穩(wěn)定粉砂土在路基路面中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

【摘要】粉砂土分布廣泛，但作為筑路材料來(lái)說(shuō)工程性質(zhì)較差，因此需通過(guò)物理化學(xué)措施對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定。本文通過(guò)對(duì)各類穩(wěn)定粉砂土物理化學(xué)特性的研究分析，詳細(xì)闡述了其在路基路面工程中的應(yīng)用及其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，對(duì)推動(dòng)綠色公路建設(shè)，實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)定粉砂土;路基路面;經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益;綠色公路

1、引言

粉砂土是指粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%的砂土，主要分布于長(zhǎng)江以北黃淮沖積平原地區(qū)。由于粉砂土顆粒細(xì)微，級(jí)配較差，孔隙率高，在外力或內(nèi)力（通常是孔隙水壓力）作用下易產(chǎn)生液化現(xiàn)象，因此在工程中屬于一種較差的筑路材料，作為路基填料在施工過(guò)程中存在難以壓實(shí)，易產(chǎn)生分層等現(xiàn)象，通常很難達(dá)到規(guī)范規(guī)定和使用要求。通過(guò)物理穩(wěn)定或物理化學(xué)措施對(duì)粉砂土進(jìn)行穩(wěn)定，改善其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以期達(dá)到路基填筑要求，做到就地取材，節(jié)約集約用地，降低工程造價(jià)，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)使用主要結(jié)合料的不同可以分為：石灰穩(wěn)定粉砂土，水泥穩(wěn)定粉砂土，水泥石灰穩(wěn)定粉砂土，石灰粉煤灰穩(wěn)定粉砂土;石灰粉煤灰水泥綜合穩(wěn)定粉砂土。

目前，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者對(duì)穩(wěn)定粉砂土用于路基工程進(jìn)行了較多的工程實(shí)踐研究。袁玉卿[1]介紹了粉砂土分布，然后分析路基病害及危害，找出原因，并有針對(duì)性地提出設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)措施袁二健[2]以G107線鄭州段改建工程為依托，從室內(nèi)土工試驗(yàn)著手，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度綜合評(píng)價(jià)，得到滿足設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度指標(biāo)要求的最佳水泥石灰穩(wěn)定方案。

綜上所述，穩(wěn)定粉砂土作為路基填料正引起國(guó)內(nèi)工程界的廣泛關(guān)注。但從國(guó)內(nèi)的研究來(lái)看，主要集中于單一穩(wěn)定土應(yīng)用研究，對(duì)各類穩(wěn)定粉砂土進(jìn)行綜合研究較少，而且對(duì)其產(chǎn)生的效益分析也較少。

本文基于已有的研究，對(duì)各類穩(wěn)定粉砂土進(jìn)行了綜合研究分析，得出各類穩(wěn)定粉砂土的適用范圍和最佳穩(wěn)定方案，并經(jīng)直觀數(shù)據(jù)分析，重點(diǎn)論述了穩(wěn)定粉砂土在路基路面應(yīng)用中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

2、穩(wěn)定粉砂土的適用范圍和最佳配比研究

2.1研究過(guò)程

2.1.1借鑒穩(wěn)定粉砂土在已建工程中應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)

本課題研究通過(guò)收集和借鑒穩(wěn)定粉砂土在G107鄭州段改建工程、G311毫州東段改建工程以及右平高速公路等眾多高等級(jí)道路建設(shè)中應(yīng)用的試驗(yàn)資料和施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)粉砂土的固化穩(wěn)定方法和物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了進(jìn)一步分析，獲得了大量數(shù)據(jù)支持和寶責(zé)的實(shí)踐支撐。

2.1.2開(kāi)展穩(wěn)定粉砂土室內(nèi)試驗(yàn)研究

試驗(yàn)選取亳州市譙城區(qū)粉砂土土樣，通過(guò)一種結(jié)合料在不同劑量或多種結(jié)合料在不同劑量及不同配合比條件下的穩(wěn)定土進(jìn)行試驗(yàn)研究。

通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)，確定不同劑量和配合比下各穩(wěn)定粉砂土的最大干密度和最佳含水量，根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）[3]對(duì)每種劑量和配合比的穩(wěn)定土分別制作試驗(yàn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù)7d后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算并分析各試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值，得出最大強(qiáng)度下各穩(wěn)定土結(jié)合料的劑量和配合比。

2.2研究結(jié)論

2.2.1石灰穩(wěn)定粉砂土

通過(guò)研究，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，石灰穩(wěn)定粉砂土強(qiáng)度隨著石灰摻入量的增加先增大后減小。當(dāng)石灰含量在8-9%時(shí)，試件7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，為0.43MPa。由此可見(jiàn)，石灰穩(wěn)定土可改善粉砂土的穩(wěn)定性，可作為路基填料，但無(wú)法達(dá)到各級(jí)公路底基層或基層強(qiáng)度要求。

2.2.2水泥穩(wěn)定粉砂土

通過(guò)研究，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，隨著水泥劑量的增加，土樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本成比例增大。當(dāng)水泥摻入量為4.5%以上時(shí)7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到二級(jí)和二級(jí)以下公路底基層的強(qiáng)度要求;當(dāng)水泥摻入量接近8%時(shí)7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到二級(jí)和二級(jí)以下公路基層的強(qiáng)度要求。

2.2.3水泥石灰穩(wěn)定粉砂土

研究中采用雙因子方差分析，研究了水泥石灰總量及水泥石灰比對(duì)穩(wěn)定土最大干密度和最佳含水量的影響程度;通過(guò)基于最小二乘法的多元回歸方法，獲得了水泥石灰總量和水泥石灰比與穩(wěn)定土強(qiáng)度的二元二次表達(dá)式，得到水泥石灰穩(wěn)定土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥石灰總量及水泥石灰比的量化關(guān)系。

試驗(yàn)結(jié)果為水泥石灰穩(wěn)定土方案所得強(qiáng)度均滿足二級(jí)及二級(jí)以下公路基層強(qiáng)度要求。

2.2.4石灰粉煤灰穩(wěn)定粉砂土

研究中采用雙因子方差分析，研究了石灰粉煤灰總量及石灰粉煤灰比對(duì)穩(wěn)定土最大干密度和最佳含水量的影響程度;通過(guò)基于最小二乘法的多元回歸方法，獲得了石灰粉煤灰總量和石灰粉煤灰比與穩(wěn)定土強(qiáng)度的二元二次表達(dá)式，得到石灰粉煤灰穩(wěn)定土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與石灰粉煤灰總量及石灰粉煤灰比的量化關(guān)系。

試驗(yàn)結(jié)果為對(duì)于石灰粉煤灰穩(wěn)定粉砂土，在石灰粉煤灰總劑量為20%，石灰粉煤灰比為1：2時(shí)穩(wěn)定土可滿足二級(jí)和二級(jí)以下公路底基層強(qiáng)度要求;石灰粉煤灰總劑量為30%，石灰粉煤灰比為1：2時(shí)穩(wěn)定土可滿足二級(jí)和二級(jí)以下公路基層及一級(jí)和一級(jí)以上公路底基層強(qiáng)度要求;石灰粉煤灰總劑量為40%，石灰粉煤灰比為1：2、1：3時(shí)滿足一級(jí)和一級(jí)以上公路基層強(qiáng)度要求。

2.2.5石灰粉煤灰水泥穩(wěn)定粉砂土

研究中采用雙因子方差分析石灰粉煤灰總量及水泥劑量對(duì)綜合穩(wěn)定土最大干密度和最佳含水量的影響程度;通過(guò)二元二次多項(xiàng)式回歸方法，獲得石灰粉煤灰總量和水泥劑量與穩(wěn)定土強(qiáng)度的二元二次表達(dá)式，得到石灰粉煤灰水泥綜合穩(wěn)定土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與石灰粉煤灰總量及水泥劑量的量化關(guān)系。

試驗(yàn)結(jié)果為石灰粉煤灰水泥穩(wěn)定土均可滿足一級(jí)和一級(jí)以上公路基層強(qiáng)度要求。

2.2.6最優(yōu)方案的選擇

根據(jù)以上結(jié)論，研究對(duì)各種方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析比較，得出如下結(jié)論：石灰穩(wěn)定粉砂土可用于路基填料，具備施工便宜，經(jīng)濟(jì)節(jié)約等優(yōu)點(diǎn);作為二級(jí)及二級(jí)以下公路基層或底基層時(shí)，水泥石灰穩(wěn)定粉砂土且水泥、石灰、粉砂土配合比為1 5：6.5：92時(shí)最為經(jīng)濟(jì)合理;作為一級(jí)及以上公路基層或底基層時(shí)，水泥石灰粉煤灰穩(wěn)定粉砂土且水泥、石灰、粉煤灰、粉砂土配合比為1：7：13：79是最為經(jīng)濟(jì)合理。

3、穩(wěn)定粉砂土應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

3.1穩(wěn)定粉砂土在路堤和路床填筑中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

粉砂土分布地區(qū)地域遼闊，土地廣袤，但土地多為優(yōu)良耕地或林地，道路路基多為填方路基，需填筑大量土石方，但該類地區(qū)取土困難而且取土后場(chǎng)地很難恢復(fù)耕作，同時(shí)取土不可避免對(duì)現(xiàn)狀地貌植被和水土保持設(shè)施造成一定程度的破壞，導(dǎo)致水土流失增加。通過(guò)前述研究，石灰穩(wěn)定土可廣泛應(yīng)用于各級(jí)道路路基填筑，因此充分利用當(dāng)?shù)胤凵巴临Y源，對(duì)粉砂土采取石灰穩(wěn)定改良方法使其達(dá)到路基填筑材料規(guī)范和使用要求，做到就地取土，“變廢為寶”，降低工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

以皖北平原區(qū)24.5m寬一級(jí)公路為例，路基每公里填方數(shù)量約4萬(wàn)m3，按平均取土深度5m計(jì)算，每公里所需取土場(chǎng)占地面積達(dá)12畝，因此，充分利用穩(wěn)定粉砂土可最大限度減少取土場(chǎng)的設(shè)置數(shù)量和外借土方工程量。對(duì)保護(hù)耕地紅線，堅(jiān)持實(shí)行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，減少水土流失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境意義重大，社會(huì)效益顯著。

3.2穩(wěn)定粉砂土在路面基層、底基層中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

當(dāng)前，在工程實(shí)踐應(yīng)用中，各級(jí)道路路面基層、底基層多以水泥穩(wěn)定碎石為主，隨著石料開(kāi)采和使用數(shù)量的不斷增加，優(yōu)質(zhì)石料資源日益減少，同時(shí)受?chē)?guó)家宏觀政策、開(kāi)采、物流、終端使用和市場(chǎng)預(yù)期等各種因素影響，石料市場(chǎng)價(jià)格也在不斷攀升。根據(jù)上述研究，穩(wěn)定粉砂土可替代水泥穩(wěn)定碎石作為各級(jí)道路路面基層、底基層材料。以用于一級(jí)及以上公路基層的水泥石灰粉煤灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定碎石來(lái)計(jì)算，使用水泥石灰粉煤灰穩(wěn)定土每立方米造價(jià)較水泥穩(wěn)定碎石可節(jié)約約70%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

同時(shí)，使用穩(wěn)定土可減少用于生產(chǎn)石料的灰?guī)r等礦產(chǎn)資源的使用量，對(duì)避免因石料開(kāi)采所產(chǎn)生的廢水排放、粉塵、噪聲、固體廢棄物污染、水土流失及自然景觀破壞等一系列環(huán)境問(wèn)題以及維持礦產(chǎn)資料的可持續(xù)利用方面具有重要意義。

結(jié)語(yǔ)：

在土地、礦產(chǎn)等資源日益緊張的情況下，深入貫徹黨的“十九大”精神，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路，研究并通過(guò)直觀數(shù)據(jù)分析穩(wěn)定粉砂土等筑路材料在實(shí)際工程中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，對(duì)充分利用現(xiàn)有資源，在質(zhì)量?jī)?yōu)良的前提下，節(jié)約集約用地，降低工程造價(jià)，提高資源利用率，完成《交通運(yùn)輸節(jié)能環(huán)?！笆濉卑l(fā)展規(guī)劃》目標(biāo)，推進(jìn)綠色公路建設(shè)具有重大而深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁玉卿.粉砂土路基處理技術(shù)及應(yīng)用[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013： 1-180.

[2]袁二健.水泥石灰穩(wěn)定處治粉砂土路基的應(yīng)用技術(shù)研究[D].河南工業(yè)大學(xué)，2011：1-85.

[3] JTGE51-2009.《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》[S].

作者簡(jiǎn)介：

陳明浩（1985-），男，漢，安徽合肥，本科，工程師，主要從事公路設(shè)計(jì)。