固化土路基的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

嚴(yán) 曄

寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江 寧波 315012

浙江省寧波沿海地區(qū)是工程建設(shè)典型的軟土地區(qū)。軟土性質(zhì)主要為淤泥質(zhì)土，具有高含水性、高壓縮性和低強(qiáng)度的特點(diǎn)。常規(guī)采用宕渣作為道路路基的填料使用，通過在天然土基表面硬殼層之上構(gòu)筑一定厚度的宕渣結(jié)構(gòu)作為路基結(jié)構(gòu)，從而滿足路面基層、面層的鋪筑條件。近幾年，為落實(shí)“綠水青山就是金山銀山”的精神，并解決路基填料宕渣開山取石限制與工程挖方棄土外運(yùn)難的現(xiàn)實(shí)矛盾，對(duì)路基填料選擇的新工藝、新思路不斷涌現(xiàn)，固化土路基應(yīng)運(yùn)而生。本文通過實(shí)踐工程的試驗(yàn)段路基填料制備及相關(guān)室內(nèi)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，總結(jié)固化土路基設(shè)計(jì)方法，為類似地區(qū)固化土替代宕渣路基的設(shè)計(jì)與施工提供借鑒。

1 工程概況

廣元大道是寧波市城市西部重要的快速對(duì)外聯(lián)系通道。固化土應(yīng)用選取了廣元大道地面輔道西側(cè)11m機(jī)動(dòng)車道部分路段作為土方利用試驗(yàn)段。試驗(yàn)段道路總長(zhǎng)693m，路基12m。路基路面均按主干路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并維持路面設(shè)計(jì)總厚度不變，僅對(duì)≥80cm宕渣路基擬用固化土路基替代，驗(yàn)證路基性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足控制指標(biāo)。

試驗(yàn)段固化土路基就實(shí)施路段源土取料和固化工藝嘗試采用三種類型進(jìn)行研究：

1）將管廊地道、承臺(tái)、河渠等開挖產(chǎn)生的高含水量淤泥質(zhì)土經(jīng)過固化劑拌合固化后制備為路基填料。

2）將橋梁鉆孔灌注樁產(chǎn)生的泥漿經(jīng)過脫水、固化劑固化后制備為路基填料。

3）對(duì)明塘暗浜等軟弱地基采用就地固化的方式加固地基。

2 固化土工藝

針對(duì)試驗(yàn)段源土取料的類型、場(chǎng)地和設(shè)備條件，對(duì)應(yīng)的制備處理工藝采用三種：

1）淤泥質(zhì)土固化工藝

強(qiáng)力攪拌工藝（路拌）：通過自動(dòng)定量供料系統(tǒng)與強(qiáng)力攪拌設(shè)備聯(lián)合使用，保證固化劑與原狀土均勻混合，并對(duì)拌合物料進(jìn)行7d悶料，隨后通過翻挖晾曬降低土體含水率，待土體達(dá)到最佳含水率附近時(shí)進(jìn)行分層攤鋪、碾壓及養(yǎng)生。

集中處理工藝（廠拌）：先將石灰與棄土進(jìn)行拌合后悶料，必要時(shí)進(jìn)行翻挖晾曬處理，待棄土含水率降低至40%以下后進(jìn)行破碎處理以獲得粒徑小于1cm的土粒，隨后對(duì)土粒進(jìn)行翻曬，待土粒含水率較最佳含水率高2%～4%時(shí)，將土粒及固化材料同時(shí)加入拌合設(shè)備中進(jìn)行拌合，隨后運(yùn)至路基填筑部位進(jìn)行分層攤鋪、碾壓及養(yǎng)生。

2）泥漿固化工藝

泥漿調(diào)理（2%石灰）+壓濾后泥餅翻曬+泥餅破碎后二次摻灰。其他流程同淤泥質(zhì)土集中處理工藝（廠拌）。

3）就地固化加固地基

通過自動(dòng)定量供料系統(tǒng)與強(qiáng)力攪拌設(shè)備聯(lián)合使用，對(duì)原狀軟弱地基進(jìn)行加固化劑攪拌，保證固化材料與原狀軟土均勻混合，固化加固處理。

固化土填料的配合比設(shè)計(jì)是工藝的核心，同時(shí)包括對(duì)源土控制、固化劑材料的要求。

2.1 源土控制要求

為保證固化處理技術(shù)的有效性，待處理淤泥質(zhì)棄土應(yīng)滿足如下要求：1）原地面表層土、含草皮、生活垃圾、樹根及腐殖質(zhì)的土均不得使用。2）土中有機(jī)質(zhì)含量（質(zhì)量比）不應(yīng)超過10%。3）土粒最大粒徑不應(yīng)大于50mm，且大于10mm土顆粒應(yīng)小于土總重量的5%。

對(duì)于泥漿，需先脫水至含水率40%以下，再進(jìn)行固化處理。

2.2 固化劑材料要求

1）石灰：選用三級(jí)或三級(jí)以上的生石灰，應(yīng)滿足《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 1-2008）規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。其取樣檢測(cè)的有效鈣、鎂含量指標(biāo)必須≥60%以上，方可進(jìn)場(chǎng)消解使用。2）水泥：選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5級(jí)。3）礦渣粉：應(yīng)滿足《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T 18046-2008）中的規(guī)定，其等級(jí)不低于S95。4）水：飲用水源均可用于石灰改善土施工。

2.3 填料配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)工程區(qū)域原土室內(nèi)試驗(yàn)，初步確定固化劑水泥、礦粉、石灰含量分別為3%，1%，5%。在實(shí)際施工前，需根據(jù)不同區(qū)塊的原土，通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)固化劑配合比進(jìn)行調(diào)整與確定，以固化土填料CBR值滿足設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)。配合比試驗(yàn)流程如下：

1）拌合悶料

利用強(qiáng)力攪拌器將固化劑與原狀土混合均勻，隨后進(jìn)行悶料，悶料時(shí)間不少于7d，使原狀土砂化并減小含水率至30%～40%。

2）固化土破碎后晾曬

將悶料后的固化土人工碾碎并晾曬至最佳含水率（一般為固化土塑限附近，約22%～26%），隨后過4.75mm方孔篩以用于擊實(shí)試驗(yàn)及CBR試驗(yàn)制樣。

3）擊實(shí)試驗(yàn)

對(duì)過篩后的固化土進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，并確定固化土的最佳含水率和最大干密度，試驗(yàn)方法參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430-2020）中T 0131-2019擊實(shí)試驗(yàn)。

4）CBR試件制作和測(cè)試

取適量固化土放入試件筒內(nèi)并擊實(shí)，其含水率應(yīng)控制在最佳含水率附近。參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430-2020）中T 0134-2019承載比（CBR）試驗(yàn)方法，對(duì)試樣進(jìn)行泡水及貫入試驗(yàn)。CBR值按規(guī)程公式進(jìn)行計(jì)算。

通過CBR測(cè)試計(jì)算及微調(diào)初始設(shè)定的3%、1%、5%配合比，最終確定不同源土區(qū)域具體的配合比。路基各深度范圍的填料最小強(qiáng)度CBR要求有所不同，具體參照《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 194-2013）執(zhí)行。

3 固化土路基設(shè)計(jì)

試驗(yàn)段路基填料大部分采用開挖棄土固化利用。機(jī)動(dòng)車道路基厚度≥80cm，高度不足時(shí)對(duì)原地基開挖換填，路基分層填筑，厚度一般不大于30cm。試驗(yàn)段固化土路基分路堤段和路塹段兩種型式。

1）路堤段

路堤段路基施工前，應(yīng)先清表30cm，將地表垃圾、耕種土等清除掉。填方地段的表面不得有積水，并應(yīng)保持適當(dāng)干燥，填料應(yīng)分層夯實(shí)。不同作業(yè)段施工，不同材料填筑，須有分層臺(tái)階。為保證路基邊緣的壓實(shí)度，兩側(cè)各超寬50cm。

2）路塹段

路塹段路基為保證路面結(jié)構(gòu)以下有80cm的路基，需從設(shè)計(jì)標(biāo)高往下挖1.6m，分層夯實(shí)固化土至第一級(jí)開挖臺(tái)階高度，臺(tái)階開挖高度一般以0.4m控制，寬度一般以1.0m控制，最大寬度為1.5m。路基頂面、開挖臺(tái)階處加鋪鋼塑雙向土工格柵一層。

3）隔水層設(shè)置

路堤段對(duì)于路床底部位于現(xiàn)狀地坪以下的路段和路塹段，需在路床底部以下?lián)Q填30cm級(jí)配碎石（壓實(shí)度要求92%），設(shè)置隔水層以阻斷毛細(xì)水，保證路床不受地下水浸泡影響。

4）特殊地基加固

對(duì)于硬殼層不足區(qū)域：設(shè)計(jì)路床底以下硬殼層厚度小于50cm的路段，整個(gè)斷面路基采用強(qiáng)力攪拌頭加固化劑就地?cái)嚢杓庸?，加固深?m。對(duì)于明渠暗浜軟弱地基區(qū)域：采用強(qiáng)力攪拌頭加固化劑就地?cái)嚢杓庸?，加固深?m。固化后原地面壓實(shí)度應(yīng)滿足道路路床底壓實(shí)度要求，再填筑固化土路基。

4 固化土路基質(zhì)量控制與檢測(cè)

對(duì)試驗(yàn)段固化土路基的施工過程與完成質(zhì)量按主干路要求進(jìn)行控制。

1）清表后，原地面壓實(shí)度需≥90%，如不夠需采用翻曬處理，如仍然不夠，需采用宕渣換填或就地加固處理，滿足要求后方可進(jìn)行路基填筑。

2）≥80cm 固化土路基分層攤鋪碾壓，各層壓實(shí)度及頂面壓實(shí)度均需≥95%。

3）路基頂面回彈模量需≥30Mpa；路基頂面彎沉需≤220（1/100mm）。

試驗(yàn)段固化土路基頂面彎沉及回填模量實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 路基頂面彎沉及回填模量

固化土路基頂面彎沉和回填模量檢測(cè)數(shù)據(jù)均很好，性能完全可以替代宕渣路基。

5 結(jié)論與意義

1）固化土替代宕渣作為路基，工藝可行、技術(shù)方案合理，工程所處區(qū)域的原土性質(zhì)、來源不盡相同，應(yīng)分別取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化固化土配合比。

2）源土控制要求、固化劑材料要求、填料配合比設(shè)計(jì)是固化土路基制備工藝的關(guān)鍵，固化土路基設(shè)計(jì)除掌握常規(guī)路基設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)外做好隔水層及軟弱地基的處理尤為重要。

3）固化土路基壓實(shí)度、彎沉、回填模量等檢測(cè)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，路基質(zhì)量可靠、可控。實(shí)踐表明，固化土替代宕渣路基工藝技術(shù)是軟基道路工程解決宕渣資源緊張、挖方土及泥漿棄方外運(yùn)難、推動(dòng)資源化利用和發(fā)展的一個(gè)可行方法。