固化土路堤填筑施工工藝研究

汪煥鋒　吳安平　劉志強(qiáng)　邵吉林

摘要 為了解決固化土路堤填筑產(chǎn)生的環(huán)境污染和施工質(zhì)量控制問題，文章以某高速公路互通工程（具有典型地下水位高特征）為依托，采用一套行之有效的廠拌填筑工藝，并進(jìn)行試驗路的鋪筑，對固化土路堤填料的現(xiàn)場壓實工藝開展了試驗研究，最后對固化土路堤填筑效果進(jìn)行觀察。結(jié)果表明：固化土填筑路基開挖板結(jié)效果好、強(qiáng)度高、水穩(wěn)性強(qiáng)，可作為路堤填料代替宕渣。

關(guān)鍵詞 固化土；路堤；施工工藝

中圖分類號 U416.212文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）16-0162-03

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的迅猛發(fā)展，每年建筑業(yè)產(chǎn)生的廢棄土達(dá)數(shù)億立方，占用大量土地資源進(jìn)行消納的同時還可能對環(huán)境造成污染。與此同時，由于公路建設(shè)的需要，對于優(yōu)質(zhì)路堤填料的需求日益增大，而可供開采的宕渣數(shù)量越來越少。這種供不應(yīng)求的關(guān)系造成傳統(tǒng)路堤填料變得緊缺且昂貴。所以，開展廢棄土的資源化循環(huán)利用，將廢棄土進(jìn)行生石灰、水泥固化處理后作為筑路材料，應(yīng)用到路堤填筑中，不僅緩解了宕渣來源不足的問題，同時解決了城市建設(shè)廢棄土處理和公路建設(shè)筑路材料緊缺的難題。

生石灰（水泥）固化土用作填料，可廣泛應(yīng)用于各等級公路和城鎮(zhèn)道路的路堤填筑工程中。但傳統(tǒng)的路堤填筑多采用路拌法，會對環(huán)境造成一定污染。同時，關(guān)于路基的壓實，影響因素較多，缺乏系統(tǒng)性的指導(dǎo)意見。尤其浙江地區(qū)，梅雨季節(jié)較長，全年降水豐富，導(dǎo)致該地填料含水量較高，在施工過程中路基壓實度難以控制、長期穩(wěn)定性難以保證，如何控制施工質(zhì)量，是該地公路工程施工中迫切需要解決的一大問題。

1 固化機(jī)理

石灰固化機(jī)理是通過石灰與土體混合時會發(fā)生一系列的物化反應(yīng)完成的，主要為氫氧化鈣結(jié)晶反應(yīng)、離子交換反應(yīng)、火山灰反應(yīng)和碳酸化反應(yīng)。

石灰中有游離的Ca²⁺和OH^?離子。Ca²⁺可以和K⁺、Na⁺發(fā)生離子交換反應(yīng)，從而減薄黏土顆粒吸附水膜厚度，促使土粒凝集和凝聚，并形成穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。離子交換反應(yīng)是石灰土獲得初期強(qiáng)度的主要原因。在石灰硬化過程中得到的氫氧化鈣和碳酸鈣晶體相互結(jié)合，并把土粒結(jié)成整體，從而使石灰土的穩(wěn)定性得到提高[1]。黏土顆粒表面少量的活性氧化硅、氧化鋁在石灰的堿性激發(fā)作用下，與氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應(yīng).生成不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等。這些物質(zhì)遍布于黏土顆粒之間，形成凝膠、棒狀及纖維狀晶體結(jié)構(gòu)，將土粒膠結(jié)成整體。隨著時間的推移，棒狀和纖維狀晶體不斷增多、致使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度與水穩(wěn)性不斷提高。由于火山灰反應(yīng)是在不斷吸收水分的情況下逐漸發(fā)生的，速度較慢；石灰中氫氧化鈣的碳酸化反應(yīng)緩慢且過程較長，所以石灰硬化及火山反應(yīng)是石灰土后期強(qiáng)度增長的主要原因[2]。

水泥固化土主要是通過水化反應(yīng)形成的水泥石起骨架作用，并通過Ca（OH）2的理化作用來發(fā)揮效力。

2 固化土路堤施工工藝

固化土路堤施工工藝流程主要包括拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)和檢測，其關(guān)鍵工序為拌和、攤鋪及碾壓。

2.1 固化土拌和施工工藝

傳統(tǒng)路堤施工多采用路拌法，但是存在拌和不均勻、土塊粉碎不徹底、環(huán)境污染大等問題，所以，更綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效、適應(yīng)性強(qiáng)的廠拌法工藝隨之發(fā)展起來[3]。

廠拌法是指設(shè)置全封閉集中固化土拌和基地，對路基用土集中脫水、破碎和拌和等機(jī)械化工藝，制備固化土的施工方法。

（1）功能分區(qū)。拌和基地應(yīng)全封閉且合理劃分，功能區(qū)如圖1所示。

（2）拌和流程。第一次采用挖掘機(jī)對土源進(jìn)行摻生石灰塊，翻拌燜料2～7 d，使混合料含水量降至可進(jìn)行輸送條件，再將其挖裝至下沉式儲料斗，經(jīng)輸送帶傳送至第一道破碎機(jī)預(yù)破碎，使混合料破碎為粒徑約為20～60 mm 的粗粒土。第二道粉碎機(jī)將大多粗粒土粉碎成細(xì)礫土，拌和機(jī)前端，設(shè)置振動篩（最大粒徑不大于20 mm），對二次破碎后的固化土進(jìn)行篩分，保證符合粒徑要求的固化土通過自動稱重機(jī)裝置進(jìn)入強(qiáng)制式拌和機(jī)，和磨細(xì)生石灰粉（石灰罐自動計量添加）進(jìn)行均勻拌和出料。固化土廠內(nèi)集中拌和流程見圖2～3。

2.2 全封閉運(yùn)輸

固化土裝料后全程采用綠皮箱型渣土車進(jìn)行全封閉運(yùn)輸，堅持“不漏灰、不超載、不超速”原則，把綠色、環(huán)保、安全放在首位。

2.3 攤鋪工藝

攤鋪前，先對下承層表面進(jìn)行清理和灑水濕潤處理。由于在水網(wǎng)地帶進(jìn)行第一、二層固化土施工，故第一層固化土摻4%水泥用以提高路基強(qiáng)度和水穩(wěn)性，同時攤鋪機(jī)因攤鋪厚度、作業(yè)條件受限，故第一層固化土填筑采用網(wǎng)格法，運(yùn)料車在已上料區(qū)域后退卸料、推土機(jī)初平和平地機(jī)精平施工工藝；第二層固化土填筑同樣采用網(wǎng)格法，運(yùn)料車在未上料區(qū)域后退卸料、推土機(jī)初平和平地機(jī)精平施工工藝；第三層及以上為了提高攤鋪厚度的均勻性及路面頂層的平整度，采用攤鋪機(jī)攤鋪和平地機(jī)精平施工工藝。

2.4 壓實工藝

壓實工藝按照相關(guān)規(guī)定及試驗段批準(zhǔn)工藝具體要求執(zhí)行[4]。初壓時，宜采用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2～3遍，碾速宜為20～30 m/min；固化土初步穩(wěn)定后，再用激振力大于35 t的重型振動壓路機(jī)、18～21 t三輪壓路機(jī)或25 t以上的輪胎壓路機(jī)繼續(xù)碾壓密實，碾速宜為30～40 m/min，碾壓遍數(shù)不宜少于6遍；終壓時，采用雙鋼輪壓路機(jī)碾壓1～2遍，消除輪跡，碾速宜為50～60 m/min。

碾壓過程中，如有“彈簧土”、松散、起皮等現(xiàn)象，應(yīng)及時翻開重新拌和或用其他方法處理，使其達(dá)到質(zhì)量要求[5]。

2.5 路基養(yǎng)護(hù)

固化土路堤間隔鋪筑時，每鋪筑完一層后，采取覆蓋土工布灑水保濕養(yǎng)護(hù)7 d。養(yǎng)護(hù)期間如遇雨天，應(yīng)在固化土路堤表面鋪設(shè)塑料薄膜等，同時加強(qiáng)場外排水，以減少雨水對路堤的影響。

3 工程應(yīng)用

3.1 試驗路段設(shè)計

某高速公路互通工程，根據(jù)現(xiàn)場條件，該項目選擇其中250 m填方路基作為固化路基試驗段。固化土采用廠內(nèi)集中拌和、全封閉運(yùn)輸和攤鋪機(jī)攤鋪工藝，分三層填筑固化土至路床頂標(biāo)高。通過固化土試驗段填筑，取得了固化土摻灰量、最佳含水量、松鋪系數(shù)、采用設(shè)備組合及壓實遍數(shù)等技術(shù)參數(shù)。固化土攤平整形后及時進(jìn)行碾壓。摻灰設(shè)計見表1，填層壓實度與碾壓遍數(shù)關(guān)系見表2。

從表2可知，累積沉降量在最初碾壓時隨著碾壓遍數(shù)的增加變化較快，隨后增加變慢并趨于平緩，碾壓層的密實性增加變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，說明在一定程度上可以通過兩者間接控制壓實質(zhì)量避免過壓[6]。

按照設(shè)計要求，路堤路面底面以下深度0～30 cm，一級公路要求壓實度≥96%，三層壓實度檢測結(jié)果分別為96.1%、96.4%和96.4%，均滿足設(shè)計要求；路基彎沉驗收值要求＜353.7 mm，三層彎沉值分別為345.43 mm、316.75 mm和123.45 mm，均合格。

3.2 填筑效果

參照試驗段成果進(jìn)行后續(xù)規(guī)模化施工，發(fā)現(xiàn)固化土填筑路基開挖板結(jié)效果好、強(qiáng)度高、水穩(wěn)性強(qiáng)，對其他同類型高速公路有指導(dǎo)和借鑒意義。如圖4～5所示。

此外，選擇兩段便道，分別進(jìn)行固化土填筑和宕渣填筑，如圖6～7所示。通過約半年重載施工車輛通行后，可以清晰地判斷出用固化土填筑的便道路堤的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于用宕渣填筑的便道路堤。

4 結(jié)論

（1）采用廠拌法工藝，固化土填筑路堤質(zhì)量控制更為簡單，且不受地形條件限制，能充分保證灰土拌和的均勻性與環(huán)保性。

（2）固化土裝料后全程采用綠皮箱型渣土車進(jìn)行全封閉運(yùn)輸。固化土填料現(xiàn)場攤鋪：攤鋪第1、2層可預(yù)先畫出網(wǎng)格，采用推土機(jī)和平地機(jī)聯(lián)合施工；第3層及以上采用攤鋪機(jī)和平地機(jī)聯(lián)合施工。通過兩種不同的攤鋪工藝對比發(fā)現(xiàn)，兩種攤鋪工藝都能達(dá)到施工工效高、質(zhì)量好的攤鋪效果，采用攤鋪機(jī)工藝攤鋪厚度更均勻、現(xiàn)場更整潔環(huán)保。

（3）初壓時，宜采用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2～3遍；固化土初步穩(wěn)定后，再用重型振動壓路機(jī)、18～21 t三輪壓路機(jī)或25 t以上的輪胎壓路機(jī)繼續(xù)碾壓密實；終壓時，采用雙鋼輪壓路機(jī)碾壓1～2遍，消除輪跡。

（4）固化土填筑路基開挖板結(jié)效果好、強(qiáng)度高、水穩(wěn)性強(qiáng)，可作為路基填料代替宕渣。但考慮到不同路基填筑性能要求，需結(jié)合項目需求、材料特點(diǎn)及周邊環(huán)境敏感性等因素，綜合分析利用可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]史彩霞. 淺談公路石灰穩(wěn)定土的施工技術(shù)[J]. 科學(xué)之友， 2011（11）： 86-87.

[2]申愛琴. 道路工程材料[M]. 北京：人民交通出版社， 2019.

[3]《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》2015年8月1日起施行[J]. 石油瀝青， 2015（4）： 12.

[4]皇甫風(fēng)雷， 蔡月青. 石灰土場拌法和路拌法的優(yōu)劣分析[J]. 江西建材， 2015（19）： 94+97.

[5]賀雋. 淺談二灰穩(wěn)定土底基層施工[J]. 交通科技， 2008（S1）： 81-83.

[6]趙海杰. 路基壓實質(zhì)量評價指標(biāo)的研究[D]. 西安：長安大學(xué)， 2015.