多投資者追求的目標(biāo)。目前，國內(nèi)合資或者私企從美國引進(jìn)技術(shù)，在國內(nèi)開拓市場，土壤固化劑就是引進(jìn)產(chǎn)品之一[1]。它能對現(xiàn)狀土的性能進(jìn)行改善，而且可以縮短工程工期，更可以降低建設(shè)成本。但是，洋產(chǎn)品是否會水土不服？1998年版的《固化類路面基層和底基層技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 80—98)已作廢；土壤固化劑品種繁雜，如何選用慎用，值得考究。

本文擬從土壤固化劑的基本屬性、作用原理、使用條件、施工作業(yè)方法、質(zhì)量驗收這一系統(tǒng)理論體系出發(fā)，結(jié)合具體實施的工程案例，對其進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評價和論述。

2 固化劑作用原理和基本屬性

2.1 作用原理

土壤固化劑[2]主要是利用無機(jī)鹽對土壤產(chǎn)生物理反應(yīng)，影響土壤原有的延展結(jié)構(gòu)，使土壤微粒之間產(chǎn)生較強(qiáng)的膠結(jié)力，使土壤板結(jié)和固化，從而達(dá)到改善和提高土壤的技術(shù)性能的目的，形成固化土[3]。市場上，各種不同品牌的固化劑的區(qū)別主要在于固化劑對土壤產(chǎn)生作用的過程中，添加材料的種類不同或者比例不同。土壤固化劑從屬相可分為液粉土壤固化劑和粉狀土壤固化劑兩類[4]，在使用過程中，可根據(jù)需要和當(dāng)?shù)夭馁|(zhì)選擇是否添加骨料。

2.2 基本屬性

《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》［5］對半剛性基層的定義，“采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料或土類材料鋪筑的基層”。固化土用作基層，則屬于半剛性基層，且屬于懸浮密實型。根據(jù)室內(nèi)試驗對骨架密實型（GM）、懸浮密實型（XM）結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比較，得出骨架密實型綜合指標(biāo)較優(yōu)于懸浮密實型，尤其是交通量大的公路，更是宜選用骨架密實型級配?！豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》［6］規(guī)定：穩(wěn)定細(xì)粒土只適用于高速公路、一級公路的底基層，二級及二級以下公路的基層、底基層；高速公路、一級公路的基層應(yīng)選用骨架密實型混合料。這是交通行業(yè)根據(jù)多年的施工和養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗得出的結(jié)論。因此，固化劑穩(wěn)定細(xì)粒土不宜作為高等級道路的基層材料［7］。

3 固化劑使用范圍和條件

3.1 使用范圍

從工程上尚主要限于兩個方面：一是用作鋪設(shè)臨時道路，改善運輸條件（如黏土多、基石少和多水、軟弱的地區(qū)的路基處理），便于加快施工進(jìn)程，搶得寶貴的施工工期；二是用作等級不高的道路路基或底基層，這樣可以大幅度降低工程造價。比如鄉(xiāng)村道路、低等級的城市街道、新疆區(qū)域運礦道路。所以，在大范圍使用固化土作為高等級道路基層的工程前，難以找到參考的工程經(jīng)驗。如果道路的基層和底基層材料沒有很好的穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，道路在投入使用后極易出現(xiàn)早期病害。主要表現(xiàn)為基層材料的密實性喪失，從而失去承載力，造成路面沉陷、路面開裂等病害。最后，在車輛荷載和各種自然因素的反復(fù)作用下，道路會出現(xiàn)嚴(yán)重沉陷，路面材料剝落等嚴(yán)重病害，從而使道路失去使用功能。如同大家熟知水泥土(含水泥石灰綜合穩(wěn)定土)，因水泥土有三個不利特征[8]：

1）水泥土的干縮系數(shù)和干縮應(yīng)變以及溫縮系數(shù)都明顯大于水泥砂礫和水泥碎石，水泥土容易產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮裂縫，并影響瀝青面層，使瀝青路面增加不少裂縫。

2）水泥土的強(qiáng)度沒有充分形成時，如表面水由瀝青面層滲入，水泥土基層的表層會發(fā)生軟化。即使是幾毫米厚的軟化層也會導(dǎo)致瀝青面層龜裂破壞。

3）水泥土的抗沖刷能力明顯小于水泥級配集料。一旦表面水由瀝青面層的裂縫或由水泥混凝土面板的接縫透入，容易產(chǎn)生沖刷現(xiàn)象。因此禁止用做高級瀝青路面的基層。實際上，在水泥混凝土面板下也不宜應(yīng)用，而只能用做底基層。

同上道理，固化土的使用也會受到限制和約束。

3.2 使用條件

1）材料。與常見的水泥、石灰粉煤灰穩(wěn)定土等材料相比，固化土的成功使用決定于土的均勻性和單一性。固化劑對土質(zhì)的要求較高，粒徑一般不得大于40mm[9]，有機(jī)質(zhì)含量不宜超過10%，液限大于50%、塑性指數(shù)大于26的細(xì)粒土不得采用；高液限的黏土須用生石灰或者水泥改性。對于需添加骨料的固化劑，選用級配碎石時，碎石粒徑宜在0.5～60mm之間，壓碎值≤30%。泥炭、淤泥、凍土、強(qiáng)膨脹土、有機(jī)質(zhì)土及易溶鹽超過容許含量的土等，不得直接用作原料。

2）采用人畜飲用水或pH≥6的水。

3）試驗?！豆仿坊┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》中指出對于“擬采用新技術(shù)、新工藝、新材料的路基”應(yīng)進(jìn)行試驗路段施工，試驗“路段長度不宜小于100m”。土壤固化劑屬于新技術(shù)和新材料的范圍，因此，需進(jìn)行必要的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗。按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》［10］進(jìn)行擊實試驗、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗壓模量等檢測；并按照規(guī)范形成試驗報告和試驗數(shù)據(jù)記錄表，從而確定適宜的配合比。根據(jù)檢測結(jié)果，確定抗壓模量、抗拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度等材料參數(shù)，然后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算確定滿足要求的路面結(jié)構(gòu)組成，并根據(jù)計算結(jié)果確定施工驗收的檢測指標(biāo)。

1）路面設(shè)計應(yīng)滿足耐久性，并具有良好的排水性。如各作業(yè)層面應(yīng)設(shè)2%～4%的排水橫坡，層面上不得有積水；投入使用后，必須也做好排水措施。只有這樣，才能保證固化土的水穩(wěn)性。

2）路床頂?shù)闹笜?biāo)要求。對路床頂進(jìn)行整平壓實處理，路基強(qiáng)度、壓實度、彎沉等各項指標(biāo)均應(yīng)滿足設(shè)計要求，經(jīng)壓實后路床頂各項指標(biāo)均應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定。當(dāng)指標(biāo)無法滿足時，應(yīng)對路床進(jìn)行換填、加固處理等應(yīng)滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》要求。

4 固化土路拌施工方法

固化土施工［11］分路拌和廠拌。路拌設(shè)備宜按順序優(yōu)選路拌機(jī)、翻耕犁、鏵犁、旋耕機(jī)。廠拌設(shè)備宜按順序優(yōu)選強(qiáng)力攪拌機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)。因路拌法操作簡單、施工方便、效率較高，因此，下面對路拌法下的液粉固化劑使用做重點闡述（廠拌類同相關(guān)規(guī)范）。

4.1 無骨料類液粉固化劑施工重點

這里重點講述水泥、固化劑的摻加與拌合環(huán)節(jié)。

1）摻加水泥

根據(jù)固化處理層的寬度、厚度及預(yù)定的干密度、水泥劑量，計算出每袋水泥的縱橫間距，在固化層上安放標(biāo)記。根據(jù)縱橫間距劃出方格，在每方格內(nèi)將一袋水泥卸在指定位置，檢查有無遺漏和多余。用鐵锨將水泥均勻攤開，并注意使每袋水泥的攤鋪面積相等，水泥攤鋪完后，表面應(yīng)沒有空白位置，也沒有水泥過分集中地點。

1.通過激勵，可以充分發(fā)揮職工自身的工作積極性。如果職工都在一種激勵的工作環(huán)境中，那么就可以發(fā)揮出職工飽滿的工作熱情和對工作的投入，這是國有林場開展人力資源管理最佳狀態(tài)。

2）初拌，使水泥與攤鋪的灰土拌合均勻，推土機(jī)排壓?，F(xiàn)場攤鋪的灰土，指標(biāo)必須與室內(nèi)試驗保持一致。

3）摻加土壤固化劑

首先，測定混合料的含水量，將土壤固化劑按“最佳含水量-實際含水量=實際摻入量”計算需摻入灰土中的水量，用水灌按比例稀釋，注意，應(yīng)將固化劑加入水罐中，采用壓力式灑水車或噴灌式灑水車均勻噴灑在排壓后的表面撒有水泥的混合料土層上。其次，噴灑土壤固化劑水溶液時，噴灑應(yīng)均勻，不遺漏，中途不停車，應(yīng)防止噴灑量過大。再者，不要直接在土壤中加入濃縮液，應(yīng)根據(jù)不同性質(zhì)的固化土配取不同體積比用水稀釋后的濃縮液。稀釋濃縮液時應(yīng)將濃縮液加入水中，不要把水加入到濃縮液中。

4）固化土拌和機(jī)拌合

固化土拌和機(jī)應(yīng)緊跟灑水車后進(jìn)行拌合。根據(jù)固化處理層厚度的要求，應(yīng)確定拌合深度，由兩側(cè)向中心，并略破壞下層表面，其深度宜為1cm，兩層之間不得留有未摻拌的“素土”夾層。每次拌合應(yīng)有重疊和翻透，并不得漏拌，且固化類混合料和顏色應(yīng)一致，拌合應(yīng)不少于兩遍或粒徑達(dá)到要求為止。務(wù)必保證拌合均勻、充分。

4.2 含骨料類液粉固化劑施工重點

1）機(jī)械兩次拌和應(yīng)有重疊，不使漏拌。每個拌和工序段后要達(dá)到土色均勻一致。務(wù)必保證拌合均勻、充分。

2）干拌和充分后，再濕拌和。路拌法的最小水用量為處理料干重的1%。

3）濕拌和過程中應(yīng)隨時注意檢測含水量，確保碾壓時的濕度符合要求。采用加石灰的方法收干水分時，應(yīng)在塑性指數(shù)允許的范圍內(nèi)。

4）拌和應(yīng)控制深度，不得漏拌和破壞下層?；鶎雍偷谆鶎邮┕r，底基層應(yīng)拉毛，深度以1cm為宜?；鶎雍偷谆鶎娱g不得留有未拌和的素土夾層。

5 固化土質(zhì)量驗收

目前，國內(nèi)道路設(shè)計采用彈性層狀體系理論，路面結(jié)構(gòu)或混合料的設(shè)計應(yīng)考慮在計算厚度時應(yīng)考慮路面材料、路基的回彈模量在一年的季節(jié)變化中處于強(qiáng)度最低的狀態(tài)為最不利。若固化土要作為道路結(jié)構(gòu)層的一部分，尤其是基層，必須按照以上設(shè)計原則進(jìn)行回彈模量設(shè)計。再一個就是結(jié)構(gòu)層組合問題。根據(jù)彈性理論分析，路面結(jié)構(gòu)厚度與層間模量比有密切關(guān)系，故對半剛性基層（固化土屬于半剛性）提出適當(dāng)控制層間模量比的要求。從理論上分析，宜盡量使半剛性基層與上部結(jié)構(gòu)層結(jié)合形成連續(xù)體系，減小上下層間模量比。所以，在使用固化土做基層時，上部面層的材料選取不宜與固化土回彈模量比值較大，降低層間滑移的風(fēng)險。大范圍推廣前，建議可操作的辦法就是選取道路試驗段進(jìn)行固化劑使用試驗[12]，通過大量的試驗數(shù)據(jù)比對分析，比較傳統(tǒng)設(shè)計下道路性能指標(biāo)和固化劑試驗段道路的性能指標(biāo)，當(dāng)彎沉、回彈模量、水穩(wěn)、強(qiáng)度等重要指標(biāo)相差不大時，經(jīng)專家論證認(rèn)可后可嘗試性進(jìn)行推廣；若指標(biāo)結(jié)果差別較大，必須思考如何改進(jìn)再投放使用，或者降低和減小使用范圍。

6 工程試驗

在南方某新建大型鋼廠內(nèi)選取試驗段道路進(jìn)行試驗，共分三節(jié)試驗段進(jìn)行，即半固化土試驗段、全水穩(wěn)試驗段、全固化土試驗段。試驗室約1年時間，最終確定三組配合比用于現(xiàn)場試驗段施工，即：水泥固化土（水泥：固化土=5:95）；水泥穩(wěn)定碎石（水泥∶碎石∶石屑=5:65:30）；水泥石灰穩(wěn)定礫石土（水泥∶石灰∶礫石∶土=5:3:25:67）。下面只摘取幾個代表性試驗。

1）原材料試驗（見表1）

表1 原材料試驗

試驗?zāi)康模涸谧匀唤缰校寥赖念w粒組成、礦物成分（尤其是氯離子）、化學(xué)成分、形成條件等有很大的差異，導(dǎo)致固化劑土的使用性能存在很大不確定性。針對當(dāng)?shù)貎煞N土質(zhì)，在水泥參量不同、固化劑參量相同情況下的幾種配合比進(jìn)行了原材料試驗。

從試驗結(jié)果中獲得不同固化土及不同齡期的強(qiáng)度及增長值指標(biāo)：從結(jié)果看出，砂性固化土的強(qiáng)度與增長比值明顯優(yōu)于褐紅色固化土，經(jīng)多方確定，使用砂性土作為本次試驗段的施工用土。

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及水穩(wěn)定性試驗（見表2）

表2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及水穩(wěn)定性試驗［13］

試驗?zāi)康模翰煌Y(jié)構(gòu)組合下，分析不同齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及水穩(wěn)性。

通過試驗結(jié)果，可以得出以下結(jié)果：

（1）水泥：固化土=5：95的情況下，水穩(wěn)性隨齡期增長最大，可達(dá)到10.7%；水泥石灰穩(wěn)定礫石土居中，達(dá)5.5%，水泥穩(wěn)定碎石較小，約3%。

（2）固化土在不飽水的條件下，強(qiáng)度高于飽水條件下；隨齡期增長，強(qiáng)度略有增長。

（3）傳統(tǒng)的水泥石灰穩(wěn)定礫石土和水泥穩(wěn)定碎石在飽水條件下，強(qiáng)度高于不飽水條件下；隨齡期增長，強(qiáng)度略有增長。

表3 試驗段彎沉試驗

試驗?zāi)康模涸囼灦尾煌Y(jié)構(gòu)組合下，通過路面上基層的彎沉試驗，找出異同點。結(jié)果如下：

（1）全水穩(wěn)上基層的彎沉值最小，全固化土上基層彎沉值最大，半固化土居中。

（2）隨著養(yǎng)生齡期的增加，三種結(jié)構(gòu)都趨于穩(wěn)定，彎沉都逐漸減小，表示發(fā)育良好。

通過試驗指標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場實際工程情況，選取最適合現(xiàn)場施工的路面結(jié)構(gòu)層組合方式，最終以“20cm水泥穩(wěn)定碎石+30cm固化土”替代了“30cm水泥穩(wěn)定碎石+20cm水泥石灰砂礫土”。

7 價格優(yōu)勢

固化土使用，主料以土為主，輔以固化劑。因此，節(jié)約了商品料的成本，而不需要級配的商品料，價格優(yōu)勢顯而易見。

圖1 固化土與傳統(tǒng)道路結(jié)構(gòu)的價格比

如圖1所示，該液粉固化土價格無論怎樣波動，每平米的造價均在傳統(tǒng)道路價格下方，隨著時代進(jìn)步的今天，其價格優(yōu)勢更是顯著。但是，投資者在考慮價格的同時，務(wù)必將工程質(zhì)量放在第一位。

8 結(jié)語

1）道路的傳統(tǒng)水穩(wěn)結(jié)構(gòu)從總體性能上，超過固化土；并在水穩(wěn)定性上，明顯優(yōu)于固化土；特別是高等級道路上，傳統(tǒng)水穩(wěn)結(jié)構(gòu)的地位至今不可動搖；

2）固化土能改善施工條件，快捷作業(yè)、強(qiáng)度、價格優(yōu)勢，優(yōu)于傳統(tǒng)水穩(wěn)結(jié)構(gòu)；

3）固化土的投用，務(wù)必做足試驗分析；大面積施工作業(yè)時，拌合的火侯是施工成敗的核心環(huán)節(jié)；

4）道路工程的性質(zhì)決定道路結(jié)構(gòu)型式的選擇。

【1】宋南京，陳新中，趙洪義.土壤固化劑的研究進(jìn)展和應(yīng)用[J].中國建材科技，2009（1）：56-61.

【2】任永強(qiáng).筑路工程用土壤固化劑的研究進(jìn)展[J].甘肅科技,2006(8): 185-188.

【3】彭波.S土壤穩(wěn)定劑路用性能[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002 (5):20-23.

【4】黃英,符必昌.土壤固化劑加固紅土的力學(xué)特性[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2002(5):4-6.

【5】JTGD50—2006公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

【6】JTJ034—2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

【7】周子兵.土壤固化劑在公路工程路面基層中的應(yīng)用研究[J].黑龍江交通科技,2011(8):9.

【8】CJJ/T 80—98固化類路面基層和底基層技術(shù)規(guī)程[S].

【9】JTGF10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

【10】JTGE51—2009公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].

【11】湖南省交通科學(xué)研究院.生物酶土壤固化筑路技術(shù)設(shè)計與施工指南[Z].長沙:湖南省科技廳,2009.

【12】何東坡，王森嶺，姚天宇.中路1號土壤固化劑在道路工程中的應(yīng)用[J].森林工程，2007(3)：37-39.

【13】JTGE40—2007公路土工試驗規(guī)程[S].

Test of Liquid and Powder StabilizerApplicated in Road

YAN Hui，F(xiàn)AM Xin-ku，GAO Wei
(CISDI，Chongqing 401122，China)

Domestic road soilstabilizerof the research isstillinanembryonic state,inorder to properlyguide theuseofsoil stabilizer,it mustsortouttherelevanttheoryand researchsystem.Thepaperascomparedw ith theactualprojectand theexisting roadstandard,liquidand powder stabilizer superficial discussion.The article describes the initial comprehensive basic properties of stabilizer,the role of principles, conditions of use,construction methods and sim ilar acceptance criteria;the same time,by using of project specific test data to become a prelim inary evaluation of the stability and other properties after form ing the solidified soil,hoping to provide some guidance and help of solidifiedsoilresearch.

soilstabilizer;solidifiedsoil;stability;test

U414

A

1007-9467（2016）08-0094-04

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.022

2016-03-16

顏輝（1982～），男，重慶人，工程師，從事咨詢、規(guī)劃、運輸類研究，（電子信箱）109742824@qq.com。