抗疏力固化土工程特性及其在黃土路基穩(wěn)定層中的應(yīng)用

劉萬(wàn)鋒 楊永東 張斌偉（隴東學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

1 前言

慶陽(yáng)市屬濕陷性黃土區(qū)，公路和城市道路遇水均會(huì)塌陷變形，道路、街道因邊溝水毀、表面水滲等原因容易毀壞，持續(xù)完好時(shí)間均在兩、三年左右，維修費(fèi)用居高不下，這是長(zhǎng)期困擾公路和城市道路建設(shè)的主要癥結(jié)。因此如何更好的研究濕陷性黃土的工程性質(zhì)，探索處理濕陷性黃土地基就顯得十分重要。為了改善濕陷性黃土的物理力學(xué)性質(zhì)以適應(yīng)工程技術(shù)要求，國(guó)內(nèi)外興起了研究、使用土壤固化劑的熱潮。呂況等（2005）通過(guò)EWEC固化土作淺層地基成功實(shí)例，結(jié)合傳統(tǒng)灰土地基的概念，探索和證明了EWEC固化土基礎(chǔ)可替代傳統(tǒng)粘土剛性基礎(chǔ)[1]；侯浩波等（2006）通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和對(duì)工程的應(yīng)用，分析探討了HAS土壤固化劑的適用性[2]；付曉敦等（2009）對(duì)路邦EN-1型土壤固化劑固化土的工程性質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，證明其可以顯著降低路基彎沉、提高路基回彈模量、提高路基密實(shí)度，增強(qiáng)路基的承載能力，并顯著改善路基的水穩(wěn)性[3]。這些研究，都說(shuō)明了固化劑正在被越來(lái)越多的應(yīng)用于對(duì)軟弱土的加固方面?？故枇袒瘎槿鹗慨a(chǎn)品，是一種新型的筑路材料，按物理形態(tài)分液體母料（C444）和固體母料（SD）兩種。

本文以慶陽(yáng)市道路工程設(shè)計(jì)為例，討論抗疏力固化劑在濕陷性黃土地區(qū)公路工程的應(yīng)用，以期為抗疏力技術(shù)在該地區(qū)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2 抗疏力固化劑固化土壤的原理

抗疏力固化劑固化土壤的原理是：利用抗疏力固化劑破壞土壤水膜使其分離，降低土壤微粒的界面活性，利用空氣負(fù)壓和土壤內(nèi)部的自身結(jié)合力使其重新組合，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的凝聚力，阻塞土壤的毛細(xì)吸水，使其免遭水患，達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)固土壤的目的。經(jīng)抗疏力技術(shù)處理過(guò)的土壤，因土壤中的空氣大大減少，使土壤密實(shí)度增加，從而提高了土壤的承載力，它的憎水性有效阻止毛細(xì)水的滲透，因水不能滲透，在外力的作用下使土壤的石化過(guò)程加快。所以穩(wěn)固土壤，提高土壤的承載力，阻止水的滲透，加快土壤的石化過(guò)程，逐步實(shí)現(xiàn)永久石化是抗疏力技術(shù)的核心。

抗疏力產(chǎn)品是化工產(chǎn)品，但是該產(chǎn)品不與土壤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，它僅僅會(huì)改變土壤的物理性能。所以該產(chǎn)品具有環(huán)保型。

3 抗疏力固化土的工程特性

3.1 試驗(yàn)方法

3.1.1 試驗(yàn)制備

參考《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034－2000）中石灰穩(wěn)定土的混合料組成設(shè)計(jì)方法以及抗疏力土壤添加劑（C444和SD）生產(chǎn)廠家所提供的合理?yè)搅糠秶罱K從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度考慮，擬定水劑C444摻量（L/m3）：0.5、0.75、1，以及粉劑SD摻量（kg/m3）：10、15、20，進(jìn)行配合比組合設(shè)計(jì)。本試驗(yàn)制作抗疏力工程土試件6組，組號(hào)分別為A、B、C、D、E、F，A組和B組為相同配合比（粉劑SD=1%，水劑0.5‰），C組和D組為相同配合比（粉劑SD=1.5%，水劑0.75‰），E組和F組（粉劑SD=2%，水劑1‰），試件養(yǎng)護(hù)溫度≤5℃；壓實(shí)度98%?？故枇こ掏劣赏寥?、砂石、礫石和抗疏力材料組成，土壤、砂石、礫石的重量比為1/3。

表1 擊實(shí)及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)包括兩個(gè)內(nèi)容，包括擊實(shí)試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。擊實(shí)試驗(yàn)依據(jù)JTG-2009《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行。通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)，可以得到抗疏力固化土的最大干密度和最優(yōu)含水量。然后，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)所得的相應(yīng)抗疏力固化土的最大干密度和最佳含水量，依據(jù)JTG-2009《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》采用靜壓法制備無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件，各組抗疏力工程土的壓實(shí)度均按98%計(jì)算。試件尺寸為15cm×15cm圓柱體，每組13個(gè)。A組、C組、E組試件自然養(yǎng)護(hù)(即脫模后直接放置在養(yǎng)護(hù)架上，室內(nèi)溫度8℃)7天，直接進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，B組、D組、F組試件自然養(yǎng)護(hù)6天，浸水24h，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.1.3 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)兩種不同抗疏力土壤添加劑的不同摻量組合分別做室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，得到相應(yīng)混合料的最大干密度和最佳含水率。試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1。

表1表明，隨著抗疏力添加劑摻量的增大，固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、最大含水量總的來(lái)說(shuō)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而最大干密度呈下降趨勢(shì)。但通過(guò)對(duì)我們?cè)囼?yàn)所選的摻劑量所形成的抗疏力固化土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、最大含水量、最大干密度進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有顯著的差異。因此，可以認(rèn)為抗疏力添加劑的摻加量：摻量粉劑SD可以按1%-2%摻配、水劑C444按0.5‰-1‰摻配。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，為了盡可能降低工程成本，抗疏力土壤添加劑的摻量一般情況水劑C444以0.8 L/m3、粉劑 SD以20 kg/m3為宜[4-5]。這個(gè)結(jié)論與我們所選的范圍是一致的。

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果還表明，在所選定摻配劑量所形成的抗疏力固化土在自然養(yǎng)護(hù)條件下，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均不小于0.6MPa。而在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下明顯降低，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的潮濕環(huán)境對(duì)其強(qiáng)度有明顯的影響。水的侵入會(huì)顯著降低固化土的強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)施工時(shí)，必須嚴(yán)格控制周圍含水量。

4 彎沉值對(duì)道路工程施工的重要性

路基彎沉值的大小對(duì)路基的整體強(qiáng)度及承載能力起著很大的作用。彎沉(deflection)是指路基或路面表面在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)車的荷載作用下輪隙位置產(chǎn)生的總垂直變形值(總彎沉)或垂直回彈變形值(回彈彎沉)，以0.01mm為單位。彎沉是表征公路路基路面整體強(qiáng)度的重要參數(shù)。彎沉檢測(cè)是路面承載能力分析的基礎(chǔ)，路面使用性能評(píng)價(jià)的重要組成部分，它不僅對(duì)工程質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)至關(guān)重要，而且決定著路面養(yǎng)護(hù)決策科學(xué)化水平和可信度，直接影響?zhàn)B護(hù)資金的分配和舊路改造設(shè)計(jì)的合理性[6-7]。

5 工程應(yīng)用

抗疏力固化土主要是運(yùn)用于道路穩(wěn)定層，起到強(qiáng)化基礎(chǔ)、降薄面層的作用，所以，設(shè)計(jì)也主要是穩(wěn)定層和面層厚度的設(shè)計(jì)。采用的辦法主要依據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)厚度降1/3左右確定厚度，即原設(shè)計(jì)穩(wěn)定層30公分白灰砂礫石，20公分水泥砂礫石，7公分瀝青混凝土面層，用抗疏力固化土就確定30公分穩(wěn)定層，5公分瀝青混凝土面層。

2010年，我們運(yùn)用抗疏力技術(shù)先后設(shè)計(jì)并完成了慶陽(yáng)市西峰區(qū)南四—II路工程穩(wěn)定層、真寧一路底基層、東環(huán)路非機(jī)動(dòng)車道穩(wěn)定層、中國(guó)石油慶陽(yáng)石化公司門前道路的鋪設(shè)等工作。經(jīng)過(guò)技術(shù)部門檢測(cè)，各項(xiàng)工程均滿足技術(shù)要求。在這些道路的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，抗疏力技術(shù)道路的路基、排水溝處理、骨料、粘土的要求，路拱、標(biāo)高、坡度等整個(gè)施工程序都和傳統(tǒng)技術(shù)一樣，其質(zhì)量檢驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。我們比較了南四—II路和南四—I路的彎沉值。南四—I路有傳統(tǒng)技術(shù)修建。當(dāng)公路竣工后，竣工后南四—II路瀝青面層測(cè)彎沉27.7（1/100mm），設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為35.6（1/100mm）。而同時(shí)竣工的南四—I路傳統(tǒng)技術(shù)修的瀝青面層測(cè)試彎沉值為31（1/100mm），二者都滿足施工要求，且抗疏力設(shè)計(jì)的道路的彎沉值測(cè)試高出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)5～8個(gè)點(diǎn)，而且抗疏力道路比傳統(tǒng)道路的彎沉值降低12%。此外，南四—II路抗疏力穩(wěn)定層施工后第15天測(cè)彎沉值達(dá)53.8（1/100mm），時(shí)隔17天后第二次測(cè)彎沉值為43.3（1/100mm），設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為48.6（1/100mm）。80-90天的南四—II路瀝青面層測(cè)彎沉值為27.7（1/100mm），說(shuō)明隨著時(shí)間的推移其抗壓強(qiáng)度越來(lái)越高。所有這些結(jié)果都說(shuō)明了抗疏力技術(shù)在該地區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。

6 結(jié) 語(yǔ)

在工程推廣應(yīng)用過(guò)程中對(duì)抗疏力工程土的特性及其應(yīng)用進(jìn)行研究，得到了如下的認(rèn)識(shí)：

1）抗疏力工程土作為穩(wěn)定層材料，抗疏力添加劑的摻加量：摻量粉劑SD按1%-2%摻配、水劑C444按0.5‰-1‰摻配。一般情況下按水劑C444以0.8L/m3、粉劑SD以20 kg/m3為宜。

2）以抗疏力固化土作為穩(wěn)定層材料，要嚴(yán)格控制集料的級(jí)配，含水量、摻加劑的劑量。壓實(shí)要在最佳含水量時(shí)進(jìn)行，壓實(shí)度不小于98%，不需要養(yǎng)生。

3）現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)果表明，抗疏力固化土做的道路穩(wěn)定層的承載力較高，其彎沉值與傳統(tǒng)工藝相比降低12%左右。

4）抗疏力固化土做的路面基層承載力較高且防水、防凍，保證了道路的長(zhǎng)期穩(wěn)定，而且在施工中可適當(dāng)減薄穩(wěn)定層和面層的厚度，能降低道路的造價(jià)。

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