水泥穩(wěn)定土與石灰穩(wěn)定土路基應(yīng)用特征簡述

郭 義 王培賀

一、前言

隨著我國綜合國力不斷增強(qiáng)，國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入不斷增大，道路交通網(wǎng)四通八達(dá)，不僅方便了人民的出行也為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。道路工程建設(shè)質(zhì)量關(guān)系到國家、社會、人民的切身利益，作為工程建設(shè)者，要不斷強(qiáng)化施工管理，探索應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，將科技進(jìn)步發(fā)展與道路建設(shè)相結(jié)合，不斷提升道路工程建設(shè)質(zhì)量。路基作為道路結(jié)構(gòu)層中主要的承載結(jié)構(gòu)層應(yīng)具有足夠的堅固性、穩(wěn)定性和耐久性，路基質(zhì)量決定了整個道路工程的成敗，影響到交通與行人的人身安全，同時合理的路基可以大大降低后期道路維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)不同土質(zhì)類別、施工環(huán)境選擇合適的穩(wěn)定土作為路基材料是路基施工的必要條件，由此可見，掌握不同類型穩(wěn)定土特性及應(yīng)用對路基施工尤為重要。本文結(jié)合南四湖二級壩土壩壩頂?shù)缆肥┕そ?jīng)驗簡述水泥穩(wěn)定土路基和石灰穩(wěn)定土路基的特征與施工應(yīng)用。

二、穩(wěn)定土路基分類

在平原地區(qū)路基類型主要是土基，根據(jù)道路設(shè)計等級不同，對路基填料最小強(qiáng)度（CBR）和最大粒徑要求也不同。通?，F(xiàn)場素土填方及挖方路基填料最小強(qiáng)度（CBR）難以滿足道路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求（見表1），現(xiàn)階段道路路基設(shè)計通常做法是開挖原狀土后回填穩(wěn)定土滿足路基強(qiáng)度要求，穩(wěn)定土是在粉碎的或原來松散的土中摻入石灰、水泥、工業(yè)廢渣等其他材料，經(jīng)拌和、壓實、養(yǎng)護(hù)后，得到的具有較高后期強(qiáng)度、整體性和穩(wěn)定性均較好的一種材料。根據(jù)適用范圍不同，穩(wěn)定土類型大致分為：水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土、石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土和綜合穩(wěn)定土，下文主要對比分析水泥穩(wěn)定土與石灰穩(wěn)定土。

表1 路床最小承載比要求表

三、原材料要求

（一）水泥穩(wěn)定土原材料要求

水泥穩(wěn)定土可選用普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，但應(yīng)優(yōu)先選用終凝時間較長的水泥，并宜用強(qiáng)度等級較低的水泥。水泥穩(wěn)定土對土料選用要求較高，用作施工的土料應(yīng)能充分被路拌機(jī)粉碎，水泥穩(wěn)定土用作基層和底基層時集料最大粒徑分別不超過31.5mm 和37.5mm，所以優(yōu)選中細(xì)粒非粘性土作為水泥穩(wěn)定土的土料。如果用作水泥穩(wěn)定土的土料中有機(jī)質(zhì)含量超過2%，還必須先用石灰處理，悶料一夜，再用水泥穩(wěn)定。此外硫酸鹽含量超過0.25%的土，不宜用作水泥穩(wěn)定土土料。

（二）石灰穩(wěn)定土原材料要求

石灰是由石灰石、白云石、方解石等原材料燃燒而得。當(dāng)氧化鎂含量超過5%時，即稱鎂石灰；反之，稱鈣石灰。在施工石灰穩(wěn)定土?xí)r，只要能滿足石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度要求標(biāo)準(zhǔn)時，均可作為原料使用。使用石灰時通常生石灰加水，使之消解為消石灰，并過篩后方可使用。生石灰粉為磨細(xì)生石灰，使用時不需要消解，但拌入土中后，需等2～3h 再進(jìn)行碾壓。石灰穩(wěn)定土土料選用應(yīng)控制土料塑性指數(shù)在10～20 的粘性土以及含有一定數(shù)量粘性土的中粒土和細(xì)粒土，用石灰穩(wěn)定不含粘性土或塑性指數(shù)較低的土?xí)r，應(yīng)添加適量粘性土。用石灰穩(wěn)定塑性指數(shù)偏大的粘性土宜采用悶料工藝；當(dāng)塑性指數(shù)在10 以下的亞砂土用石灰穩(wěn)定時，不僅石灰摻量要多，也難于碾壓成形，應(yīng)采取適當(dāng)施工措施或采用水泥穩(wěn)定，硫酸鹽含量超過0.8%和有機(jī)質(zhì)含量超過10%的土不宜選用。

（三）反應(yīng)機(jī)理及強(qiáng)度特點(diǎn)

1.水泥穩(wěn)定土的反應(yīng)機(jī)理及強(qiáng)度特點(diǎn)

水泥穩(wěn)定土是用水泥做結(jié)合料所得混合料的一個廣義名稱，即在土壤或基層材料中，摻以一定數(shù)量的水泥，經(jīng)混合加水壓實，使其達(dá)到穩(wěn)固的結(jié)合，以提高其力學(xué)強(qiáng)度和耐水性。加入土料中的水泥遇水后發(fā)生水解和水化作用，其物理和化學(xué)反應(yīng)后材料強(qiáng)度得到提高。當(dāng)水泥、水、集料拌和后，水泥的主要礦物成分：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鋁酸四鈣、硫酸鈣等與水進(jìn)行水解和水化反應(yīng)同時分解氫氧化鈣，并形成水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物，并隨時間不斷硬化，塑性不斷降低，形成堅固的水泥石狀結(jié)構(gòu)。其中，水泥中水化物游離的氫氧化鈣與水生成碳酸鈣，這種碳酸化作用是水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度增長的主要機(jī)理作用。

水泥穩(wěn)定土具有早期強(qiáng)度高，短時間內(nèi)（一般5～7d）可獲得較高的強(qiáng)度，并且強(qiáng)度隨著齡期的增長而增長，穩(wěn)定性較好。結(jié)構(gòu)本身具有一定的通透性，受水分影響較小，具有良好的力學(xué)性能和板體性。但是現(xiàn)場施工時水泥水化反應(yīng)時間較短，攤鋪、碾壓只能在水泥終凝前完成，水泥終凝后除灑水養(yǎng)護(hù)車輛外禁止任何車輛通行。由此可見，掌握水泥穩(wěn)定土施工時間要求對工程質(zhì)量好壞起決定性作用。

2.石灰穩(wěn)定土的反應(yīng)機(jī)理及強(qiáng)度特點(diǎn)

石灰穩(wěn)定土由粉碎的土摻入石灰和水，經(jīng)過均勻拌和之后，石灰與土之間發(fā)生反應(yīng)，石灰穩(wěn)定土中的火山灰反應(yīng)是土中活性硅、鋁物質(zhì)與石灰提供的游離鈣之間的化學(xué)反應(yīng)。由于反應(yīng)過程中離子交換的作用，很大程度上土的吸附水膜作用，使土顆粒凝結(jié)，形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低了土的塑性指數(shù)，石灰穩(wěn)定土的最大含水量也隨著石灰劑量的增加而不斷增加，同時，最大干密度則會隨著石灰劑量的增加而減少，石灰的摻入能夠有效地提高土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和整體強(qiáng)度。

石灰穩(wěn)定土具有較好的力學(xué)性能，初期的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性較差，后期強(qiáng)度和水穩(wěn)定性則較高（最高能達(dá)到4～5MPa））。相關(guān)實踐證明，強(qiáng)度形成較好的石灰穩(wěn)定土，同時具有較高的抗壓和抗拉強(qiáng)度，板體性較好，具有較大的剛性和荷載分布能力。石灰穩(wěn)定土施工期宜選在春季或者夏季施工，并且對于含水量較大的土料可以通過物理反應(yīng)放熱快速降低土料含水量。此外，石灰穩(wěn)定土最大的特點(diǎn)是從拌和到壓實的延遲時間長短對石灰穩(wěn)定土密度和強(qiáng)度影響較小，因此，施工過程中混合料經(jīng)歷雨淋或者被擾動后經(jīng)晾曬后重新整形壓實還可獲得較高的強(qiáng)度。

四、優(yōu)缺點(diǎn)分析

（一）水泥穩(wěn)定土優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.優(yōu)點(diǎn)

（1）改良土料塑性，增加土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，水泥摻入塑性土中能大大降低土的塑性，水泥穩(wěn)定土的齡期越長，其塑性指數(shù)越小。

（2）可大大增加土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隨著水泥用量的增加，穩(wěn)定土的強(qiáng)度越高，穩(wěn)定性越好。

（3）水泥原料直接用于混合料的摻和施工，大大縮短了施工周期，施工可采用路拌法也可集中廠拌，便于施工，有利于節(jié)約工期和節(jié)約施工成本。

（4）水泥穩(wěn)定土適用范圍較廣，除水泥穩(wěn)定細(xì)粒土外，其余水泥穩(wěn)定土可適用于各級公路的基層和底基層。

2.缺點(diǎn)

（1）強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍不大，抗拉強(qiáng)度較低。

（2）對土料質(zhì)量要求較高，需要塑性指數(shù)較高和土料粒徑較小的土料，并且施工中對土料含水量較敏感，當(dāng)施工期雨水較多或含水量較大時，水泥吸水性較差且遇水易軟化無法快速降低土料含水量，影響施工工期。

（3）水穩(wěn)性和冰凍性適應(yīng)能力較差，在低溫季節(jié)施工受環(huán)境因素影響較大。

（二）石灰穩(wěn)定土優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.優(yōu)點(diǎn)

（1）石灰穩(wěn)定如具有良好的板體性，對土料含水量適應(yīng)性能力較強(qiáng)，對于含水量較大的土料，在石灰反應(yīng)時能迅速降低土料含水量。

（2）石灰穩(wěn)定土對粘性土成團(tuán)顆粒較大情況具有改良土料條件的作用，經(jīng)石灰反應(yīng)后粘性土土壤易打碎，大大提升了現(xiàn)場路拌機(jī)的工作效率，為粘性土均勻拌和提供了條件。

2.缺點(diǎn)

干縮和溫縮變形十分明顯，容易導(dǎo)致道路基層開裂影響整體性。

石灰施工前要進(jìn)行消解，對周邊環(huán)境有一定影響，在當(dāng)前環(huán)保形勢下，施工環(huán)保措施難以保證。

石灰消解需要時間，不利于節(jié)約工期，此外石灰消解不充分極易發(fā)生土體起包隆起現(xiàn)象，影響施工質(zhì)量。

五、結(jié)束語

水泥、石灰穩(wěn)定土是道路施工中路基換填、提高路基承載力最常用的水穩(wěn)土材料，工程建設(shè)者應(yīng)通過自身經(jīng)驗結(jié)合工程所在地氣候環(huán)境和工程地質(zhì)，因地制宜選擇合適的水穩(wěn)原材料，為道路工程的施工質(zhì)量打下堅若磐石的基礎(chǔ)。同時應(yīng)不斷加強(qiáng)理論知識學(xué)習(xí)、加強(qiáng)建設(shè)管理水平，爭創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程，樹立良好企業(yè)形象■