土壤固化劑在公路路基施工中的應(yīng)用

□文/廉桂興

我國(guó)公路建設(shè)改良土壤的產(chǎn)品仍大多沿用石灰、水泥、工業(yè)礦渣、砂或這些材料的混合物，隨著環(huán)境保護(hù)對(duì)道路工程用石料、河砂、山砂等自然資源開采的嚴(yán)格限制，土壤固化劑作為一種廣泛易得而又環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的新型替代材料具有現(xiàn)實(shí)的意義。土壤固化劑是無毒、無害、無污染的環(huán)保高聚類有機(jī)溶液，可廣泛地用于各種土壤、砂石材料的固化，還具有抗壓強(qiáng)度高、萬能兼容、高斥水性等特點(diǎn)，是一種萬能的離子類固化材料，用其穩(wěn)定各種土壤均能滿足各等級(jí)公路路基施工技術(shù)規(guī)范要求。

土壤固化劑是一種加入土壤中的外加劑，將其摻入土壤中與含有一定水分的土壤混合后，發(fā)生一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，降低土壤顆粒間的排斥力，破壞土壤顆粒間的吸附力，同時(shí)還置換出土粒表面的水分子并生成一種不可溶解的終合物，發(fā)揮類似水泥的凝固作用，對(duì)土壤的壓實(shí)度有著直接作用；而且縮小了土壤顆粒之間的空隙，使其承載能力加強(qiáng)，從而達(dá)到高斥水性、高壓實(shí)度、強(qiáng)承載力和抗壓強(qiáng)度。

施工工藝

路拌法施工

（1）測(cè)量放線。用全站儀按坐標(biāo)法測(cè)量恢復(fù)中線，每10 m設(shè)一排樁并根據(jù)路基設(shè)計(jì)寬度放出路基邊線，為保證路基有效壓實(shí)度和邊坡的穩(wěn)定，在放路基邊線時(shí)應(yīng)使兩側(cè)邊線各寬出20～40 cm為宜。精確放出水準(zhǔn)測(cè)量線，確定縱橫斷面的標(biāo)高并按設(shè)計(jì)高程在側(cè)釬上做好標(biāo)記，在進(jìn)行水準(zhǔn)高程控制時(shí)應(yīng)考慮到松鋪系數(shù)。

（2）備土整平。根據(jù)施工階段所需的土方量拉入施工段路床，按測(cè)定的高度和寬度進(jìn)行大致整平，整平方法一般采用人工配合推土機(jī)。

（3）噴灑固化劑、濕拌。首先選取有代表性的點(diǎn)測(cè)試含水率，精確計(jì)算作業(yè)段所需的補(bǔ)水總量，根據(jù)施工天氣和土質(zhì)，含水量宜大于最佳含水率1%～2%；然后計(jì)算作業(yè)段的體積，按單位體積應(yīng)加固化劑數(shù)量計(jì)算所需的固化劑用量；最后將計(jì)算出來的補(bǔ)水量和固化劑一并倒入灑水車并充分?jǐn)嚢杈鶆?，稀釋后均勻地灑在作業(yè)段內(nèi)。噴灑土壤固化劑水溶液時(shí)，宜采用壓力式灑水車或噴管式灑水車，噴灑應(yīng)均勻，中途不得停車。直接摻入混合料中的固化劑水溶液應(yīng)分2次噴灑，首次先噴灑40%，用機(jī)械拌和不得少于2遍，再噴灑40%拌和2遍，其余20%的固化劑水溶液應(yīng)在碾壓成型后噴灑封層。

（4）悶料。混合料拌和均勻后即可進(jìn)行悶料，砂土悶料時(shí)間不少于6 h；粘土不少于10 h，但不超過2 d。

（5）攤布水泥。首先將水泥用量進(jìn)行計(jì)算，將施工路段劃成若干個(gè)方格，每個(gè)方格按計(jì)算的水泥袋數(shù)堆放水泥，進(jìn)行攤布。在攤布時(shí)應(yīng)派專職施工人員控制每一個(gè)方格內(nèi)的水泥數(shù)量，保證厚度和寬度，表面應(yīng)沒有空白的位置，也沒有水泥過分集中的位置，平面力求平整。攤料過程中，應(yīng)將超尺寸顆粒及其他雜物撿除。

（6）補(bǔ)水、再次拌和。悶料后，再次測(cè)定混合料的含水率，確定是否還需補(bǔ)水，然后用路拌機(jī)或其他合適的拌和機(jī)械進(jìn)行拌和，拌和完成的標(biāo)志是混合料顏色一致，沒有灰條、灰團(tuán)和花面，沒有粗細(xì)顆?！案C”，沒有素土夾層且水分合適、均勻。

（7）固化土初壓、整平。混合料拌和均勻后，要立即用推土機(jī)初步排壓，人工掛線精確整平，再用平地機(jī)進(jìn)行整型。整平過程中，對(duì)于局部低洼處，應(yīng)用齒耙將其表層厚度耙松5 cm以上并用新拌的混合料進(jìn)行找補(bǔ)整平，整平時(shí)切忌在光滑的平面上進(jìn)行薄層找補(bǔ)。

（8）碾壓。整型后應(yīng)在最佳含水量時(shí)壓實(shí)，要根據(jù)路寬、壓路機(jī)輪距的不同，制定相應(yīng)的碾壓方案。通常采用l 8T-22T振動(dòng)壓路機(jī)，先靜壓一遍再對(duì)固化土層進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。具體碾壓時(shí)，應(yīng)本著“先輕后重，先慢后快，先兩邊后中間，先靜壓后振動(dòng)”的原則，速度控制在頭2遍是低速，1.5～1.7 km/h為宜，以后可用2.0～2.5 km/h的碾壓速度。

碾壓采用縱向進(jìn)退式，壓路機(jī)輪跡一般要求重疊1/2輪寬，后輪必須超過兩段的接縫處，后輪壓完固化土面全寬時(shí)，即為一遍。碾壓過程中固化土的表面應(yīng)始終保持潮濕，如表層水分蒸發(fā)過快應(yīng)及時(shí)補(bǔ)灑少量的水。如有“彈簧”、松散、起皮、剪切推移現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)翻開重新拌和。整個(gè)施工過程從水泥攤布到碾壓必須在水泥終凝期內(nèi)完成。

碾壓過程中施工接縫處應(yīng)搭接拌和。第1段拌和后，留出5～8 m不進(jìn)行碾壓，在第2段施工時(shí)再將前段余留的未碾壓段添加適量水泥和土壤固化劑水溶液重新拌和，與第2段相連一起進(jìn)行碾壓。

（9）養(yǎng)管。固化土層每一段碾壓完成并經(jīng)壓實(shí)度檢查合格后應(yīng)立即中斷交通，開始養(yǎng)護(hù)，時(shí)間為一周。養(yǎng)生方法有灑水養(yǎng)生，要求路面保持濕潤(rùn)；覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生，要求用土埝縱橫向封實(shí)?。蝗榛癁r青做下封層養(yǎng)生，條件為基層的面層為瀝青層。鋪土養(yǎng)生，條件為上層繼續(xù)施工固化土層。

集中拌和法施工

對(duì)于二級(jí)和二級(jí)以下的公路，若無合適的強(qiáng)制式廠拌設(shè)備，也可以將混合料集中在路旁的料場(chǎng)用人工配合挖土機(jī)的方式進(jìn)行拌和。集中拌和法施工應(yīng)符合下列要求。

（1）土應(yīng)粉碎，防止團(tuán)塊。

（2）應(yīng)嚴(yán)格按所選定的固化土配合比配料,固化劑稱量必須準(zhǔn)確。

（3）出料時(shí)，混合料的含水量應(yīng)大于最佳含水率1%～2%。

（4）進(jìn)入料斗的素土干濕狀態(tài)應(yīng)基本一致，固化劑水溶液宜當(dāng)天配制，當(dāng)天使用。

（5）經(jīng)拌和均勻的固化土混合料應(yīng)立即運(yùn)輸?shù)戒佒F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。若運(yùn)距遠(yuǎn)，運(yùn)輸過程中宜加以覆蓋，以防水分過早蒸發(fā)。

（6）運(yùn)輸距離與時(shí)間應(yīng)能保證使固化土在凝結(jié)時(shí)間內(nèi)碾壓完畢。

（7）宜采用自卸式運(yùn)輸車與攤鋪、碾壓機(jī)械相配套，做到隨拌隨運(yùn)隨鋪隨壓。

（8）固化土鋪筑前，下承層表面應(yīng)拉毛、去除雜物、灑水濕潤(rùn)。

（9）到場(chǎng)的固化土混合料可按數(shù)量均勻分散地直接卸于下承層面上，避免集中堆料過高，造成松實(shí)不一致。

（10）攤鋪可采用各類攤鋪機(jī)，亦可采用人工加抓斗式挖掘機(jī)聯(lián)合攤鋪。在較低等級(jí)道路上，沒有攤鋪機(jī)時(shí)，可采用自動(dòng)平地機(jī)攤鋪，根據(jù)鋪筑層的厚度和要求達(dá)到的壓實(shí)干密度，計(jì)算每車混合料的攤鋪面積；將混合料均勻地卸在路幅中央，路幅寬時(shí)也可將混合料卸成兩行；用平地機(jī)將混合料按松鋪厚度攤鋪均勻；設(shè)一個(gè)3～5人的小組，攜帶一輛裝有新拌混合料的小車，跟在平地機(jī)后面，及時(shí)鏟除粗集料“窩”，補(bǔ)以新拌均勻的混合料并與粗集料拌和均勻。

（11）應(yīng)避開雨天施工。固化土施工應(yīng)在連續(xù)2～3 d無雨的條件下才可正常進(jìn)行；確保場(chǎng)地排水通暢；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備防雨遮擋物，尚未碾壓已遭雨淋的固化土混合料可作素土使用。

（12）固化土混合料的整型、碾壓、成型等與路拌法相同。

經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析

土壤固化技術(shù)用于高速公路工程，顯著的價(jià)值在于其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。以土固精牌土壤固化劑為例，其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析見表1-表3。

表1 傳統(tǒng)材料施工道路基層每km能耗

表2 土固精牌土壤固化劑代替砂石料修筑道路基層每km能耗

表2的計(jì)算依據(jù)為每減少1萬t水泥的用量，減少5 200 t CO2氣體的排放量；每減少1萬t石灰使用量，減少8 000 t CO2氣體的排放量；每減少1萬m3的碎石用量，能夠使約300 m3的植被得到保護(hù)；每減少1萬t水泥的用量，節(jié)省煤炭約2 400 t；每減少1萬t石灰使用量，節(jié)省煤炭約3 000 t；每減少1萬m3材料汽車運(yùn)輸（200 km），節(jié)省燃料油約70 t；每減少1萬m3筑路材料，減少料場(chǎng)占地約800 m2。

表3 土固精牌土壤固化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料施工道路基層每km經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益比較

工程實(shí)踐表明，由于固化土基層的抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的砂石料路基，故可根據(jù)設(shè)計(jì)變更，適當(dāng)減少基層和面層的厚度，表1-表3中為方便計(jì)算和比較，基層的厚度均取0.4 m，即基層0.2 m，底基層0.2 m。實(shí)際工程中，經(jīng)濟(jì)效益更加明顯。

結(jié)論

（1）土壤固化劑在工程中實(shí)際應(yīng)用簡(jiǎn)便、易于控制，使用過程中環(huán)保無污染，材料易于運(yùn)輸，減少了運(yùn)輸成本。

（2）使用土壤固化劑的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)顯而易見。我國(guó)在高速公路建設(shè)中對(duì)固化劑應(yīng)用的非常少，但是作為一種新型建筑材料，固化劑具有的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。