汪煥鋒 吳安平 劉志強 邵吉林
摘要 為了解決固化土路堤填筑產(chǎn)生的環(huán)境污染和施工質(zhì)量控制問題,文章以某高速公路互通工程(具有典型地下水位高特征)為依托,采用一套行之有效的廠拌填筑工藝,并進行試驗路的鋪筑,對固化土路堤填料的現(xiàn)場壓實工藝開展了試驗研究,最后對固化土路堤填筑效果進行觀察。結(jié)果表明:固化土填筑路基開挖板結(jié)效果好、強度高、水穩(wěn)性強,可作為路堤填料代替宕渣。
關(guān)鍵詞 固化土;路堤;施工工藝
中圖分類號 U416.212文獻標識碼 A文章編號 2096-8949(2023)16-0162-03
0 引言
隨著我國城鎮(zhèn)化建設的迅猛發(fā)展,每年建筑業(yè)產(chǎn)生的廢棄土達數(shù)億立方,占用大量土地資源進行消納的同時還可能對環(huán)境造成污染。與此同時,由于公路建設的需要,對于優(yōu)質(zhì)路堤填料的需求日益增大,而可供開采的宕渣數(shù)量越來越少。這種供不應求的關(guān)系造成傳統(tǒng)路堤填料變得緊缺且昂貴。所以,開展廢棄土的資源化循環(huán)利用,將廢棄土進行生石灰、水泥固化處理后作為筑路材料,應用到路堤填筑中,不僅緩解了宕渣來源不足的問題,同時解決了城市建設廢棄土處理和公路建設筑路材料緊缺的難題。
生石灰(水泥)固化土用作填料,可廣泛應用于各等級公路和城鎮(zhèn)道路的路堤填筑工程中。但傳統(tǒng)的路堤填筑多采用路拌法,會對環(huán)境造成一定污染。同時,關(guān)于路基的壓實,影響因素較多,缺乏系統(tǒng)性的指導意見。尤其浙江地區(qū),梅雨季節(jié)較長,全年降水豐富,導致該地填料含水量較高,在施工過程中路基壓實度難以控制、長期穩(wěn)定性難以保證,如何控制施工質(zhì)量,是該地公路工程施工中迫切需要解決的一大問題。
1 固化機理
石灰固化機理是通過石灰與土體混合時會發(fā)生一系列的物化反應完成的,主要為氫氧化鈣結(jié)晶反應、離子交換反應、火山灰反應和碳酸化反應。
石灰中有游離的Ca2+和OH?離子。Ca2+可以和K+、Na+發(fā)生離子交換反應,從而減薄黏土顆粒吸附水膜厚度,促使土粒凝集和凝聚,并形成穩(wěn)定的團粒結(jié)構(gòu)。離子交換反應是石灰土獲得初期強度的主要原因。在石灰硬化過程中得到的氫氧化鈣和碳酸鈣晶體相互結(jié)合,并把土粒結(jié)成整體,從而使石灰土的穩(wěn)定性得到提高[1]。黏土顆粒表面少量的活性氧化硅、氧化鋁在石灰的堿性激發(fā)作用下,與氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應.生成不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等。這些物質(zhì)遍布于黏土顆粒之間,形成凝膠、棒狀及纖維狀晶體結(jié)構(gòu),將土粒膠結(jié)成整體。隨著時間的推移,棒狀和纖維狀晶體不斷增多、致使石灰土的剛度不斷增大,強度與水穩(wěn)性不斷提高。由于火山灰反應是在不斷吸收水分的情況下逐漸發(fā)生的,速度較慢;石灰中氫氧化鈣的碳酸化反應緩慢且過程較長,所以石灰硬化及火山反應是石灰土后期強度增長的主要原因[2]。
水泥固化土主要是通過水化反應形成的水泥石起骨架作用,并通過Ca(OH)2的理化作用來發(fā)揮效力。
2 固化土路堤施工工藝
固化土路堤施工工藝流程主要包括拌和、運輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)護和檢測,其關(guān)鍵工序為拌和、攤鋪及碾壓。
2.1 固化土拌和施工工藝
傳統(tǒng)路堤施工多采用路拌法,但是存在拌和不均勻、土塊粉碎不徹底、環(huán)境污染大等問題,所以,更綠色環(huán)保、經(jīng)濟高效、適應性強的廠拌法工藝隨之發(fā)展起來[3]。
廠拌法是指設置全封閉集中固化土拌和基地,對路基用土集中脫水、破碎和拌和等機械化工藝,制備固化土的施工方法。
(1)功能分區(qū)。拌和基地應全封閉且合理劃分,功能區(qū)如圖1所示。
(2)拌和流程。第一次采用挖掘機對土源進行摻生石灰塊,翻拌燜料2~7 d,使混合料含水量降至可進行輸送條件,再將其挖裝至下沉式儲料斗,經(jīng)輸送帶傳送至第一道破碎機預破碎,使混合料破碎為粒徑約為20~60 mm 的粗粒土。第二道粉碎機將大多粗粒土粉碎成細礫土,拌和機前端,設置振動篩(最大粒徑不大于20 mm),對二次破碎后的固化土進行篩分,保證符合粒徑要求的固化土通過自動稱重機裝置進入強制式拌和機,和磨細生石灰粉(石灰罐自動計量添加)進行均勻拌和出料。固化土廠內(nèi)集中拌和流程見圖2~3。
2.2 全封閉運輸
固化土裝料后全程采用綠皮箱型渣土車進行全封閉運輸,堅持“不漏灰、不超載、不超速”原則,把綠色、環(huán)保、安全放在首位。
2.3 攤鋪工藝
攤鋪前,先對下承層表面進行清理和灑水濕潤處理。由于在水網(wǎng)地帶進行第一、二層固化土施工,故第一層固化土摻4%水泥用以提高路基強度和水穩(wěn)性,同時攤鋪機因攤鋪厚度、作業(yè)條件受限,故第一層固化土填筑采用網(wǎng)格法,運料車在已上料區(qū)域后退卸料、推土機初平和平地機精平施工工藝;第二層固化土填筑同樣采用網(wǎng)格法,運料車在未上料區(qū)域后退卸料、推土機初平和平地機精平施工工藝;第三層及以上為了提高攤鋪厚度的均勻性及路面頂層的平整度,采用攤鋪機攤鋪和平地機精平施工工藝。
2.4 壓實工藝
壓實工藝按照相關(guān)規(guī)定及試驗段批準工藝具體要求執(zhí)行[4]。初壓時,宜采用雙鋼輪壓路機靜壓2~3遍,碾速宜為20~30 m/min;固化土初步穩(wěn)定后,再用激振力大于35 t的重型振動壓路機、18~21 t三輪壓路機或25 t以上的輪胎壓路機繼續(xù)碾壓密實,碾速宜為30~40 m/min,碾壓遍數(shù)不宜少于6遍;終壓時,采用雙鋼輪壓路機碾壓1~2遍,消除輪跡,碾速宜為50~60 m/min。
碾壓過程中,如有“彈簧土”、松散、起皮等現(xiàn)象,應及時翻開重新拌和或用其他方法處理,使其達到質(zhì)量要求[5]。
2.5 路基養(yǎng)護
固化土路堤間隔鋪筑時,每鋪筑完一層后,采取覆蓋土工布灑水保濕養(yǎng)護7 d。養(yǎng)護期間如遇雨天,應在固化土路堤表面鋪設塑料薄膜等,同時加強場外排水,以減少雨水對路堤的影響。
3 工程應用
3.1 試驗路段設計
某高速公路互通工程,根據(jù)現(xiàn)場條件,該項目選擇其中250 m填方路基作為固化路基試驗段。固化土采用廠內(nèi)集中拌和、全封閉運輸和攤鋪機攤鋪工藝,分三層填筑固化土至路床頂標高。通過固化土試驗段填筑,取得了固化土摻灰量、最佳含水量、松鋪系數(shù)、采用設備組合及壓實遍數(shù)等技術(shù)參數(shù)。固化土攤平整形后及時進行碾壓。摻灰設計見表1,填層壓實度與碾壓遍數(shù)關(guān)系見表2。
從表2可知,累積沉降量在最初碾壓時隨著碾壓遍數(shù)的增加變化較快,隨后增加變慢并趨于平緩,碾壓層的密實性增加變形達到穩(wěn)定狀態(tài),說明在一定程度上可以通過兩者間接控制壓實質(zhì)量避免過壓[6]。
按照設計要求,路堤路面底面以下深度0~30 cm,一級公路要求壓實度≥96%,三層壓實度檢測結(jié)果分別為96.1%、96.4%和96.4%,均滿足設計要求;路基彎沉驗收值要求<353.7 mm,三層彎沉值分別為345.43 mm、316.75 mm和123.45 mm,均合格。
3.2 填筑效果
參照試驗段成果進行后續(xù)規(guī)?;┕?,發(fā)現(xiàn)固化土填筑路基開挖板結(jié)效果好、強度高、水穩(wěn)性強,對其他同類型高速公路有指導和借鑒意義。如圖4~5所示。
此外,選擇兩段便道,分別進行固化土填筑和宕渣填筑,如圖6~7所示。通過約半年重載施工車輛通行后,可以清晰地判斷出用固化土填筑的便道路堤的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于用宕渣填筑的便道路堤。
4 結(jié)論
(1)采用廠拌法工藝,固化土填筑路堤質(zhì)量控制更為簡單,且不受地形條件限制,能充分保證灰土拌和的均勻性與環(huán)保性。
(2)固化土裝料后全程采用綠皮箱型渣土車進行全封閉運輸。固化土填料現(xiàn)場攤鋪:攤鋪第1、2層可預先畫出網(wǎng)格,采用推土機和平地機聯(lián)合施工;第3層及以上采用攤鋪機和平地機聯(lián)合施工。通過兩種不同的攤鋪工藝對比發(fā)現(xiàn),兩種攤鋪工藝都能達到施工工效高、質(zhì)量好的攤鋪效果,采用攤鋪機工藝攤鋪厚度更均勻、現(xiàn)場更整潔環(huán)保。
(3)初壓時,宜采用雙鋼輪壓路機靜壓2~3遍;固化土初步穩(wěn)定后,再用重型振動壓路機、18~21 t三輪壓路機或25 t以上的輪胎壓路機繼續(xù)碾壓密實;終壓時,采用雙鋼輪壓路機碾壓1~2遍,消除輪跡。
(4)固化土填筑路基開挖板結(jié)效果好、強度高、水穩(wěn)性強,可作為路基填料代替宕渣。但考慮到不同路基填筑性能要求,需結(jié)合項目需求、材料特點及周邊環(huán)境敏感性等因素,綜合分析利用可行性。
參考文獻
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