環(huán)海強(qiáng)侵蝕地區(qū)公路 底基層料改良試驗(yàn)研究

李炳漢 潘紀(jì)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(xiàng)目是路賽開發(fā)區(qū)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(chǔ)設(shè)施工程，項(xiàng)目包含鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)公共設(shè)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(diào)管道系統(tǒng)以及地下變電站、通訊管網(wǎng)、交通信號系統(tǒng)、路燈系統(tǒng)等。合同總價(jià)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(qū)域內(nèi)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(fēng)化的比較嚴(yán)重，天然顆粒級配較差，并且液限指數(shù)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(jìn)度造成較大的影響。所以，通過分析，我們認(rèn)為唯一的途徑是對現(xiàn)有的材料進(jìn)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(guī)定有（A-B-C）三種標(biāo)準(zhǔn)級配，設(shè)計(jì)要求首先C級配料，由于料源來自于箱涵開挖料，按照規(guī)范要求，此料在使用之前，必須進(jìn)行相關(guān)的物理力學(xué)性能試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 底基層（SUB-BASE）C級料試驗(yàn)結(jié)果

土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限；由可塑狀態(tài)到流動狀態(tài)的界限含水量稱為液限。從表1試驗(yàn)結(jié)果看，該材料液限值為54%，塑性指數(shù)為26，這兩項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求。要想獲得合格的底基層料必須對原材料級配進(jìn)行改良。

2 確定改良方法

2.1 國內(nèi)采用的方法

通常情況下，國內(nèi)對高液限地基穩(wěn)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(dāng)摻入一定量的水泥或石灰以后，它們當(dāng)中的氧化鈣（CaO）與土中的水（H2O）和空氣中的二氧化碳（CO2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣(CaCO3)，不但降低了含水量，還提高了地基的強(qiáng)度，使得CBR滿足設(shè)計(jì)要求。

對于CP1區(qū)域內(nèi)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(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。該材料天然含水量偏?。ㄆ骄繛?.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(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈣(CaCO3)，達(dá)不到預(yù)期的效果；其二是當(dāng)?shù)厝鄙傧噙m應(yīng)的材料，難以實(shí)施。

從表1的檢測結(jié)果看，雖然 CBR值和膨脹率均滿足設(shè)計(jì)要求，但是液塑限值標(biāo)已超出規(guī)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(qiáng)的漲縮性、崩解性、風(fēng)化特性和強(qiáng)度衰減性，經(jīng)破碎后很容易造成粒徑小于0.075mm的細(xì)料，而且這些細(xì)料又表現(xiàn)出很強(qiáng)的親水性，從而導(dǎo)致底基層料液塑限值偏高。

因此，我們根據(jù)破碎后材料級配的結(jié)果，如何能降低0.075mm以下的細(xì)料含量，降低液塑限指標(biāo)，提出采用外摻沙丘沙的方法進(jìn)行大量的試驗(yàn)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(jìn)行加工破碎，首先按照C級配料的要求進(jìn)行物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 不同粒徑破碎料檢測結(jié)果

從表2的檢測結(jié)果看，按照C級配料的標(biāo)準(zhǔn)判定，這三種不同粒徑經(jīng)破碎后獲得的試驗(yàn)結(jié)果，除了液塑限值無法滿足設(shè)計(jì)要求外，其它物理力學(xué)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。另外從液塑限值結(jié)果上看，粒徑75mm上調(diào)到100mm時，液塑限值下降幅度較大；粒徑100mm上調(diào)到150mm時，液塑限值變化較小。通過以上試驗(yàn)結(jié)果的對比，我們首先100mm的粒徑作為C級料生產(chǎn)的料源。

2.3 擬定摻入沙丘沙含量

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果分析，我們認(rèn)為單靠破碎站單一生產(chǎn)的C級配料無法滿足規(guī)范要求，如果不采用其他外摻料加以混合，很難達(dá)到預(yù)期的效果，因此，我們利用當(dāng)?shù)氐纳城鹕撤謩e按照25%、20%、15%的不同含量，進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 C級配料摻入不同沙丘沙含量的試驗(yàn)結(jié)果

從表3試驗(yàn)結(jié)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(jié)果有降低的趨勢，但仍未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為此，我們與監(jiān)理協(xié)商，提出采用B級配料替代C級配料，提高道路底基層標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 提高底基層標(biāo)準(zhǔn)

之所以提高底基層料標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計(jì)要求的前提下提出的。因此，項(xiàng)目部派專業(yè)技術(shù)人員到多哈市新建的機(jī)場以及CP2道路施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)這兩個項(xiàng)目設(shè)計(jì)的道路底基層全部采用B級配料。按照《卡塔爾施工技術(shù)規(guī)范》（QCS2002）的規(guī)定，如果C級配料未滿足設(shè)計(jì)要求前提下，可以采用B級配料。因此，我們與監(jiān)理和業(yè)主協(xié)商，并達(dá)成一致，確定將由B級配料替代C級配料，其試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 底基層（SUB-BASE）B級料試驗(yàn)結(jié)果

由表4的試驗(yàn)結(jié)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(shù)從26降到8，有著明顯的下降趨勢，但是試驗(yàn)結(jié)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(dá)到預(yù)期效果。所以，我們根據(jù)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(jìn)行顆粒級配等相關(guān)的試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 外摻沙丘沙B級料試驗(yàn)結(jié)果

從表5試驗(yàn)結(jié)果看出，根據(jù)沙丘沙不同的摻量，摻量10%的沙丘沙獲得的液限指標(biāo)相對偏小，顆粒級配均在包絡(luò)線以內(nèi)。雖然其他兩個摻量各項(xiàng)指標(biāo)也能滿足設(shè)計(jì)要求，所以，考慮到質(zhì)量、成本等綜合因素，我們確定以外摻10%的沙丘沙為控制標(biāo)準(zhǔn)。并且也獲得監(jiān)理、業(yè)主的批復(fù)。

3 現(xiàn)場混合方法

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的生產(chǎn)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(biāo)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(guī)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(fù)幾次，目測均勻即可。

施工之前，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的最優(yōu)含水量，計(jì)算出每個堆集料實(shí)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(guī)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(fā)，待24h候后，再將浸潤好的集料堆利用反鏟反復(fù)拌合均勻，待集料堆測試的含水量未超出最優(yōu)含水量范圍時，即可運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行攤鋪碾壓。

4 現(xiàn)場檢測結(jié)果分析

為了驗(yàn)證B級配料改良后的可靠性，在現(xiàn)場監(jiān)理工程師的監(jiān)督下，按照規(guī)范要求分批、次進(jìn)行了大量的抽檢，抽檢的主要統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表6。

從表6碾壓前的檢測統(tǒng)計(jì)結(jié)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(jìn)行改良，使得B級配所有的物理力學(xué)性能指標(biāo)完全滿足設(shè)計(jì)要求，由此證明這種改良方法是完全有效的。

表6 現(xiàn)場檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

5 結(jié) 語

(1) 通過對環(huán)海地區(qū)底基層材料試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)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(xiàn)場抽檢的試驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(zhì)量有保障，遇到類似的工程值得借鑒。

[1] 卡塔爾施工技術(shù)規(guī)范.QCS -2002

[2] 公路土工試驗(yàn)規(guī)范.JTGE40-2007

[3] 公路基層路面現(xiàn)場測試規(guī)程.JTGE60-2008