路床水泥土施工技術(shù)在魯西南地區(qū)的應(yīng)用研究

石飛 王永勝 程杰

摘要 魯西南地區(qū)屬于黃泛平原，部分原狀土不能滿足路床填料最小強(qiáng)度要求，水泥作為摻灰材料，具有成本低、消耗低等優(yōu)點。文章以魯西南某高速公路工程實例為依托，對路床水泥土施工技術(shù)應(yīng)用展開分析論述，介紹水泥土在路床施工中的應(yīng)用技術(shù)、工藝參數(shù)、質(zhì)量檢測方法，以確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)，可在滿足路基承載力的同時降低工程造價。

關(guān)鍵詞 水泥土；施工技術(shù)；控制要點

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）23-0145-03

0 引言

魯西南地區(qū)地勢平坦、開闊，起伏高差較小，地質(zhì)情況主要為粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂等。根據(jù)沿線取土場填料土工試驗報告，沿線取土場土質(zhì)不能滿足路床填料最小強(qiáng)度（CBR）要求。某高速公路部分路段采取下路床摻水泥比例3%、上路床摻水泥比例4%，可滿足路基現(xiàn)場施工技術(shù)要求，經(jīng)試驗檢測效果良好，達(dá)到了控制項目投資和節(jié)約施工工期的目標(biāo)。

1 主要研究內(nèi)容

水泥土是一種由水泥和土壤混合而成的材料。它通常用于道路工程中的路床層或填土層。水泥土碎石既具備水泥材料的黏結(jié)強(qiáng)度性和機(jī)械穩(wěn)定性，又基本具備改善路基土壤結(jié)構(gòu)的機(jī)械可塑性，通過摻和無機(jī)結(jié)合料來逐步改善路基土質(zhì)的結(jié)構(gòu)性能，提高基礎(chǔ)承載力，滿足路基土質(zhì)的黏結(jié)強(qiáng)度要求，當(dāng)素土CBR值無法達(dá)到路基設(shè)計的黏結(jié)強(qiáng)度要求時，必須采取特殊的路基土方填筑地基處理措施。采用水泥代替石灰作為路床摻和料，能夠大大加快路床每層碾壓成型施工進(jìn)度，縮短施工工期。在路床水泥土施工過程中，要做好下承層處理及測量放樣等準(zhǔn)備工作，為后續(xù)水泥土攤鋪、碾壓創(chuàng)造有利條件^[1]，在保證質(zhì)量的前提下，水泥實際摻量較石灰降低，且水泥具有來源廣、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點。經(jīng)試驗路段驗證，水泥土路床施工技術(shù)滿足路床施工質(zhì)量要求，能夠確保路床施工質(zhì)量，為基層施工創(chuàng)造良好的工作面。

2 水泥土性能要求

（1）水泥采用PC32.5緩凝型，具體水泥劑量應(yīng)根據(jù)確定的土源位置、土料性質(zhì)，通過試驗并結(jié)合施工條件（場拌或路拌）進(jìn)行確定。分析隨水泥摻入比變化后水泥土強(qiáng)度、土的齡期以及天然含水率的變化規(guī)律^[2]，研究水泥天然摻入比、水泥的種類含量和水泥養(yǎng)護(hù)齡期長短對水泥土抗壓縮變形特性產(chǎn)生的直接影響。

（2）選擇適合工程要求的土壤作為原料，進(jìn)行物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的測試和分析，以滿足路面基底層的承載能力和穩(wěn)定性要求。根據(jù)土壤的性質(zhì)和工程要求，確定水泥土的配合比，包括水泥和土壤的比例?；旌戏绞娇梢允菣C(jī)械混合，也可以是人工混合。

（3）路床水泥土填料均勻，最大粒徑小于10 cm。上路床（高度0～40 cm）填料最小強(qiáng)度值（CBR）不小于8%，下路床（高度40～120 cm）填料最小強(qiáng)度值（CBR）不小于5%，且CBR檢測試驗數(shù)據(jù)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行規(guī)范《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40）的規(guī)定。

（4）路基摻水泥處理后抗壓強(qiáng)度不小于0.4 MPa，分層填筑壓實厚度不大于20 cm。對改良土進(jìn)行試驗并形成報告（詳見表1）經(jīng)試驗段驗證，水泥土最大干密度為1.751 g/cm³，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.5 MPa，最佳含水率為15%。

3 施工過程控制

（1）研究水泥土的施工工藝，包括原材料的加工處理、配合比的確定、施工方法和工藝流程等，以確保施工質(zhì)量和工期的控制。

（2）研究水泥土施工所需的設(shè)備和工具，包括土方機(jī)械、混凝土攪拌站、平地機(jī)等，以提高施工效率和質(zhì)量。

（3）研究水泥土施工中的質(zhì)量控制方法和標(biāo)準(zhǔn)，包括原材料的質(zhì)量檢驗、施工過程的監(jiān)測和檢驗，以確保施工質(zhì)量符合規(guī)范要求。

（4）路床水泥土施工采用路拌法的施工技術(shù)方式，施工基本工藝流程簡述如下：下料承裝層準(zhǔn)備料→測量放樣料→布料→拌和混合料→整型料→碾壓料→驗收料→養(yǎng)生。

3.1 下承層準(zhǔn)備

水泥土要求施工驗收前需對混凝土路基表面進(jìn)行一次復(fù)檢，路基表面土質(zhì)應(yīng)致密堅實、坑洞修補完善，高程坡度及混凝土路拱必須符合國家有關(guān)設(shè)計規(guī)范及規(guī)范要求；下承層整平后，灑水濕潤，準(zhǔn)備水泥土施工；做好下承層處理及測量放樣等準(zhǔn)備工作，為后續(xù)水泥土攤鋪、碾壓創(chuàng)造有利條件；作業(yè)人員應(yīng)掌握水泥土施工的技術(shù)要點，以確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)^[3]。

3.2 施工放樣

水泥土填筑前，采用GPS測量恢復(fù)中樁、放出邊樁，利用導(dǎo)線點每樁段每10 m范圍內(nèi)設(shè)一樁，并可以同時分別在兩側(cè)或兩側(cè)路肩邊緣外設(shè)指示樁，橫斷面及兩側(cè)的每一段測幅線均同時設(shè)有至少三個高程控制點，逐樁斷面依次分別進(jìn)行相應(yīng)高程水平位移的測量，算出各中樁段斷面水平上的所需攤筑鋪填土的平均厚度；根據(jù)施工道路情況下的實測地面高程、寬度系數(shù)及實際試驗中的實測最大干壓密度的系數(shù)等計算方法，求取出實際鋪設(shè)的該工程路段內(nèi)的鋪設(shè)所需水泥土的平均鋪設(shè)數(shù)量；最后應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場實際運料車輛數(shù)目及需運輸車輛的裝載材料噸位大小，來精確計算每一輛運輸車堆放料點距離，保證路基橫坡度應(yīng)完全可以滿足現(xiàn)場施工路面設(shè)計精度所達(dá)要求，保證最終能完全準(zhǔn)確計算得出一個完全、正確、合理的路基松鋪系數(shù)。

3.3 分層填料

3.3.1 攤鋪土料

水泥土填筑應(yīng)重點考慮如何采用水平法進(jìn)行分層的夯實及填筑，填筑地面時分層進(jìn)行夯實及控制路面的填土標(biāo)高，分層壓實厚度不大于20 cm，采用平地機(jī)對路床水泥土進(jìn)行整平，力求將道路表面做到基本均勻平整，并盡可能形成一個滿足設(shè)計規(guī)定的路拱。地面測量及控制專業(yè)人員每天要連續(xù)跟蹤路面進(jìn)行實地測量，控制厚度誤差為±0.5 cm，拌和物料時需要隨時取樣檢查含水量，如實際含水量范圍變化明顯過小，用噴管式灑水車先進(jìn)行灑水處理后逐步補充其最佳實際含水量，使最佳實際的含水量變化略大于最佳含水量1%～3%左右后，拌和機(jī)可跟上灑水車后進(jìn)行拌和作業(yè)。

3.3.2 水泥擺放及攤鋪

根據(jù)項目公司下發(fā)的設(shè)計單位《關(guān)于明確路床采用水泥土相關(guān)設(shè)計指標(biāo)的函的回復(fù)》水泥劑量為3%，水泥用量計算式位：面積×厚度×最大干密度×3%。例如：采用5.3 m×5.3 m方格，撒格線使用完一次后，人工應(yīng)將袋裝水泥或根據(jù)實際水泥用量對計算量水泥重量進(jìn)行均勻分配，然后再用“扣掀法”將剩余水泥重量均勻地分散灑布在撒格線內(nèi)。

3.4 路拌混合料

灑布水泥土工程在完成土石方施工準(zhǔn)備后，即需采用路拌機(jī)進(jìn)行二次預(yù)拌和的試驗研究（詳見圖1），拌和機(jī)往返2遍/次以上，拌和機(jī)的攪拌深度要求均需達(dá)到均勻穩(wěn)定的土層底，拌和試驗作業(yè)流程中安設(shè)有專人全程負(fù)責(zé)跟蹤和操作的拌和機(jī)，隨時負(fù)責(zé)跟蹤與檢查每次混凝土拌和機(jī)深度參數(shù)，以便作出更及時地有效控制調(diào)整，避免一次混凝土拌和機(jī)的底部有可能同時出現(xiàn)填素土夾層。加強(qiáng)拌和土上下層物料顆粒層之間物料的顆粒相互結(jié)合，拌和土的拌和遍數(shù)也需在確?；旌狭狭６冗_(dá)到均勻一致和均勻一致后拌勻為止最宜。

3.5 整形

經(jīng)路拌，水泥及穩(wěn)定表土混合料等均應(yīng)滿足測量精度要求測量合格完成后，測量人員恢復(fù)基準(zhǔn)高程控制點，釘上竹片樁。平地機(jī)則立即自動開始整型，必要時，再重新返回原地平地刮土一遍。對局部不平整之處，將對其進(jìn)行表面剝離5 cm耙松、補料，再次進(jìn)行整型、碾壓。每次實施路基整平工程進(jìn)行中測量現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)人員一定要能及時做到對施工道路上每個道路縱向斷面都做逐個地實地丈量檢測，確定施工道路斷面高程偏差分布是否達(dá)到均勻與準(zhǔn)確。

3.6 混合料碾壓

整型施工階段完成后，混合料含量應(yīng)大于表面的最佳含水量并在1%～3%含水率范圍時，進(jìn)行表面適當(dāng)碾壓，如已發(fā)現(xiàn)表面水分濕度嚴(yán)重或不足，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行立即和適量時間予以灑水，確保表面含水量已達(dá)到或者滿足設(shè)計施工質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)；碾壓作業(yè)要遵循先慢后快、先靜后振、先邊后中、先下部密實后上部密實的原則，要始終做到并嚴(yán)格保證控制運行好的各類壓路機(jī)組最高實際的碾壓和運行速度^[4]。

（1）初壓時采用振動壓路機(jī)重疊1輪/重疊2輪后以每秒2.5 km/h的振動速度重復(fù)振壓2遍。

（2）復(fù)壓采用18～21 t振輪壓路機(jī)1/3輪以2 km/h的速度碾壓2遍。

（3）終壓時用高頻振動壓路機(jī)以每分鐘2.5 km/h振動終壓路面1～2遍，達(dá)到碎石表面的密實平整。

3.7 接縫處理及養(yǎng)生

水泥土壩在實際施工與養(yǎng)護(hù)維修過程中一定要做到盡量避免出現(xiàn)縱向接縫，在做好第一段混凝土水泥的拌和及施工澆筑后，留余有5～8 m左右間隙處不做拌和或進(jìn)行水泥碾壓，第二段的混凝土施工或澆筑完成時，前段水泥部分留下未完全承壓好的水泥土部分則可考慮與第二段新水泥土結(jié)合一起進(jìn)行碾壓。水泥穩(wěn)定土在碾壓養(yǎng)護(hù)作業(yè)處理完畢，養(yǎng)護(hù)合格后，及時對地面進(jìn)行灑水作業(yè)并重新覆蓋土工布料進(jìn)行灑水養(yǎng)生，且應(yīng)持續(xù)作業(yè)不少于連續(xù)7 d，養(yǎng)生和作業(yè)養(yǎng)護(hù)期間現(xiàn)場禁止一切封閉交通。

4 經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

該項目路床采用水泥土代替石灰土施工技術(shù)，施工簡單化、效率高、速度快，提高質(zhì)量，縮短工期。經(jīng)現(xiàn)場實際應(yīng)用和推廣，水泥土路床施工段累計應(yīng)用約15 km，預(yù)計節(jié)約投資265萬元，工期預(yù)計節(jié)省2個月，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 社會效益

該項目部分路段路床采用水泥土施工技術(shù)，推動了水泥土在魯西南沖積平原高等級公路路基上的應(yīng)用和發(fā)展，且當(dāng)?shù)厮喙I(yè)發(fā)達(dá)，采用水泥代替石灰作為摻和料，拉動沿線經(jīng)濟(jì)工業(yè)的全面發(fā)展，為當(dāng)?shù)靥峁└喔哔|(zhì)量的有效就業(yè)崗位。

5 施工控制重點

（1）現(xiàn)場必須嚴(yán)格確保每個路拌機(jī)上的水泥拌和層深度都能完全達(dá)到侵入下層寬度的1～2 cm，并務(wù)必保持拌和厚度均勻，指定相應(yīng)部門派專人每日必須對一次跟拌機(jī)進(jìn)行質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)器存在灑漏和跟拌等意外情況時，須立即停止并重新再次開機(jī)才能進(jìn)行二次水泥拌和。

（2）施工單位嚴(yán)格依法執(zhí)行技術(shù)合同規(guī)范內(nèi)容和技術(shù)報驗確認(rèn)程序，做到“凡前道工序均未經(jīng)技術(shù)檢查合格認(rèn)可，后半道工序即不可施工”。施工生產(chǎn)過程監(jiān)控中，成立一個專職獨立的現(xiàn)場質(zhì)檢監(jiān)察機(jī)構(gòu)，嚴(yán)格依法按各項施工作業(yè)質(zhì)量和檢查驗收安全標(biāo)準(zhǔn)，逐項進(jìn)行監(jiān)督自檢。

（3）試驗于項目開工至實施階段前，應(yīng)嚴(yán)格按已報總監(jiān)理工程師會審定和批準(zhǔn)的程序，對工程預(yù)先制定計劃中可用于保證完成該段試驗工程任務(wù)時的試驗所用的材料、配合比、松鋪系數(shù)、最佳土含水量、穩(wěn)定土拌和機(jī)、壓實設(shè)備等各項設(shè)備及配置條件和按各項試驗施工所用機(jī)械工藝要求長度進(jìn)行全面的試驗，取得完全滿足試驗設(shè)計及規(guī)范要求的全部各種技術(shù)試驗檢測成果數(shù)據(jù)，以提供正確的指導(dǎo)推廣進(jìn)行大面積施工。

6 水泥土具有的優(yōu)勢和劣勢

（1）水泥土經(jīng)過固化反應(yīng)后具備較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠承受較大的荷載和變形。

（2）水泥土具有較好的抗水性和耐久性，能夠在潮濕條件下保持穩(wěn)定性。

（3）水泥土在施工過程中具備一定的可塑性，能夠適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件。同時，水泥土也具備適當(dāng)?shù)耐杆?，能夠排除路面下的積水。

（4）然而水泥土也存在一些局限性，如制作過程相對復(fù)雜、原材料成本較高和對環(huán)境的影響等。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體工程要求和經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇適合的土工材料。

7 結(jié)語

通過對水泥土路床施工技術(shù)及效果研究，采用水泥土能夠加快路床施工速度，可以提高道路基底層材料的施工承載負(fù)荷能力穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，延長施工道路使用壽命，減少路面病害和維修成本，提高道路的運行安全性和舒適性。節(jié)省項目投資，經(jīng)濟(jì)效益明顯。結(jié)合魯西南地區(qū)粉土特性，通過水泥摻量優(yōu)化、路拌機(jī)拌和控制、平地機(jī)刮平技術(shù)、壓路機(jī)碾壓成型以及覆蓋養(yǎng)生技術(shù)，能夠提高路床強(qiáng)度、改善路面結(jié)構(gòu)的運行環(huán)境，確保路面的使用壽命，在類似工程中具有推廣價值。

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收稿日期：2023-08-05

作者簡介：石飛（1987—），男，本科，工程師，研究方向：公路工程。