公路基層綜合穩(wěn)定土關鍵技術參數研究

摘 要：系統(tǒng)地闡述了公路基層在石灰土無法滿足強度要求的條件下，加入了水泥后形成綜合穩(wěn)定土的情況。由于水泥與土壤中的水發(fā)生水化反應，使綜合穩(wěn)定土的密度和強度發(fā)生了變化，進而導致檢驗標準的改變?？偨Y了綜合穩(wěn)定土產生的原因、使用條件、工藝原理和施工原則，對其日后的使用有重要的指導意義。

關鍵詞：公路基層；穩(wěn)定土；密度；強度

中圖分類號：U412.22 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.115

一般情況下，普通公路路基施工的基層或底基層選用石灰和土拌和，形成能夠滿足設計強度的石灰穩(wěn)定土。但是，當土質的塑性指數比較低時，石灰土很難達到強度技術標準的要求。晏高公路工程是一條連接兩縣之間的二級公路，在施工過程中，經過試驗研究，采用關鍵技術參數研發(fā)出了綜合穩(wěn)定土施工領先技術。采用石灰、水泥2種材料拌和而成的穩(wěn)定土后，水泥穩(wěn)定劑會與土中的水發(fā)生水化反應，逐漸形成凝聚網狀結構，水化作用繼續(xù)進行，就形成了三向的結晶網狀結構，結構開始形成強度，并不可逆。它的出現(xiàn)對施工工藝和檢驗標準有重要的影響。因此，本文結合筆者的試驗研究，簡要論證了這種工藝產生的原因、使用條件、試驗原理、施工工藝和檢測方式等，以推動這項技術的發(fā)展和進步。

1 產生原因和使用條件

在我國，將石灰穩(wěn)定土用作路基基層、底基層。這種技術被廣泛使用的原因是，材料容易獲取，價格較低，工藝簡單，使用時間較長，施工經驗豐富。機械設備完善?，F(xiàn)代公路的建設標志之一就是可以根據公路等級預測交通流量，并為公路基層設計了強度標準——不同位置的承壓層設計的強度值也是不同的。晏高公路地處山東濟南以北地區(qū)，屬黃河沖積平原區(qū)，土質多為低液限粉土，塑性指數Ip處于6～14之間，變化幅度比較大。公路底基層設計強度為0.5 MPa，基層設計強度為0.8 MPa。采用不同比例的石灰穩(wěn)定土時，能夠滿足底基層的設計強度技術指標，而土質的塑性指數Ip在10以上的也滿足基層的強度標準。但是，在DK37+200～DK48+800取土場，取土場土的塑性指數Ip僅為6.8.使用石灰穩(wěn)定土的試驗結果如表1所示。

從表1中可以看出，使用任何劑量的石灰都不能滿足設計強度指標的要求。因此，在施工時，需要做出相應的改變。在原理上，采用的對策主要有以下3點：①提高穩(wěn)定用石灰的質量。在施工過程中，可以提高石灰中的有效成分CaO的含量。但是，由于石灰都產于濟南市郊的山區(qū)，石灰的生產規(guī)模比較小，提高CaO的含量是有困難的。②更換土場。多次試驗結果表明，一般情況下，相同的石灰劑量，塑性指數越高，穩(wěn)定土的強度越高。因此，如果能夠更換塑性指數比較高的土場，就能夠較好地滿足強度指標的要求。但是，由于該公路工程地處黃河沖積平原，附近經濟范圍內的土場的土性基本一致，更換土場是很困難的。③改變或添加穩(wěn)定劑。

2 綜合穩(wěn)定土使用原理和工藝試驗

石灰穩(wěn)定土具有一定的強度是因為石灰消解后，溶液中的鈣離子（Ca++）取代土粒表面一價鈉、鉀離子（Na+、K+），使土顆粒的結合水膜變薄而聚結成集粒，增大石灰土的內摩阻力。石灰土經過壓實操作，黏土顆粒表面的少量活性氧化硅（SiO2）和氧化鋁（AI2O3）與（Ca（OH）2）發(fā)生化學反應，生成不溶性含水硅酸鈣和含水鋁酸鈣，將黏土顆粒黏結起來，有效改善了石灰土的強度和水穩(wěn)定性。由試驗結果可知，石灰土中的石灰含量與土的塑性指數、強度的關系如圖1所示。

由圖1可知，塑性指數越高，穩(wěn)定土的強度越高；塑性指數越低，與氧化鈣反應的鈉、鉀離子減少，石灰材料富余，強度也越低。

3 石灰劑量與水泥劑量的選擇原則

選擇綜合穩(wěn)定土時，應先進行不同劑量的石灰穩(wěn)定土試驗，而單獨使用石灰穩(wěn)定土已不能滿足強度指標的要求。選擇最大強度對應的劑量設計為綜合穩(wěn)定土的使用摻量。在此次施工過程中，結合圖1所示的試驗結果，綜合穩(wěn)定土采用14%的石灰摻量。

從圖1所示的試驗結果中可以看出，14%的石灰穩(wěn)定土在強度上最接近設計強度?？紤]添加2%，3%，4%的水泥摻量進行試驗。舍去1%摻量是考慮摻量太少，難以保證施工的均勻性；5%摻量及以上不予考慮則是從經濟的角度出發(fā)作出的選擇。

采用與石灰穩(wěn)定土相同的試驗步驟進行最大密度和強度試驗。水泥不進行悶料準備，在標準擊實工作開始前，要加入石灰穩(wěn)定土進行試驗，試驗結果如表2所示。

由于最大密度的試驗允許誤差為0.02 g/cm3，所以，可以認為添加的水泥劑量對最大密度的影響在誤差范圍內。這樣，就可以使用一個標準密度，以便于對比。

由于水泥的摻量比較小，所以，采用了3%的水泥摻量，在小范圍內進行了施工試驗。試驗按照計算出的面積用石灰撒出布料的灰線，然后在劃好的方格內布置一袋與試驗相同的礦渣硅酸鹽水泥，并在劃定范圍內攤鋪均勻、拌和、碾壓，在施工結束后立刻記錄施工時間，并檢測壓實度。檢測結果如表3所示。

表3中的數據說明，加入水泥后，水泥與石灰土中的水發(fā)生了水化反應，改變了土的結構。隨著時間的延時，對最大密度產生了一定的影響。

為了掌握水泥水化反應的影響規(guī)律，拌和了水泥與灰土后，進行了不同時間的密度、強度試驗。設計在摻入水泥后即刻試驗，并在摻入水泥后的6 h、8 h、10 h、12 h進行試驗，以檢驗水泥中摻入其他物質后，發(fā)生水化反應對穩(wěn)定土密度和強度的影響。具體的試驗結果如表4、表5所示。

根據每個試塊的抗壓強度，按照公式計算試驗結果：

式（1）中：Rd為設計抗壓強度；Za為標準正態(tài)分布表中隨機保證率而變的系數，這里保證率取95%，Za=1.645；Cv為試驗結果的偏差系數。

分析試驗數據可以得到，在綜合穩(wěn)定土中摻入水泥，其最大密度和強度是隨時間的變化而變化的。因此，在施工過程中，必須先確定一個施工區(qū)段的完成時間，然后，根據延時試驗結果確定一段時間的最大密度和與之對應的強度。

在此次試驗中，2%的水泥摻量不能滿足95%保證率的強度條件；3%及以上的水泥摻量在12 h及以下滿足強度條件的要求。

根據實際的施工時間和強度試驗結果，確定以6 h施工時間為標準，最大密實為1.64 g/cm3。與之對應的具有95%保證率的強度為摻量3%的水泥綜合穩(wěn)定土，其強度為1.02 MPa，能夠滿足具有95%保證率的強度條件。

4 結束語

將塑性指數比較低的石灰土用于路基基層中，當強度不能滿足設計強度要求時，需要添加穩(wěn)定劑來提高穩(wěn)定土的強度。

由于水泥會與石灰土中的水發(fā)生水化反應，產生凝聚網狀結構，就會改變石灰土的原有結構，影響最大密度和強度。因此，需要通過試驗得到時間、最大密度、強度這三個關鍵技術參數。

根據施工完成時間確定與之相應的最大密度和強度，這是綜合穩(wěn)定土質量控制的關鍵。

確定了質量控制參數后，在施工過程中，要嚴格按照試驗時間施工。另外，施工長度不得隨意加長或縮短。

不同的施工時間對應不同的密度和強度，施工時需要分別對待。延長施工時間，標準密度會大于實際密度，壓實度達不到要求；縮短施工時間，標準密度會小于實際密度，壓實度與實際情況不符。只有將標準與施工過程結合起來，才能更好地把握工程施工質量。

參考文獻

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作者簡介：申立剛（1965—），男，山西太原人，高級工程師，1986年畢業(yè)于上海鐵道學院鐵道工程專業(yè)（本科）。

〔編輯：白潔〕