環海強侵蝕地區公路 底基層料改良試驗研究

李炳漢 潘紀良

(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西省西安市 710016)

CP1項目是路賽開發區繼“海濱土方與土地平整工程”之后的第一個也是最主要的一個基礎設施工程，項目包含鋼筋混凝土結構公共設施箱涵、市政道路、飲用水、污水、灌溉水、雨水、地表水、天然氣、真空垃圾收集、中央空調管道系統以及地下變電站、通訊管網、交通信號系統、路燈系統等。合同總價約93.1億人民幣。

CP1工程毗鄰波斯灣海，海拔較低（離海平面2m左右）、地下水位較高，區域內所有的道路選用的底基層料料源均為開挖料，因長期受到地下海水的侵蝕，風化的比較嚴重，天然顆粒級配較差，并且液限指數偏高。如不采取有效的改良措施，會造成大量的開挖料不能使用，給施工進度造成較大的影響。所以，通過分析，我們認為唯一的途徑是對現有的材料進行改良，以滿足道路底基層的材料要求。

1 底基層料（SUB-BASE）的基本要求

CP1道路底基層料規定有（A-B-C）三種標準級配，設計要求首先C級配料，由于料源來自于箱涵開挖料，按照規范要求，此料在使用之前，必須進行相關的物理力學性能試驗，具體試驗結果見表1。

表1 底基層（SUB-BASE）C級料試驗結果

土由半固態轉到可塑狀態的界限含水量稱為塑限；由可塑狀態到流動狀態的界限含水量稱為液限。從表1試驗結果看，該材料液限值為54%，塑性指數為26，這兩項指標遠遠超出標準要求。要想獲得合格的底基層料必須對原材料級配進行改良。

2 確定改良方法

2.1 國內采用的方法

通常情況下，國內對高液限地基穩定的主要采用石灰改良法或水泥改良法。由于高液限材料的具有含水量大、液塑限高、膨脹率大、CBR值較小等特性，所以當摻入一定量的水泥或石灰以后，它們當中的氧化鈣（CaO）與土中的水（H2O）和空氣中的二氧化碳（CO2）發生化學反應生成碳酸鈣(CaCO3)，不但降低了含水量，還提高了地基的強度，使得CBR滿足設計要求。

對于CP1區域內道路工程而言，所采用的底基層料來自于箱涵開挖料。通常情況下，同一種材料隨其含水量的不同而分別處于固態、半固態、可塑狀態及流動狀態。該材料天然含水量偏小（平均含水量為0.5%），如采用石灰或水泥改良法，其一是材料中沒有足夠的水分與水泥和石灰石中的氧化鈣發生反應生成碳酸鈣(CaCO3)，達不到預期的效果；其二是當地缺少相適應的材料，難以實施。

從表1的檢測結果看，雖然 CBR值和膨脹率均滿足設計要求，但是液塑限值標已超出規范要求。通過分析，造成底基層（SUB-BASE）材料液塑限偏高的主要原因，是由于開挖出的料源常年處于地下水位以下，因長期受到海水的侵蝕，具有較強的漲縮性、崩解性、風化特性和強度衰減性，經破碎后很容易造成粒徑小于0.075mm的細料，而且這些細料又表現出很強的親水性，從而導致底基層料液塑限值偏高。

因此，我們根據破碎后材料級配的結果，如何能降低0.075mm以下的細料含量，降低液塑限指標，提出采用外摻沙丘沙的方法進行大量的試驗研究。

2.2 破碎料粒徑的確定

為了充分利用箱涵開挖料，我們分別利用150mm、100mm和75mm三種不同的粒徑分別進行加工破碎，首先按照C級配料的要求進行物理力學性能指標檢測，檢測結果見表2。

表2 不同粒徑破碎料檢測結果

從表2的檢測結果看，按照C級配料的標準判定，這三種不同粒徑經破碎后獲得的試驗結果，除了液塑限值無法滿足設計要求外，其它物理力學性能指標均滿足設計要求。另外從液塑限值結果上看，粒徑75mm上調到100mm時，液塑限值下降幅度較大；粒徑100mm上調到150mm時，液塑限值變化較小。通過以上試驗結果的對比，我們首先100mm的粒徑作為C級料生產的料源。

2.3 擬定摻入沙丘沙含量

根據上述試驗結果分析，我們認為單靠破碎站單一生產的C級配料無法滿足規范要求，如果不采用其他外摻料加以混合，很難達到預期的效果，因此，我們利用當地的沙丘沙分別按照25%、20%、15%的不同含量，進行物理力學性能試驗，其試驗結果見表3。

表3 C級配料摻入不同沙丘沙含量的試驗結果

從表3試驗結果明顯的看出，液塑限值隨著沙丘沙含量的增大而減小，雖然結果有降低的趨勢，但仍未達到設計要求。為此，我們與監理協商，提出采用B級配料替代C級配料，提高道路底基層標準。

2.4 提高底基層標準

之所以提高底基層料標準，是基于單一破碎的C級配料，即使外摻沙丘沙的方法也無法滿足設計要求的前提下提出的。因此，項目部派專業技術人員到多哈市新建的機場以及CP2道路施工現場進行實地考察，發現這兩個項目設計的道路底基層全部采用B級配料。按照《卡塔爾施工技術規范》（QCS2002）的規定，如果C級配料未滿足設計要求前提下，可以采用B級配料。因此，我們與監理和業主協商，并達成一致，確定將由B級配料替代C級配料，其試驗結果見表4。

表4 底基層（SUB-BASE）B級料試驗結果

由表4的試驗結果可以看出， CBR值略微增大，膨脹率略減少，液塑值從52%降到30%，塑性指數從26降到8，有著明顯的下降趨勢，但是試驗結果仍不理想。

由此表明，即便是采用B級配料，如果不采用外摻料也很難達到預期效果。所以，我們根據C級配料外摻沙丘沙的方法，對已破碎好的B級料，利用沙丘沙，按照20%、10%、8%三個不同的等分，摻入B級料中，分別進行顆粒級配等相關的試驗，其試驗結果見表5。

表5 外摻沙丘沙B級料試驗結果

從表5試驗結果看出，根據沙丘沙不同的摻量，摻量10%的沙丘沙獲得的液限指標相對偏小，顆粒級配均在包絡線以內。雖然其他兩個摻量各項指標也能滿足設計要求，所以，考慮到質量、成本等綜合因素，我們確定以外摻10%的沙丘沙為控制標準。并且也獲得監理、業主的批復。

3 現場混合方法

根據現場實際的生產條件，首先對選定好的混合料通過孔徑100mm篩分，將篩選出大于100mm粒徑的料全部堆放一起，并插上標簽，隨后在加工破碎成底基層（SUB-BASE）成品的B級集料。然后在按照規定的順序，先將下面攤鋪一層破碎好的成品料，其上面在覆蓋一層外摻10%的沙丘沙，以此類推，并形成一個集料堆。集料堆形成后，在利用反鏟來回的反復幾次，目測均勻即可。

施工之前，要根據實驗室提供的最優含水量，計算出每個堆集料實際的加水量。加水時，按照程序，鋪上一層料，面層上要均勻噴灑一層水(即飲用水)，以此類推，直到形成規定的料堆為止。緊接著采用大塑料布將整個料堆覆蓋住，以免含水量的蒸發，待24h候后，再將浸潤好的集料堆利用反鏟反復拌合均勻，待集料堆測試的含水量未超出最優含水量范圍時，即可運輸到施工現場進行攤鋪碾壓。

4 現場檢測結果分析

為了驗證B級配料改良后的可靠性，在現場監理工程師的監督下，按照規范要求分批、次進行了大量的抽檢，抽檢的主要統計結果見表6。

從表6碾壓前的檢測統計結果看出，采用粒徑大于100mm顆粒料，通過加工破碎后，摻入10%的沙丘沙進行改良，使得B級配所有的物理力學性能指標完全滿足設計要求，由此證明這種改良方法是完全有效的。

表6 現場檢測結果統計

5 結 語

(1) 通過對環海地區底基層材料試驗研究發現，導致液塑限偏高主要原因是由于受到海水侵蝕所造成的。如有類似的工程，建議利用增大粒徑為0.425mm到0.075mm之間的顆粒含量，能夠有效降低液塑限偏高的措施之一。

(2) 通過現場抽檢的試驗結果證明，利用B級配替代C級配道路底基層料，在加外摻10%的沙丘沙進行原級配的改良是完全可行的。

(3) 綜合分析：此改良方法不僅成本較低，而且碾壓效果好，質量有保障，遇到類似的工程值得借鑒。

[1] 卡塔爾施工技術規范.QCS -2002

[2] 公路土工試驗規范.JTGE40-2007

[3] 公路基層路面現場測試規程.JTGE60-2008