土壤固化穩(wěn)定劑改性赤泥道路試用

趙文偉

【關(guān)鍵詞】固化穩(wěn)定劑;改性;赤泥;道路

【中圖分類號】X53 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）06-0065-04

0 引言

廣西某氧化鋁廠壩場站現(xiàn)有一、二、三期赤泥堆場，每年接納年產(chǎn)干赤泥約300萬t。含水率為40%～50%的漿體赤泥約60萬m3（約含90萬t干赤泥）漿體赤泥排入濕排堆場（一、二期庫）;其余赤泥漿體（約含210萬t干赤泥）通過壓濾機(jī)壓濾成含水率為28%～30%的濾餅干赤泥用汽車通過赤泥堆場庫區(qū)內(nèi)道路運(yùn)輸至干排堆場（三期庫）的各堆存庫區(qū)點(diǎn)傾倒，再由推土機(jī)進(jìn)行翻曬、壓實(shí)等，故赤泥干排堆場年上升高度為1.5～2.0 m。因此，赤泥堆場庫區(qū)內(nèi)修筑的道路是確保赤泥堆場良好運(yùn)作主要影響因素之一。

1 赤泥道路現(xiàn)狀

廣西某氧化鋁廠壩場站每期赤泥堆場分成6個庫區(qū)，每個庫區(qū)四周都修建有庫區(qū)道路，以方便傾卸赤泥。當(dāng)赤泥堆高后，每半年在每期赤泥堆場都要分別修筑6～7 km長庫區(qū)道路和赤泥卸泥臨時平臺，傳統(tǒng)庫區(qū)修筑道路方法是用85%的赤泥+10%的石灰+5%的粉煤灰（重要路段還需要添加碎石料）進(jìn)行混合，將混合填料運(yùn)至路基指定位置后，用推土機(jī)攤鋪、整平成為300 mm的路基，碾壓前對填筑層的分層厚度、平整程度和填土的含水量進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)符合要求后才能進(jìn)行碾壓壓實(shí)。這樣修筑的庫區(qū)道路路況比較差，堆存運(yùn)輸行走的道路及卸泥平臺由于使用大量的含堿赤泥（含堿0.3%），因此在降雨、臺風(fēng)等惡劣天氣時，庫區(qū)道路非常泥濘和濕滑，致使干赤泥堆場赤泥運(yùn)輸車輛因車輪打滑而無法在庫區(qū)道路上行走進(jìn)行堆存作業(yè)，影響赤泥堆場正常生產(chǎn)運(yùn)作;而在晴天，庫區(qū)道路路面的強(qiáng)度差塵土多，赤泥運(yùn)輸車輛通過庫區(qū)道路產(chǎn)生揚(yáng)塵大，因此維護(hù)庫區(qū)道路成本和勞動強(qiáng)度非常大。

鑒于此，解決赤泥壩庫區(qū)道路狀況勢在必行。通過對土壤固化穩(wěn)定劑比較分析，選擇加拿大生產(chǎn)的CBR Plus土壤固化穩(wěn)定劑在赤泥道路上做6 400 m2的試驗(yàn)道路，從施工工藝、路面強(qiáng)度、筑路和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性等方面驗(yàn)證該土壤固化穩(wěn)定劑在赤泥道路上應(yīng)用的效果。

2 土壤固化劑穩(wěn)定劑技術(shù)原理

加拿大生產(chǎn)的CBR Plus土壤固化穩(wěn)定劑是一種陰離子合成硫化物產(chǎn)品，無毒無害，不污染水源，不抑制植物生長，具有改性和穩(wěn)定固化赤泥的性能;經(jīng)水稀釋后，使溶液呈高導(dǎo)電性能;它與帶負(fù)離子的赤泥混合后與赤泥顆粒表面吸附水的活性陽離子進(jìn)行強(qiáng)烈交換，促使赤泥擴(kuò)散層厚度減薄，電位勢下降，赤泥顆粒之間的排斥能降低，鏈接加強(qiáng)。同時，中和赤泥顆粒表面所帶有的負(fù)電荷，使赤泥顆粒失去對水的靜電吸引力，從而釋放出束縛在吸附層和擴(kuò)散層的結(jié)合水，使其轉(zhuǎn)化成為自由水排出。這種電化學(xué)作用改變了赤泥土壤顆粒雙電層結(jié)構(gòu)，成為不可逆返的過程。將赤泥土壤的親水性永久地改變?yōu)槭杷?，使土壤易于壓?shí)，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體板塊，從而增強(qiáng)赤泥道路的穩(wěn)定性和耐久性，減少赤泥道路損壞，改變赤泥土壤的物理化學(xué)性能。因此，與使用傳統(tǒng)的石灰、粉煤灰類無機(jī)結(jié)合料加固赤泥土壤的作用相比，改良加固后的赤泥土壤隨著水分的排出和壓實(shí)，其強(qiáng)度與時俱增且水穩(wěn)性好[1]。

3 土壤固化劑穩(wěn)定劑試用方案

采用改性固化赤泥筑壩國內(nèi)尚無相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒。為保證后期項(xiàng)目順利開展，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求及現(xiàn)場實(shí)際，先期開展試驗(yàn)段設(shè)計工作。結(jié)合堆場建設(shè)方案、現(xiàn)狀情況、項(xiàng)目位置區(qū)域地質(zhì)、地形條件及相關(guān)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，初步擬定試驗(yàn)段建設(shè)方案如下。

擬使用加拿大進(jìn)口CBR Plus土壤固化穩(wěn)定劑建改性赤泥道路，分兩個階段試驗(yàn)。第一階段試驗(yàn)路段總長度為200 m，道路寬度為10 m，卸料平臺面積為1 000 m2，共3 000 m2，全部在原赤泥所筑道路的舊路路面及舊卸料平臺面進(jìn)行噴灑作業(yè);第二階段選取3 400 m2的區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，即完成全程300 m道路施工（道路寬度為8 m，固化厚度為30 cm），其中200 m為翻拌式（赤泥與固化劑混合翻拌）施工，100 m為直接噴灑式施工，以及1 000 m2的卸料平臺，其中500 m2使用固化劑與赤泥翻拌式施工，500 m2直接使用噴灑式施工。

4 土壤固化劑穩(wěn)定劑實(shí)施情況

4.1 第一階段試驗(yàn)實(shí)施情況

4.1.1 赤泥道路試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)路段選用廣西某氧化鋁廠壩場站的三期干堆場的赤泥道路，即三期干堆場的6#庫往5#庫方向200 m（路段標(biāo)高達(dá)124）的原有路段;試驗(yàn)設(shè)備：挖機(jī)、壓路機(jī)和灑水車各1臺。

4.1.2 改性固化赤泥道路試驗(yàn)

4.1.2.1 路面進(jìn)行必要維修

用挖機(jī)修補(bǔ)原有路段路面坑洼和變形處，恢復(fù)3%～4%路拱及兩邊自然排水，用壓路機(jī)壓實(shí)。經(jīng)檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行3天的直接噴灑固化處理階段。

4.1.2.2 噴灑固化處理

灑水車裝入水與固化穩(wěn)定劑混合，固化穩(wěn)定劑與清水的比率為1∶1 000（按體積比計），然后將固化劑稀釋液直接均勻地噴灑在壓實(shí)路面上，噴灑時間為每天上午噴灑一次，下午用灑水車噴灑清水一次，每天噴灑稀釋液后，待路面無積水，道路稍干不黏狀態(tài)下即可用壓路機(jī)碾壓1～2遍，不需養(yǎng)護(hù)即可直接通行赤泥運(yùn)輸車輛。這樣連續(xù)5天用灑水車交替噴灑固化劑稀釋液和噴灑清水的固化處理。

4.1.3 第一階段道路質(zhì)量檢測

道路施工完成后，分別進(jìn)行了彎沉檢測和壓實(shí)度檢測（見表1），噴灑固化劑稀釋液工藝前后的彎沉代表值都低于標(biāo)準(zhǔn)值150[2]，平均壓實(shí)度分別是95.2%和96.6%，都高于標(biāo)準(zhǔn)值95%[2]，但使用噴灑固化劑稀釋液后的赤泥道路力學(xué)性能得到明顯的改善。

4.2 第二階段試驗(yàn)實(shí)施情況

4.2.1 赤泥道路試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)路段選用干堆場三期5#庫赤泥運(yùn)輸?shù)缆?00 m和卸料平臺的新路段，其中采用翻拌式施工的200 m路段為上坡路段，采用直接噴灑式施工的100 m路段和卸料平臺為平面路段;該階段試驗(yàn)需要的設(shè)備為冷再生機(jī)、挖機(jī)、壓路機(jī)和灑水車各1臺及赤泥運(yùn)輸車輛若干輛。

4.2.2 改性固化赤泥道路試驗(yàn)

4.2.2.1 直接噴灑式路面施工

施工工藝流程如下：①在赤泥層上整理路床→②用赤泥鋪設(shè)約300 mm厚的路基→③挖機(jī)平整路面→④平地機(jī)整形路面→⑤壓路機(jī)碾壓路面→⑥灑水車配制固化劑稀釋液→⑦壓路機(jī)碾壓路面→⑧灑水車噴灑清水路面養(yǎng)生→⑨開放交通。連續(xù)5天重復(fù)工藝流程步驟⑥～⑧的固化處理。

4.2.2.2 噴灑翻拌式路面施工

施工工藝流程如下：①冷再生機(jī)整理路床→②用赤泥鋪設(shè)約300 mm厚的路基→③挖機(jī)配合平整路面→④灑水車配制固化劑稀釋液→⑤冷再生機(jī)噴灑、翻拌→⑥平地機(jī)整形路面→⑦壓路機(jī)碾壓路面→⑧灑水車灑清水養(yǎng)生。完成施工后，經(jīng)過第一天養(yǎng)護(hù)，第二天放開交通讓赤泥運(yùn)輸車輛試運(yùn)行。

4.2.3 第二階段道路質(zhì)量檢測

4.2.3.1 土工試驗(yàn)檢測

在噴灑、翻拌固化劑稀釋液前后，分別在赤泥道路上進(jìn)行土工試驗(yàn)檢測，主要檢測赤泥道路的界限含水率、土的擊實(shí)試驗(yàn)、土的承載比（CBR）試驗(yàn)（%）、顆粒分析（篩分法）等項(xiàng)目。表2中顯示，添加固化劑稀釋液前，赤泥塑性指數(shù)為26.8，大于標(biāo)準(zhǔn)值26[2]，屬于高液限粉土[3]，其最大干密度為1.64 g/cm3，最佳含水率為21.6%，CBR承載力均小于3，被判定為不合格，不適合做公路工程用泥[3]。通過添加固化劑稀釋液后，赤泥塑性指數(shù)降為17.5，小于標(biāo)準(zhǔn)值26[2]，屬于低液限黏土[3]，最大干密度為1.84 g/cm3，最佳含水率為13.2%，CBR承載力均小于6.6，判定為合格，適合做公路工程用泥[3]。

4.2.3.2 力學(xué)性能檢測

道路施工完成后，進(jìn)行了彎沉檢測和壓實(shí)度檢測（見表3），通過兩種不同的施工工藝的檢測，其彎沉代表值都明顯低于標(biāo)準(zhǔn)值150[2]，判定合格;同時，在現(xiàn)場進(jìn)行灌沙法密實(shí)度檢測，兩種施工工藝的壓實(shí)度分別為96.2%和96.8%，均大于標(biāo)準(zhǔn)值95%[2]，判定合格。說明兩種施工工藝的力學(xué)性能都比較好。

4.2.4 現(xiàn)場觀察

赤泥運(yùn)輸車輛來回在赤泥道路運(yùn)輸，運(yùn)輸車輛會攜帶大量的浮泥撒落到赤泥道路上。同時，赤泥道路本身也會起泥，試驗(yàn)道路起泥量非常少，只有表層5 mm左右的泥量，故晴天赤泥運(yùn)輸車輛行駛在試驗(yàn)道路上，塵土幾乎沒有飛揚(yáng)，而雨天道路泥濘少，運(yùn)輸車輛也可順利通行，確保赤泥堆場良好運(yùn)作;而傳統(tǒng)赤泥庫區(qū)修筑道路方法修筑的道路起泥嚴(yán)重，有50 mm以上的泥量。故晴天赤泥運(yùn)輸車輛行駛在赤泥道路上時塵土飛揚(yáng)，雨天因赤泥道路泥濘而使運(yùn)輸車輛通行緩慢甚至無法通行，嚴(yán)重影響赤泥堆場的運(yùn)作。圖1和圖2是試驗(yàn)路段與非試驗(yàn)路段路面的晴、雨天的對比圖片，說明試驗(yàn)路段的路面明顯好于非試驗(yàn)路段路面。

5 應(yīng)用的可行性經(jīng)濟(jì)性

5.1 CBR Plus固化穩(wěn)定劑的技術(shù)評價

CBR Plus土壤固化穩(wěn)定劑可以改善不良路基的原有環(huán)境，對道路路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力有提高的功效。施工方法不同于傳統(tǒng)方法使用石灰、粉煤灰穩(wěn)定赤泥，只需將CBR Plus土壤固化劑稀釋液噴灑于路基土表面，用翻拌機(jī)具進(jìn)行翻松拌勻，經(jīng)碾壓即可。該方法操作簡單，利用現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備就可以完成施工作業(yè)。同時，在施工過程中不會影響赤泥運(yùn)輸車輛的通行，施工時間較短。

5.2 CBR Plus固化穩(wěn)定劑施工的經(jīng)濟(jì)評價

5.2.1 材料費(fèi)

采用CBR Plus土壤固化穩(wěn)定劑固化路基，可以就地取材，只需加入一定劑量的固化穩(wěn)定劑（約7元/m2），可在較短期內(nèi)提高整體路基強(qiáng)度，路基造價增加不大。

5.2.2 挖運(yùn)費(fèi)

在赤泥的運(yùn)輸生產(chǎn)過程中逐步形成道路基礎(chǔ)，不使用其他路用材料如粉煤灰、石灰及碎石料，節(jié)省了購買路用材料的費(fèi)用和運(yùn)費(fèi)，降低了工程成本。

5.2.3 施工費(fèi)

CBR Plus土壤固化穩(wěn)定劑路基與現(xiàn)堆場筑路壩的施工工藝基本相同，使用施工工程機(jī)械也大致相同，施工方法與常規(guī)方法相當(dāng)，但使用土壤固化穩(wěn)定劑的道路施工工程時間較短，節(jié)約部分工程費(fèi)用。

5.2.3 養(yǎng)護(hù)費(fèi)

根據(jù)試驗(yàn)路段的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，噴灑或拌合的赤泥道路均可在施工完畢后第二天通車，其穩(wěn)定性、耐久性及不透水性能良好，減少道路的生命周期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

6 結(jié)論

通過對項(xiàng)目試驗(yàn)研究，對CBR Plus固化穩(wěn)定劑及其技術(shù)應(yīng)用是一次寶貴的實(shí)踐。通過兩個階段6 400 m2試驗(yàn)路段的實(shí)施，分別應(yīng)用固化穩(wěn)定劑的直接噴灑工藝和噴灑翻拌式工藝。同時，觀察實(shí)際路用效果和抑制揚(yáng)塵的效果，分析CBR Plus檢測數(shù)據(jù)和技術(shù)工程的經(jīng)濟(jì)適用性。實(shí)踐檢驗(yàn)了CBR Plus固化穩(wěn)定劑應(yīng)用在赤泥道路強(qiáng)度的變化過程及抑制塵土的功能。檢測結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用效果表明試驗(yàn)路段的質(zhì)量均達(dá)到各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）CBR Plus土壤固化劑固化穩(wěn)定赤泥的作用機(jī)理主要是通過固化劑與赤泥的一系列物理及表面化學(xué)作用，改變土赤泥顆粒表面特征和性質(zhì)，減薄赤泥顆粒的雙電層，增強(qiáng)赤泥顆粒間的電性作用力，依靠赤泥自身性能的改變達(dá)到加固土的目的。

（2）加入CBR Plus固化劑后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（CBR）明顯提高，一般提高幅度在10%～20%，隨使用期的增加，強(qiáng)度還會進(jìn)一步增大，有利于改良赤泥用于赤泥壩加固和穩(wěn)定道路，能提高道路承載力。

（3）摻入CBR Plus土壤固化穩(wěn)定劑后赤泥的屬性已經(jīng)發(fā)生變化，不合格的高液限黏土改變?yōu)楹细竦牡鸵合摒ね粒m合應(yīng)用在公路工程。

（4）相比傳統(tǒng)赤泥庫區(qū)修筑道路方法修筑的道路，使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路能在雨后快速恢復(fù)通車，優(yōu)勢明顯。

（5）連續(xù)晴天使用時，使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路起泥非常少，只有表層5 mm左右，而傳統(tǒng)赤泥庫區(qū)修筑道路方法修筑的道路起泥嚴(yán)重，有50 mm以上。

（6）使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路出現(xiàn)缺陷時，比如地基塌陷等破壞板結(jié)層，會像柏油路面一樣，不及時修復(fù)則損壞會持續(xù)擴(kuò)大。但損壞部位修復(fù)比較簡單，直接灑水、壓實(shí)即可。

（7）使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路，不需要使用石灰和粉煤灰，完全不占用赤泥堆場庫容。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]信恒企業(yè)（加拿大）有限公司.CBR PLUS SUPE（泥土固化劑）手冊[Z].2001.

[2]JTG E60—2008，公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].

[3]JTG F10—2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].