EPS顆?；旌陷p質(zhì)粉砂土在公路中的處理技術(shù)探討

◎金建軍 姜忠忠 浙江交工集團(tuán)股份有限公司港航分公司

目前，國(guó)內(nèi)外通過(guò)用輕質(zhì)填料代替普通土填料，以達(dá)到減小路基沉降、節(jié)省路基處理費(fèi)用這一目的。通過(guò)這種處理手段，可使路堤具有較高的回彈模量，不易被壓縮，大大減小輕質(zhì)填料土對(duì)路基的附加荷載，從而使軟弱地基的路堤穩(wěn)定性要求達(dá)標(biāo)，同時(shí)還減少了后期養(yǎng)護(hù)、加固等施工費(fèi)用。輕質(zhì)混合土最近在國(guó)內(nèi)外都有較深入的研究使用，與普通填料土相比，輕質(zhì)填料土具有超輕性、耐壓縮性、自立性、高強(qiáng)度性等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使路堤不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降與變形，不僅保證路堤穩(wěn)定性，也為降低路堤的壓實(shí)要求提供了優(yōu)良條件。因此，在國(guó)內(nèi)也得到了較為廣泛的應(yīng)用，有效解決了公路橋頭跳車問(wèn)題與軟基過(guò)渡段的沉降和不均勻沉降問(wèn)題，具有較好的工程實(shí)踐效果。輕量化技術(shù)能夠有效增加廢棄資源的利用效率，這一技術(shù)可以將各種廢棄泡沫塑料、工業(yè)固體廢棄物和工程廢棄土等結(jié)合轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)混合土，在兼顧環(huán)境問(wèn)題的基礎(chǔ)上，同時(shí)用于社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，具有非常好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。充分利用廢棄泡沫塑料、工業(yè)固廢和工程廢棄土，符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略要求。

1.工程概況

1.1 公路施工概況

紹興市濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)新東線（新二村-東二區(qū)）路線工程項(xiàng)目起點(diǎn)位于紹興市濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)西區(qū)與蕭山區(qū)臨江新城交匯處（紹興縣新二村)，即臨化一號(hào)路與環(huán)西路交叉處，起點(diǎn)樁號(hào)為K0+000。道路向東方向布置與柯海線、興濱路相交，通過(guò)當(dāng)時(shí)正在施工中的濱海大橋跨過(guò)曹娥江后，再向東于K15+160處下穿嘉紹高速公路后進(jìn)入上虞濱海新城，終點(diǎn)則設(shè)在上虞市東部與余姚市交匯處，終點(diǎn)樁號(hào)為K29+442.494，全道路路線長(zhǎng)27.445km。

紹興濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)新東線（新二村-東二區(qū)）公路工程軟土地基處置方案為：K15+160～K19+829段和K25+315～K29+443.177，采用吹填再聯(lián)合真空井點(diǎn)降水及強(qiáng)夯處治后就地固化填筑路基。

1.2 工程地質(zhì)

EPS（Expanded PolyStyrol，簡(jiǎn)稱EPS顆粒）泡沫顆?；旌陷p質(zhì)土路基試驗(yàn)段位于紹興上虞地區(qū)錢塘江南岸沖海積平原區(qū)，淺部沖海積粉土、粉砂層厚14.40～26.80m，狀態(tài)松散～中密，性質(zhì)較差，局部具液化趨勢(shì)。中部為厚層海積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土層，流塑～軟塑狀，厚度3.10～26.70m；壓縮性高，性質(zhì)差。中下部主要為海積軟塑～可塑狀粉質(zhì)黏土，局部夾沖湖積硬土層。

2.輕質(zhì)土施工方案與技術(shù)

2.1 原材料要求及配比設(shè)計(jì)

EPS泡沫塑料顆粒：取自浙江省杭州市某工廠，成分為阻燃型發(fā)泡聚苯乙烯，是一類輕型的高分子聚合物,為圓球狀顆粒，粒徑1～2mm，密度15～20kg/m。經(jīng)密度試驗(yàn)測(cè)算，EPS顆粒堆積體的密度為0.0314g/cm，EPS純顆粒的密度為0.0586g/cm。EPS球粒中的戊烷由于受熱而汽化，在微粒中迅速擴(kuò)展并產(chǎn)生了很多密閉的小腔室，因而使其密度非常小。

固化劑：采用諸城市九七建材有限公司制造的硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級(jí)42.5MPa的普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間大于3h、終凝時(shí)間大于6h；采用連云港某堿廠所提供的堿渣，堿渣中的主要成分為CaCO、CaSO、NaCl、CaCl、Mg(OH)；采用鹽城某工廠所提供的廢棄石膏，主要成分為CaSO、CaSiO、3CaO·AlO等。

水：采用自來(lái)水。

原料土：按就地取材的原則，選用粉砂土為原料土。粉砂土天然含水率為25.4%，塑限為16%，液限為27%，最優(yōu)含水率為12%，最大干密度為1.85g·cm。

2.2 EPS顆粒加入方法

EPS球粒的加入量主要有二種方式：一種方式是EPS球粒與原料粉砂土相互之間的質(zhì)量比例，而第二種方式則是EPS球粒與原料粉砂土相互之間的體積比例。因?yàn)镋PS球粒的粒徑大小與密度受發(fā)泡劑特性的影響，在工廠中制造出的EPS球粒的粒徑大小通常都會(huì)有某個(gè)變動(dòng)范圍。所以，當(dāng)使用質(zhì)量百分比當(dāng)作EPS球粒加入的控制準(zhǔn)則時(shí)，同樣品質(zhì)體積的EPS球粒，其質(zhì)量也不一定相等，因而導(dǎo)致加入同樣重量的EPS球粒后所制作成的輕質(zhì)混合粉砂土試樣的物理性質(zhì)、力學(xué)特征不同的情況。為確保所生產(chǎn)出的輕質(zhì)混合土試樣能夠性質(zhì)保持穩(wěn)定，以便使各種配比的輕質(zhì)混合土試樣的物理性質(zhì)、力學(xué)特征均具備良好可靠性，本文采用EPS顆粒與原料土之間的體積比作為輕質(zhì)材料的添加標(biāo)準(zhǔn)。

在本試驗(yàn)中所控制的EPS顆粒與粉砂土的體積之比分別是0.4、0.6、0.8、1.0、1.2。

在室內(nèi)測(cè)試中所提及的EPS球粒的體積均指純粒子體積，而不是粒子聚集體的總體積。這兩個(gè)體積的測(cè)定方法分別為：把EPS球粒放入開口面積較小的已知總?cè)莘e為v的容器中，那么容器的總體積也就是EPS球粒堆積體的總?cè)莘e。采用精度較高的電子天平稱取其質(zhì)量為ml，然后在容器上方開口處蒙一個(gè)孔徑小于EPS球顆最小粒徑的紗網(wǎng)，采用一定的水壓向容器中注水，注滿時(shí)稱取質(zhì)量，再注水稱取質(zhì)量，直到前后兩次稱取的質(zhì)量基本不變?yōu)橹埂４藭r(shí)認(rèn)為容器內(nèi)EPS顆粒堆積體的孔隙中已全部充水。記錄此時(shí)的質(zhì)量為m。則在EPS顆粒堆積體中，純EPS顆粒的體積所占的比率為：

根據(jù)式（1）可以換算出EPS顆粒堆積體中的純EPS顆粒體積。采用純顆粒體積進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是概念明確，所測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)較??；二是采用不同種類的泡沫塑料顆粒制備輕質(zhì)混合土試樣時(shí)，可以達(dá)到輕質(zhì)材料的同體積置換效果，因此不同輕質(zhì)混合土試樣之間的物理、力學(xué)指標(biāo)具有可比性。

2.3 室內(nèi)預(yù)配比試驗(yàn)

本試驗(yàn)選用現(xiàn)場(chǎng)原位粉砂土作為原料土，發(fā)泡聚苯乙烯顆粒作為輕質(zhì)材料，水泥作為輕質(zhì)土固化劑的主要材料并摻加一定的堿渣和廢石膏來(lái)制備粉砂泡沫塑料顆粒輕質(zhì)混合土?，F(xiàn)場(chǎng)改良固化劑配比使用8%水泥+4%堿渣+2.4%廢棄石膏，在此基礎(chǔ)上摻加不同比例的EPS泡沫塑料顆粒，制作試樣，測(cè)量其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，從中挑選適用工程的EPS顆粒摻量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

EPS顆?；旌陷p質(zhì)土配比設(shè)計(jì)目標(biāo)：容重不超過(guò)13kN/m，28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。

根據(jù)室內(nèi)預(yù)配比試驗(yàn)的強(qiáng)度及容重比較，從容重?cái)?shù)值分析可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)EPS顆粒摻量為60%時(shí)，試驗(yàn)容重約為11.9kN/m；當(dāng)EPS顆粒摻量為80%時(shí)，試驗(yàn)容重約為11.5kN/m；當(dāng)EPS顆粒摻量為100%時(shí)，試驗(yàn)容重約為11.0kN/m。三個(gè)配比的容重均符合配比設(shè)計(jì)目標(biāo)，容重不超過(guò)13kN/m。從強(qiáng)度數(shù)值上分析，當(dāng)EPS顆粒摻量為60%時(shí)，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.99MPa；當(dāng)EPS顆粒摻量為80%時(shí)，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.84MPa；當(dāng)EPS顆粒摻量為100%時(shí)，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.71MPa。當(dāng)EPS顆粒摻量為60%和80%時(shí)，符合配比設(shè)計(jì)目標(biāo)，28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。

通過(guò)室內(nèi)預(yù)配比試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)60%是EPS顆?；旌戏凵巴恋囊粋€(gè)較為理想的摻量，故在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段試驗(yàn)中選用固化劑配比為8%水泥+4%堿渣+2.4%廢棄石膏；EPS泡沫塑料顆粒體積摻量比（EPS顆粒與原料土之間堆散體積比）為40：60。

2.4 施工設(shè)備

攪拌設(shè)備：ALLU固化強(qiáng)力攪拌頭。

攤鋪設(shè)備：1臺(tái)PC200挖掘機(jī)。

強(qiáng)力攪拌頭是一種專業(yè)型的立體攪拌裝置，使用挖機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)，將兩個(gè)混合攪拌頭以合理的夾角相對(duì)布置于連桿機(jī)構(gòu)噴嘴二端，以進(jìn)行三維的混合攪拌。同時(shí)，在旋轉(zhuǎn)攪拌過(guò)程中，固化劑通過(guò)后給料系統(tǒng)送至攪拌頭出口，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)混合和穩(wěn)定的目的。

目前國(guó)內(nèi)強(qiáng)力攪拌頭的設(shè)計(jì)方案：①攪拌頭按不同尺寸設(shè)計(jì)，便于連續(xù)搭接并形成板體，單次攪拌面積不小于1m。②上部拉桿的長(zhǎng)度大于等于3米，可設(shè)置加長(zhǎng)桿，使最大處理深度一般不小于7米。③攪拌效率：50-100m/小時(shí)。

當(dāng)設(shè)計(jì)固化深度小于1.2m時(shí)，宜選用攪拌頭高度不超過(guò)0.8m的設(shè)備。

強(qiáng)力攪拌并添加固化劑的施工方法可噴送粉體及漿體。國(guó)外設(shè)備是粉末，所以是粉末輸送設(shè)備。然而，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水泥處理的攪拌均勻性優(yōu)于粉狀，無(wú)粉塵，環(huán)保性更好。為此，現(xiàn)場(chǎng)還準(zhǔn)備了固化劑供料裝置。固化劑加料設(shè)備的加料壓力不小于3MPa，可同時(shí)加入多種固化劑強(qiáng)力攪拌。

2.5 施工準(zhǔn)備流程

（1）根據(jù)施工設(shè)備、勞動(dòng)力、材料等要求，編撰制定施工計(jì)劃?？紤]混合輕質(zhì)土在施工過(guò)程中需要考慮的各項(xiàng)因素。

（2）由于粉砂土局部具有液化趨勢(shì)，所以在施工前需做好路基排水工作。在部分路段，需在距離坡腳至少2m處開挖排水溝，清除積水。

（3）進(jìn)行室內(nèi)預(yù)配比試驗(yàn)，得出滿足強(qiáng)度的混合料顆粒組成和含水量。

2.6 就地固化流程

現(xiàn)場(chǎng)流程如下所示：

（1）驗(yàn)證固化土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）在固化之前，清除樹根、石頭等其他障礙。如果有硬殼層，則應(yīng)盡可能早地使用挖掘機(jī)松土。

（3）對(duì)固化區(qū)域進(jìn)行分塊，常規(guī)的劃分尺寸為5m×5m或5m×6m左右的處理區(qū)域，對(duì)路基范圍內(nèi)粉砂土就地固化，固化深度為3.0m。

（4）漿劑水灰比宜為0.6。

（5）在固化區(qū)域挖出40%的原位土，傾倒入預(yù)配比計(jì)算的EPS顆粒，采用挖機(jī)進(jìn)行初步拌和。

（6）初步拌和后采用ALLU強(qiáng)力攪拌頭，將EPS顆粒與坑內(nèi)剩余原位土進(jìn)行就地強(qiáng)力攪拌。就地拌合時(shí)，將固化劑與混合土逐步攪拌到地基處理深度，攪拌應(yīng)均勻。攪拌頭先向下后向上運(yùn)行逐漸深入拌和并噴射改良固化劑，直至達(dá)到路基設(shè)計(jì)最底部。

（7）當(dāng)固化區(qū)域拌和完成后，應(yīng)立即預(yù)壓，可采用滿足設(shè)計(jì)要求的填土材料對(duì)拌和后的土體進(jìn)行堆載預(yù)壓，或采用機(jī)械進(jìn)行預(yù)壓。不宜過(guò)度壓實(shí)，避免出現(xiàn)EPS顆粒大量壓碎、壓扁的現(xiàn)象。

（7）地基表層土碾壓整平，且平整度滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

（8）養(yǎng)護(hù)加強(qiáng)場(chǎng)地排水，減少外界水環(huán)境影響，養(yǎng)護(hù)時(shí)間保證在7d以上。

3.路基檢測(cè)方案

3.1 十字板剪切試驗(yàn)

對(duì)就地固化加固后土體進(jìn)行不同深度處十字板剪切試驗(yàn)，對(duì)加固后的土體厚度每20cm深度進(jìn)行1次十字板剪切試驗(yàn)，得到了各試驗(yàn)工況下加固后28d加固區(qū)范圍內(nèi)土體不同深度處十字板剪切強(qiáng)度。

3.2 靜力觸探試驗(yàn)

靜力觸探試驗(yàn)主要應(yīng)用于判定軟泥、一般粘性土、粉土和砂土的自然土壤地基，和通過(guò)換填處理墊板、預(yù)壓、壓實(shí)、擠密、夯實(shí)處理過(guò)程后的人工地基的地基承載能力、土壤變化基本參數(shù)，以及評(píng)估地基處理效率。對(duì)辦理的地基土方質(zhì)量問(wèn)題實(shí)行質(zhì)量驗(yàn)收檢查時(shí)，單位施工的檢查數(shù)量不應(yīng)低于十點(diǎn)，同時(shí)檢查同一土層的檢驗(yàn)單位有效數(shù)量也不應(yīng)低于六個(gè)。對(duì)就地固化加固后土體進(jìn)行不同深度處?kù)o力觸探試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)借助靜壓力將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土層，量測(cè)貫入阻力。對(duì)加固后的土體厚度每10cm深度進(jìn)行檢測(cè)，得到了各試驗(yàn)工況下加固后28d加固區(qū)范圍內(nèi)土體不同深度處的錐尖阻力。

3.3 靜載試驗(yàn)

對(duì)就地固化加固后土體進(jìn)行不同深度處?kù)o載試驗(yàn)，采用慢速維持荷載法，對(duì)加固后的土體進(jìn)行檢測(cè)，逐級(jí)加載，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載，直到試樁破壞，然后分級(jí)卸載到零。得到了各試驗(yàn)工況下28d加固區(qū)范圍內(nèi)土體的容許承載力。

3.4 均勻性檢測(cè)試驗(yàn)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件下養(yǎng)護(hù)齡期為1d的各深度輕質(zhì)土鉆取芯樣，每間距0.3m使用直徑為0.15m的PVC管選取一段輕質(zhì)土，并置于自然養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28d，測(cè)算各段容重及其28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

4.施工過(guò)程注意事項(xiàng)條例

4.1 施工前EPS顆粒妥善存放

EPS顆粒密度小，暴露易吹散，為避免顆粒飛散，對(duì)EPS顆粒的存放，應(yīng)考慮放于避風(fēng)處，并加罩存放。

4.2 拌和時(shí)間需試拌確定

區(qū)別于其他輕質(zhì)路基，EPS顆粒混合輕質(zhì)粉砂土在拌和過(guò)程中，需將EPS顆粒與粉砂土充分拌和均勻。若未拌和均勻，各部分容重不同，路基穩(wěn)定性降低。拌和時(shí)間由現(xiàn)場(chǎng)試拌確定。

4.3 預(yù)壓及碾壓程度不宜過(guò)大

EPS顆?；旌陷p質(zhì)粉砂土不宜過(guò)度預(yù)壓及碾壓，會(huì)壓縮EPS泡沫塑料顆粒，甚至壓碎、壓扁，導(dǎo)致失去回彈模量，容重增加，輕質(zhì)性減弱。

4.4 施工后控制平整度

在施工后，部分EPS顆粒會(huì)隨水泥漿上浮。需在施工后，采用挖掘機(jī)鏟斗鏟平的方法，鏟去漂浮EPS顆?？刂屏己闷秸取?/p>

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)EPS顆?；旌陷p質(zhì)粉砂土在紹興市濱海產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)新東線（新二村─東二區(qū)）路線工程項(xiàng)目的試驗(yàn)區(qū)應(yīng)用，發(fā)EPS顆粒輕質(zhì)土的路基承載力較普通固化土路基較差，但仍具有較好的填筑效果?，F(xiàn)場(chǎng)均勻性低于室內(nèi)均勻性，EPS顆粒輕質(zhì)土的壓實(shí)度略低于水泥固化土?，F(xiàn)場(chǎng)平均無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值為0.90MPa，仍滿足配比設(shè)計(jì)目標(biāo)，不小于0.80MPa。表明了以粉砂土為EPS原料土能達(dá)到良好的施工效果，達(dá)到了減小路堤自重，增加穩(wěn)定性，減少沉降的目的。

EPS顆粒輕質(zhì)粉砂土是一種新型的輕質(zhì)填土材料，不僅具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、快硬性、施工工期短、施工機(jī)具簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，還能將工業(yè)廢棄物堿渣和石膏作為再生資源進(jìn)行有效利用，在兼顧環(huán)境問(wèn)題的基礎(chǔ)上，同時(shí)用于社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，具有非常好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)保效益。