水泥穩(wěn)定土在高速公路中的應(yīng)用

杜海峰

水泥穩(wěn)定土在高速公路中的應(yīng)用

杜海峰

(安徽省公路橋梁工程公司,安徽合肥 230031)

粉質(zhì)土經(jīng)過水泥改善后有良好的社會效益和經(jīng)濟效益,因此,水泥穩(wěn)定土在高速公路工程中可積極應(yīng)用,但要注意控制其關(guān)鍵技術(shù)及影響強度的因素等問題。

高速公路路基;粉質(zhì)土施工;施工工藝

0 引言

泗許高速公路第二標(biāo)段均為粉質(zhì)土,實測CBR值為1.3%,不能滿足公路路基下路堤1.5m以下承載比大于3%的要求,在進(jìn)行路基施工時需要對此粉質(zhì)土進(jìn)行改善[1],使之既能滿足公路工程各項施工技術(shù)規(guī)范要求,又能充分利用現(xiàn)有資源,節(jié)約投資,得到社會效益和經(jīng)濟效益的雙豐收。

1 水泥穩(wěn)定土的作用機理

水泥和土加水拌和后,水泥與水發(fā)生強烈的水解和水化反應(yīng),分解出Ca(OH)2,并形成其他水化物(3CaO· 2SiO2·3H2O、3CaO·Al2O3·6H2O、CaO·Fe2O3·H2O等),這些水化物在土中形成水泥石骨架,承擔(dān)大部分荷載,而土中的自由粉粒數(shù)量明顯減少,從而得到一種持水能力低、穩(wěn)定性增加、強度明顯提高的粗顆粒,這就是水泥穩(wěn)定土的作用機理。

水泥穩(wěn)定土主要的作用體現(xiàn)在兩方面,一是改變了土的塑性[2],使之更符合工程要求,二是增加了土體的強度和穩(wěn)定性,延長了工程的使用壽命。

對第二標(biāo)段現(xiàn)場的粉質(zhì)土進(jìn)行了顆粒分析及有關(guān)特性試驗,得到了以下幾項基本數(shù)據(jù):

顆粒分析:小于0.075mm的顆粒92.8%;最大干密度:ρdmax=1.72 g/cm3;最佳含水量:ωop=13.9%;CBR值為1.3%;膨脹量為1.79%;液限值:ωL=26.7%;塑限值: ωP=16.1%;塑性指數(shù):IP=10.6。

以上試驗數(shù)據(jù)顯示,該土的液限不大于45%,塑性指數(shù)不大于20,且該土的不均勻系數(shù)Cu不小于5,因此該粉質(zhì)土可以用水泥進(jìn)行改善。經(jīng)過重型擊實試驗確定試驗參數(shù):最大干密度ρdmax=1.95g/m3,最佳含水量ωOP=12%。根據(jù)最佳含水量和計算的干密度制備無側(cè)限抗壓強度試件,試件的數(shù)量每組6個,在25℃的養(yǎng)護(hù)室保濕養(yǎng)生6d,浸水24h后,進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗及承載比試驗,不同水泥摻量的實驗數(shù)據(jù)見表1。

試驗結(jié)果表明水泥含量為2%時,能夠滿足公路下路堤承載比>3%的要求,又能滿足7d齡期無側(cè)限抗壓強度的要求。

表1 不同水泥摻量的實驗數(shù)據(jù)

2 水泥穩(wěn)定土的施工

2.1 基本參數(shù)的確定

在水泥混合料中,土、水泥和水的數(shù)量可按以下方法確定。

2.1.1 水泥穩(wěn)定土混合料的質(zhì)量

式中 M——水泥土混合料的質(zhì)量,t。

h——路段的高度,m。

b——路段的寬度,m。

L——路段的長度,m。

Pd——水泥穩(wěn)定土的預(yù)期壓實干密度,t/m3。

2.1.2 混合料中水的質(zhì)量

式中 ω——混合料的含水量,%。

2.1.3 混合料中干土的質(zhì)量

式中 C——水泥劑量,%。

2.1.4 混合料中水泥的質(zhì)量

通常水泥的含水量很小,對于施工來說可以忽略不計。第二標(biāo)段取層厚h=0.4m、寬度b=28m、L=100m,則取ρdmax=1.95t/m3, M=1.04×0.4×28×100×1.95=2271.4t取ωop=12.0%,Mω=12.0%×2271.4=272.6t

2.2 施工方法

本工程采用路拌法進(jìn)行水泥摻拌施工。采用虛鋪厚度30cm,壓實厚度25cm,壓實系數(shù)1.2,要求拌合整平、碾壓幾道工序緊緊銜接,在2h內(nèi)完成。

2.2.1 灑水

粉質(zhì)土含水量為6%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最佳含水量,呈粉狀。施工時要補充含水量至12%左右方可進(jìn)行壓實。壓實度達(dá)93%以上滿足公路施工規(guī)范。此類土滲透系數(shù)較小,提前一天灑水自滲厚度為10cm,所以施工時要提前灑水拌合,隨攤鋪隨灑水隨檢測,含水量合適后立即進(jìn)行碾壓成活。

2.2.2 撒鋪

為使水泥撒布均勻,本工程采用面積法進(jìn)行水泥撒鋪。先將需拌合的粉質(zhì)土灑水平整,并用兩輪光面鋼輪壓路機碾壓1～2遍,使土層表面平整并有一定的壓實度,然后進(jìn)行人工撒鋪,水泥撤鋪均勻后采用旋耕犁翻拌均勻,拌和翻拌次數(shù)不少于5遍。

2.2.3 碾壓

拌和平整后用推土機攤開,靜碾壓一遍,人工配合平地機整形至設(shè)計路拱。然后使用14t前光后膠震動壓路機靜壓、振壓各一遍,再用18t振動壓路機靜壓、振壓各一遍,最后用16t膠輪壓路機膠輪碾追密壓實一遍。

2.2.4 為提高一次驗收合格率,應(yīng)增加施工過程的檢測頻率,發(fā)現(xiàn)問題及時處理[3]。

2.2.5 養(yǎng)生

養(yǎng)生期需要保持壓實層長期濕潤,否則表層風(fēng)干土仍是粉狀,膨脹量大。

3 影響水泥穩(wěn)定土強度的因素分析

3.1 土的物理組成、化學(xué)成分的影響

3.1.1 顆粒級配

土的顆粒級配情況直接影響混合料的密實度,從而影響穩(wěn)定土的強度、滲透性、壓縮性。級配不好,軟弱顆粒比較多,不足以填充粒間空隙,粒間接觸的面積相對小。擊實過程中一些顆粒被壓碎,會導(dǎo)致強度上不去。

3.1.2 顆粒大小

小于0.075mm的顆粒對水泥穩(wěn)定混合料的彎拉強度和彈性模量有很明顯的影響。通常是其含量愈多水泥混合料的強度和彈性模量越小。

3.1.3 土中有機物含量的影響

土中有機質(zhì)含量越多,水泥的結(jié)硬度越延緩,水泥穩(wěn)定后,其強度很低;反之,土壤中無有機質(zhì)其結(jié)硬度增長迅速且強度很高。我國規(guī)定,在用水泥穩(wěn)定土做底基層時,土中有機質(zhì)含量不得超過2%。

3.1.4 硫酸鹽

硫酸鹽能與結(jié)硬水泥中的鋁酸三鈣結(jié)合生成硫酸鋁酸鈣,造成土體積增大,從而破壞水泥穩(wěn)定土的膠結(jié)。3.1.5 碳酸鹽

土中含有CaCO3,有利于水泥穩(wěn)定。由于多數(shù)植物在石灰質(zhì)的土中不能生長,所以這種土中有機質(zhì)含量很低,而且土中的任何有機質(zhì)都被鈣離子所飽和。

3.2 水泥的影響

3.2.1 水泥的類型

由于從拌合到壓實,一般需要的時間至少為2h,采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的普通硅酸鹽水泥,采用終凝時間較長標(biāo)號為3215級的水泥。水泥的終凝時間越長,則從拌合到壓實的延遲時間對水泥混合料的干密度和抗壓強度的影響越小,因此選用終凝時間長的水泥對于路拌施工是有利的。快硬水泥、早強水泥及已受潮變質(zhì)的水泥不得使用。

3.2.2 水泥摻量

水泥穩(wěn)定土的強度隨水泥劑量增大而增大,每增加單位水泥摻入比所引起的強度增量在不同齡期是不同的,在0～90d范圍內(nèi),齡期越長這種增量越高。經(jīng)大量實驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計,水泥穩(wěn)定土的抗壓強度與水泥摻人比例呈冪函數(shù)關(guān)系。通常其摻量以達(dá)到基本指標(biāo)的要求為標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 施工中其他因素的影響

3.3.1 攤鋪水泥

只有使水泥在土中均勻分布才能使水泥在穩(wěn)定土中發(fā)揮最大的功效。

3.3.2 拌合

拌合不均勻會大大影響水泥穩(wěn)定土的強度,水泥含量少的地方強度不能滿足設(shè)計要求,水泥含量高的地方會產(chǎn)生裂縫。

3.3.3 從加水拌合到壓實的延遲時間。

水泥遇到水就發(fā)生水化作用。從加水拌合到進(jìn)行壓實間隔的時間愈長,水泥的水化作用和結(jié)硬度就愈大。它會影響到水泥穩(wěn)定土所能達(dá)到的密實度,間隔時間愈長,影響愈大。因此水一旦加到混合料中,應(yīng)盡快拌合并攤平碾壓成型,延遲時間越長水泥穩(wěn)定土的干密度和抗壓強度損失就越大。

為減少延遲時間的影響,保證水泥穩(wěn)定土達(dá)到應(yīng)有的強度[4],本工程按照國家一些通用規(guī)定,在加水拌合后2h內(nèi)完成壓實。

4 結(jié)束語

通過對水泥穩(wěn)定土的實踐證明:當(dāng)路基原狀土為粉質(zhì)土?xí)r,可采用摻拌水泥的方法增加其強度和承載比。水泥穩(wěn)定土能夠形成良好的板體,有利于就地取材。改外棄換填為原土質(zhì)進(jìn)行水泥改善處理,不但能保證工程質(zhì)量,還可以降低工程造價。

[1] J TJ Fl0—2006.公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2007.

[2] J TJ 057—94.公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,1994.

[3] 紀(jì)永剛,叢利.談水泥穩(wěn)定度強度的影響因素[J].黑龍江交通科技,2005,132(2):17219.

[4] 趙健.水泥穩(wěn)定土底基層機械化施工[G]//中國公路學(xué)會筑路機械學(xué)會第十四次學(xué)術(shù)年會論文集12003.

責(zé)任編輯:文 月

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杜海峰(19732),男,安徽合肥人,安徽省公路橋梁工程公司工程師。研究方向:路橋工程技術(shù)。