公路沥青路面固化土基层施工技术分析.pdf

总661期2023年第31期（11月 上）1 工程概况某公路工程全长18.8 km，属于村路，交通量较小，10 t以上车辆占比不足15%，在设计使用年限内累计当量轴次小于10万次，设计弯沉为105（0.01 mm）。公路路面基层采用固化土基层材料，厚为15 cm，在基层上进行沥青双层表面处理。2 公路沥青路面固化土基层施工技术2.1 土壤固化剂2.1.1 土壤固化剂分类1）无机类固化剂。此类固化剂为粉末状，采用工业废料作为固化剂配置的主固剂，掺入其他激发剂进行配置。适用于土壤固化剂的工业废料包括粉煤灰、石灰、矿渣、沸石以及水泥等，激发剂为硫酸盐类、酸类、无机盐以及有机材料，其中有机材料以表面活性剂为常用材料。在固化土路基施工中，无机类土壤固化剂是使用最为广泛的固化剂1。2）有机类固化剂。此类固化剂为液体状，目前常用固化剂包括改性水玻璃类、磺化油、高分子材料类和环氧树脂固化剂。3）生物酶类固化剂。此类固化剂属于蛋白质多酶基产物，通过有机物发酵获取，促使有机物在酶的催化作用下增加土颗粒的凝聚力。固化剂多为棕色液体，液体带有发酵味，固化剂无毒，不会发生燃烧。2.1.2 土壤固化剂强度形成机理1）水处理。在土壤固化过程中，含水量对固化效果影响较大。土壤中含有较高水分，水分以结构水和游离水形式为主，影响土壤固化效果的水分形式为游离水和物理吸附作用形成的水分2。土壤中的水会溶解盐类和带正电的活性成分，产生带负电的氢氧根离子，聚集在土壤颗粒表面，促使土壤颗粒成为带负电的胶粒，胶粒与土壤周围的阳离子型双电层结构，将土壤转变为稳定性较差的溶胶体。在溶胶体内，胶粒依靠分子力维系，导致溶胶体强度较差。当土壤处于富水状态时，土壤会产生松散的絮凝结构，为达到良好的固化效果，需先排出土壤内的水分，避免发生双电层和溶胶现象。在处理土壤中的水分时，共有两种方式。一种是将游离水转化为结晶水，消除影响土壤固化效果的游离水。结晶水合物具备胶凝性，对土壤中的毛细管道产生堵塞作用，避免外部入侵的水分破坏固化土结构。无机类和有机类固化剂都能够将游离水转化为结晶水，但是在水处理过程中，会残余部分游离水，影响胶凝物对土壤的胶结效果3。另一种是破坏土颗粒的亲水性，削弱土颗粒对水分的吸附力，再配合碾压、引流等方式去除水分。生物酶类固化剂主要通过增强土体颗粒的凝聚力以达到提高土壤表层憎水性的目的，促使水分顺利排出。2）土壤颗粒胶结。土颗粒结构为饱和结构，颗粒难以形成整体。根据相关研究表明，结构黏结力是影响土壤力学性质的关键因素。在提高固化土强度时，需通过固化剂增强颗粒结构黏结力。从黏结效率方面分析，液体固化剂的土壤颗粒胶结效果优于固体固化剂，且固化剂成本较低，在胶结过程中，将土颗粒嵌入已形成的胶结结构中，促使土颗粒形成凝胶状。采用无机类固化剂和有机类固化剂能够显著提高固化土的无线侧压强度。此外，激发土颗粒的活性也是增强土颗粒胶结效果的有效方式，该方式利用固化剂促使颗粒发生化学反应，利用化学链连接起来。2.1.3 固化方法1）水泥稳定土。在细粒土中掺入一定量的水泥，收稿日期：2023-03-22作者简介：田晓鹤（1989），女，工程师，从事高速公路管理与养护工作。公路沥青路面固化土基层施工技术分析田晓鹤（河北高速公路集团有限公司大广分公司，河北 衡水 053000）摘要：为达到采用土壤固化剂对土料物理力学性能进行改良，形成满足技术规范要求的固化土基层材料的目的。以某公路工程为例，分析沥青路面固化土基层施工技术的应用。研究结果表明，在公路基层施工中采用固化土作为填料，施工前通过室内试验分析固化土基层材料路用性能，并在施工中实施清理现场、施工放样、挖路床、路床碾压、摊铺结构土、摊铺固化剂、拌和、闷料、整形、碾压和养生施工技术，能够保证固化土基层路基弯沉值、回弹模量和结构稳定性达到路基施工技术规范要求。关键词：公路沥青路面；固化土；基层施工中图分类号：U416.1文献标识码：B76交通世界TRANSPOWORLD促使水泥与细粒土中的水分发生水化反应，分解出氢氧化钙水化物，形成骨架结构，增强土体强度4。具体作用机理如下：水泥在细粒土中发生离子交换，促使土颗粒聚集成较大土团，生成吸附活性极强的氢氧化钙，填补土团空隙，增强土体结构稳定性；在水泥发生水化热的过程中，会产生大量钙离子，钙离子在碱性环境下与土壤中氧化硅、氧化铝发生反应，生成晶体矿物；水泥水化物中的氢氧化钙吸收空气中的二氧化碳反应后形成碳酸钙，可增加土壤的固结效果。2）石灰稳定土。在土壤中掺入石灰会发生一系列物理化学反应，改变土地性能。石灰以氢氧化钙为主要成分，掺入土体后发生离子交换反应，形成钙土、钾土以及含水的硅酸钙、铝酸钙，促使土颗粒结团，降低土体塑性，形成石灰土早期强度。当氢氧化钙与二氧化碳发生反应后，会形成后期强度，增强固化土的水稳定性5。3）石灰粉煤灰稳定土。粉煤灰中的二氧化硅、氧化铁和氧化铝占比较高，土体中水分供水泥发生水化热反应，交换土体中的离子，增强团聚结构的联结强度。在石灰粉煤灰稳定土形成早期强度阶段，会经过火山灰反应、石灰解离、结晶作用和碳酸化反应，逐步提高土体的稳定性和强度。4）水玻璃稳定土。此类固化土的成分较为复杂，水玻璃能够与土壤中的多种物质发生物理化学反应，主要包括：水玻璃与土体中的高价金属离子发生反应，生成硅酸钙，对黏土颗粒孔隙产生填塞效果；水玻璃在土体颗粒间产生胶结作用，增强反应产物的稳定性。5）高分子类固化剂加固土。在常温状态下，高分子类固化剂中的催化成分与引发成分能够促使高分子单体发生聚合反应，在土体中形成较为稳定的网状结构，降低空隙率，提高颗粒结团力，从而增强土体强度6。2.2 固化土基层材料路用性能根据公路路面基层施工技术规范选择符合技术指标要求的土料，对固化土基层材料进行室内试验，分析材料的路用性能，为固化土基层施工提供依据。2.2.1 无侧限抗压强度试验试验结果表明，当水泥掺量为 4%、6%、8%时，固化土基层材料的7 d无侧限抗压强度均能够满足路面基层技术规范要求，但是28 d无侧限抗压强度明显低于水稳砂砾基层材料，表明固化土材料的无侧限抗压强度随时间增长低于水稳砂砾基层材料。2.2.2 劈裂强度试验试验结果表明，固化土基层材料具有良好的抗弯拉性能，劈裂强度在0.490.60 MPa范围内。与其他基层材料相比，固化土基层的劈裂强度接近二灰碎石，高于水泥砂砾基层。2.2.3 抗冻稳定性试验试验结果表明，水泥类、石灰类固化土基层材料28 d 龄期经过 5 次冻融循环试验后，耐冻指数分别在0.620.81、0.510.64，90d 龄期的耐冻指数分别在0.550.75、0.450.58。根据试验结果可知，固化土基层材料的冻融损失较大，但是经历多次冻融后，其抗压强度仍可以满足路用性能要求。2.2.4 低温收缩试验试验结果表明，在0 以下的低温环境下，固化土基层材料的温度收缩系数与水稳砂砾基层、二灰碎石基层材料的温度收缩系数相差较小，表明固化土基层材料具有良好低温稳定性和抗冻能力。2.2.5 抗压回弹模量试验试验结果表明，固化土基层材料中的水泥剂量越大，其抗压回弹模量越大。当水泥掺量为 4%、6%、8%时，抗压回弹模量达到1 2201 500MPa。在公路路基施工常用的基层材料中，固化土基层材料的抗压强度高于常用基层材料的抗压强度，且变形性能较好，有利于路基摊铺碾压施工质量控制。2.2.6 水稳定试验试验结果表明，当土料掺入固化剂后，能够显著提升土体的水稳定性。固化土的水稳定性系数随时间的增长而增大，通过 180 d、360 d 龄期的浸水试验可知，固化土基层材料未发生松散现象，无侧限抗压强度降低幅度偏小，且固化土材料的水稳定性满足路基施工技术规范要求7。2.3 固化土基层施工技术本工程试验路段沥青路面基层施工采用粉状土壤固化剂，具体施工技术如下。2.3.1 材料准备1）采集试验数据。在施工前，取土样室内试验分析，掌握土颗粒粒径、塑限、液限、塑性指数、pH值等实测指标。2）固化剂。选择专业的固化剂厂家提供固化剂，按照厂家提供的混合料配合比方案，结合现场土质情况确定混合料配合比；厂家向施工方提供固化土混合料的试验检测报告，包括混合料最大干密度、最佳含水率、7 d无侧限抗压强度等指标。2.3.2 清理现场彻底清理施工路段基层上的有机物，以免固化土基层施工中出现路面坑槽病害，当出现坑槽病害的路面长期受荷载作用时会加速路面结构破坏。2.3.3 施工放样按照设计要求放样，确定公路中线和边线；直线段每间隔1520 m设控制桩，平曲线路段增加控制桩布设密度，每间隔10 m设控制桩。77总661期2023年第31期（11月 上）2.3.4 挖路床按照设计要求开挖路床并控制开挖深度，挖出的土料堆放在路边，用作固化土混合料的原材料；采用客土作固化土结构土时，用推土机整平路床，保证路床结构厚度均匀。2.3.5 路床碾压在碾压路床后检测高程、纵坡、横坡、厚度、平整度、密实度等技术指标是否达到设计要求。2.3.6 摊铺结构土在基层上摊铺土料，施工人员及时拣出粒径超过10 cm的砂石，清理土料中的有机物，土料松铺厚度为2022 cm8。2.3.7 摆袋摊铺固化剂在室内试验中计算出固化剂的用量，计算后按照重量比内掺法确定施工现场固化剂袋子的摆放位置。2.3.8 拌和1）干拌。在施工现场采用路拌机翻拌固化剂与土料，共翻拌5遍，确保翻拌均匀，翻拌深度达到设计要求，不允许在结构层下方出现素土夹层。2）湿拌。在固化剂与土料干拌后检测含水量，用洒水车在上面洒水，根据最佳含水量控制洒水量，做到早洒、勤洒、细洒；在洒水后湿拌混合料。2.3.9 闷料固化土拌和后进行闷料，闷料时长12 h，在闷料过程中水分易蒸发，需定期补水、翻拌混合料，始终维持混合料的最佳含水量。2.3.10 整形用平地机初步整平混合料，在直线段施工中，从道路两侧向路中心刮平混合料；在曲线段施工中，从道路外侧向内侧刮平混合料；整形后检测基层坡度、路拱，根据整形情况，可再整形一遍，保证各项技术指标达到设计要求；在整形过程中，不允许任何车辆通行，整形后清理基层上的有机物。2.3.11 碾压整形后准备就绪振动压路机，从路边向路中心碾压，共碾压5遍，确保从固化土混合料整形到碾压成型用时不超过6h；碾压后检测压实度，当压实度未达到设计要求时进行补压。2.3.12 养生固化土基层结构成型后，进入沥青表面处治施工阶段，用沥青表处结构替代其他养生方法，加快施工进度。2.4 固化土基层施工质量检测2.4.1 弯沉检测本工程选取500 m试验路段进行固化基层施工，在施工后30 d试验检测路面弯沉值。在检测过程中，采用后轴重100 kN的试验车辆，轮胎气压0.7 MPa，单轮传压当量圆直径为21.3 cm。选取3处检测点，气温为18.8，检测结果为：弯沉值分别为 24、108、60（0.01 mm），平均值为 77.33（0.01 mm），标准差为26.63，代表值为117（0.01 mm）。2.4.2 回弹模量根据固化土基层材料的实测弯沉值计算出回弹模量，在计算过程中设定以下假设条件：固化土基层材料内部均匀，用弹性模量E与泊松比表示弹性参数；在水平方向上各层无限远处的应力、变形和位移为0；各层分界面的位移与应力连续分布，各层不存在摩擦力。回填模量计算结果为1 071 MPa，土基模量为30 MPa。2.4.3 固化效果评价根据外观目测和技术指标检测结果可知，试验路段固化效果较好，固化处理后的土壤表面平整度达到设计要求，能够有效改善路面服务能力。在公路投入使用2个月后，未发生路面坑洼、车辙等严重病害，表明在低等级公路建设中采用固化土基层施工技术具备可行性。3 结束语公路沥青路面基层施工要合理采用固化土基层施工技术，施工前研究固化土加固机理，通过室内试验分析固化土基层材料对本工程基层施工的适用性，优选出土壤固化剂用于固化公路沿线获取的土料，提高工程材料利用率。固化土基层材料能够改良土体性能，增强基层填料压实度，确保基层保持长期稳定。参考文献：1 赵金成.土壤固化剂在高速公路路基处理中的应用J.北方交通，2014（2）：110-112.2 欧海湖，谭树成，樊明松.基于原土固化技术的固化土基层现场试验研究J.山西建筑，2022（8）：81-84.3 杨冰.过水路面及固化土基层在油田道路中的应用J.油气田地面工程，2011年第7期80-80，共1页4 张孝彬，朱志铎，谭敏.固化粉土底基层力学特性分析J.施工技术，2017（11）：43-46.5 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