淺談磷石膏在濕陷性黃土路基中的應用

李成云

（中國鐵建投資集團有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

現如今，隨著國民經濟發展和農業對磷肥的需求的持續增長，我國磷肥工業發展迅速，磷肥產量排名世界第一，而磷石膏產量也飛速上升，隨著高濃度磷復肥產量的增加，低品位磷礦用量的增大，磷石膏產生量將逐年增大。渭北平原黃土臺塬地貌區，該地區為濕陷性黃土地質。路基填筑設計采用摻水泥進行改良；磷石膏作為一種新型改良路基摻合料，能有效改善濕陷性黃土路基壓實度和CBR 值，澄韋項目擬推廣用于濕陷性黃土路基填筑土改良。為進一步驗證改良效果，采用摻“磷石膏+水泥”與摻“水泥”兩種摻配方式進行對比驗證試驗，為磷石膏在路基改良填筑中的提供支撐依據，提高磷石膏的綜合利用，在一定程度上緩解對于環境的污染。

1 工程概況

澄城至韋莊高速公路項目，屬省級高速公路澄商線的重要組成部分，位于陜西省渭北平原黃土臺塬地貌區，該地區為濕陷性黃土地質，濕陷性黃土主要由馬蘭黃土及頂部離石黃土構成，普遍分布于黃土壞地帶，其成因為風積層，呈黃褐色、淺黃色，垂直節理發育，孔隙較大，濕陷土層厚度一般在10.0～25.4m，主線采用100km/h 四車道高速公路標準。

2 磷石膏來源、主要成分及工作機制

磷石膏是磷化工企業濕法生產磷酸的工業副產品。主要成分為二水硫酸鈣，成分檢驗結果表1 所示。

表1 磷石膏成分化驗分析結果

常態下屬于惰性材料，采用技術處理激發其活性，可以作為一種外摻劑來處治黃土路基，工作機制與水泥、白灰處治濕陷性黃土機制相近。

3 機型設備配置

為確定最佳施工機械組合，擬配置機械設備，如表2 所示，配置檢測儀器，如表3 所示。

表2 填筑試驗段施工主要機械配置

表3 試驗段施工主要檢測儀器配置

4 施工方法及工藝總結

4.1 施工方法

（1）在填筑施工前對路基的壓實度、平整度、縱斷高層、橫坡等進行驗收。測量放出中樁、邊樁，每20m 一個樁位，用白灰灑出控制線。

（2）提高施工機械的施工效率，松鋪素土的厚度選定25cm。

（3）采用粉料撒布車進行上灰作業，布灰順序為先撒磷石膏、后撒水泥。

（4）拌和采用冷再生拌和機（自動補水）拌和，拌和機輪跡重疊寬度＞30cm，拌和行走速度控制為1.5m/10s。在拌和完成后及時通知試驗室測定水泥劑量。

（5）水泥劑量抽檢合格后，整平前進行含水量試驗。

（6）碾壓順序：先光輪輕壓靜壓1 遍→再凸輪重壓、振壓8 遍→光輪振壓1 遍→靜壓1 遍收光整平完成后，檢測壓實度。

4.2 工藝總結

（1）松鋪厚度。根據現有機械組合配置，路基3%水泥土填筑時素土松鋪厚度為25cm 可保證壓實質量及充分發揮機械施工效率。

（2）松鋪系數。經試驗驗證，松鋪厚度為25cm 時，壓實度達到要求時壓實厚度為20cm，松鋪系數為1.28。

（3）最佳機械組合方式。根據現場實際測算，挖掘機、裝載機挖裝時間、自卸車運土時間、推土機的平地機攤平整平時間及壓路機的碾壓速度，可以得出：①土方路基填筑機械組合應以壓路機的碾壓速度和碾壓遍數為組合起點，結合挖掘機、裝載機的挖裝工效進行機械組合。②以5 臺壓路機為例，配備一臺挖掘機、一臺推土機、一臺平地機，運輸車輛可根椐運距、施工便道和工作面等實際情況進行配置，一個臺班（10h）可完成填土1000m3（不含其他因素）左右。

（4）根據試驗結果和現場實踐路基填筑分析得出，路基改良土填筑劃分以200m（100m 磷石膏改良路段，100m 水泥改良路段）作業較為適宜。

（5）碾壓遍數。壓實時，使用壓路機先靜壓一遍，再使用凸輪強振8 遍，使用光輪壓路機弱振一遍，最后使用光輪壓路機靜壓一遍進行收面[1]。

（6）磷石膏添加劑的選擇和投加量確定。磷石膏添加劑的選擇包括原料選擇和性能指標評定兩個方面。在原料選擇方面，磷石膏的產地和品種需要考慮。磷石膏的主要產地有湖北、廣西、甘肅等地，在選擇原料時應考慮離濕陷性黃土路基施工現場的距離和運輸成本。磷石膏的品種多種多樣，常見的有天然石膏、工業磷石膏等。磷石膏的包裹率、膠凝時間和強度發展特性是關鍵參數。磷石膏的包裹率直接影響其與黃土的結合程度，通常應選擇包裹率高的磷石膏，以提高工程材料的性能。膠凝時間則關系到混合料在施工現場的工作性，一般應選擇膠凝時間適中的磷石膏，以便在施工過程中獲得較好的施工性能。強度發展特性是評價磷石膏性能的關鍵指標之一，在試驗確定方面，可通過室內試驗和現場試驗相結合的方式，通過配比試驗和強度試驗，確定最佳的磷石膏投加量[2]。通過室內試驗和現場試驗，確定了在濕陷性黃土路基中磷石膏的最佳投加量為10%～15%。在實際應用方面，結合工程實際情況和成本考慮，綜合確定最終的磷石膏投加量為12%。

（7）磷石膏與黃土的混合比例和工藝控制。混合比例的確定是磷石膏在濕陷性黃土路基工程中應用的關鍵環節。通過混合比例的確定，可以合理調配磷石膏和黃土的配比，以充分發揮磷石膏的改良效果，提高路基的抗水穩定性和抗凍融性能。根據工程情況，磷石膏與濕陷性黃土的混合比例通常為5%～20%。經過試驗和實際應用，確定了磷石膏與黃土的最佳混合比例為10%，即在黃土中摻入10%的磷石膏。這一混合比例的確定是通過室內試驗和現場試驗相結合的方式得出的，在保證工程質量的前提下，也能有效控制成本。在原料攪拌環節，需要保證磷石膏和黃土的均勻混合，確保混合料的穩定性和均勻性。在攤鋪和壓實環節，需要控制攤鋪和壓實的厚度和速度，以保證混合料的均勻性和密實性。在養護環節，需要根據磷石膏和黃土的混合比例和工程環境，制定合理的養護方案，保證混合料的水分充分和均勻分布，促進磷石膏的改良效果發揮到最大程度[3]。

5 水泥+磷石膏改良土與水泥改良土對比試驗

試驗選在K26+950—K27+150 上路提（設計3%水泥改良土，壓實度要求94%）進行。為了有效采集對比數據，試驗選200m（相鄰100m 水泥改良+100m 水泥磷石膏）試驗段進行對比試驗，水泥改良參量3%（設計質量百分數）與水泥+磷石膏改良（1.5%水泥+1.5%磷石膏）（質量百分數）參比進行參配試驗。

5.1 擊實試驗

中心試驗室和標段試驗室分別對同一土場的不同部位取樣并進行標準擊實試驗，測最大干密度和最佳含水量，結果如表4 所示。

表4 改良土擊實試驗對標

5.2 現場填筑試驗

在線路K26+950—K27+150 試驗段上路堤進行改良土路基填筑對比試驗。為驗證土源技術指標的穩定性和準確性，中心試驗室和標段試驗室分別對土樣進行對比擊實試驗（現拌），進行壓實度換算，結果如表5 所示。

表5 K26+950—K27+150 試驗段壓實度對比

5.3 CBR 值

試驗室對改良土按照兩種摻配方式分別進行CBR值（%）試驗，結果如表6 所示。

表6 改良土CBR 值對比試驗結果

6 試驗及工藝分析

（1）摻磷石膏+水泥與摻水泥相比，壓實度指標得到改善，增長變化在0.70%～2.17%（平均值）。

（2）磷石膏改良土較水泥改良土的需水量增加1.50%～2.73%（平均值）。

（3）通過對兩種不同的摻和料的改良土進行CBR值（%）進行試驗，都滿足設計及規范要求。

（4）資源配置。雙組分改良土（摻水泥+磷石膏）施工需要增配一套粉料撒布車，須采用冷再生拌和設備進行拌和施工，增配一輛水車供水。

7 推廣應用的意義

磷石膏是一種常見的工業廢料，在交通工程中廣泛應用于濕陷性黃土路基的改良中。磷石膏的推廣應用在技術指標滿足設計及規范要求以及有利于節能環保方面具有重要意義，并且磷石膏與水泥混合改良土有助于濕陷性黃土路基的壓實度改善[4]。首先，磷石膏在濕陷性黃土路基中的應用可以滿足設計及規范要求。濕陷性黃土路基具有土壤可塑性較差、季節性液化等問題，容易引發路面沉降和破壞。而磷石膏的應用可以通過加強土體的黏聚力和抗剪強度，提高路基的穩定性和承載力。磷石膏還能改善黃土路基的工作性能，減少路基的塑性變形和液化等問題，使路基滿足設計和規范要求，提高路面的使用壽命。其次，磷石膏的應用有利于節能環保。磷石膏作為工業廢料，通過在濕陷性黃土路基中的利用可以實現資源的循環利用。與傳統的填埋處理相比，將磷石膏應用于路基改良中可以有效減少廢料的堆存和占地面積。磷石膏與水泥混合改良土還能減少水泥的使用量，降低生產過程中的能耗，實現節能減排的效果。這種節能環保的應用方式能夠有效降低對環境的負面影響，符合可持續發展的理念。最后，將磷石膏與水泥混合改良土應用于濕陷性黃土路基可以改善路基的壓實度。磷石膏與水泥的混合能夠顯著提高土壤的固結性能，增加土體的密度，進而提高路基的抗沉降能力和承載能力。這種改良方式不僅可以提高路基的整體穩定性，減少差異沉降，還能提高路面的平整度和行車舒適度，延長路面的使用壽命。綜上所述，磷石膏在濕陷性黃土路基中的應用具有重要意義。其推廣應用在技術指標滿足設計及規范要求方面能夠提高路基的穩定性和承載力，有利于節能環保方面能夠實現資源的循環利用和減少能耗，而磷石膏與水泥混合改良土的應用能夠改善路基的壓實度和延長路面的使用壽命。推廣磷石膏在濕陷性黃土路基中的應用對于改善交通工程質量、保護環境和節約資源具有重要意義[5]。

8 結語

磷石膏在濕陷性黃土路基中的應用將為交通基礎設施建設提供新的途徑和可能性。隨著對技術的深入理解和不斷完善，相信磷石膏將成為改善濕陷性黃土路基工程質量和性能的重要材料，為我國交通建設質量提升和工程成本降低發揮積極作用。希望未來能夠有更多的研究和實踐共同推動磷石膏在濕陷性黃土路基中的應用邁向更加成熟和廣泛的階段。