環(huán)海地區(qū)公路底基層料改良研究

蔡進旺 葉國強

摘要： 由于環(huán)海地區(qū)公路底基層料長期受到海水的侵蝕，風化比較嚴重而表現(xiàn)出高侵蝕高液塑限的特性，因此對公路底基層料的改良勢在必行。本文通過對卡塔爾路賽CP1項目公路工程底基層材料的大量改良試驗分析得出，在合理的篩選原材料和調整底基層料級配的基礎上，通過優(yōu)化摻入一定量的沙丘沙就可以得到滿足規(guī)范要求的底基層料。這種方法不但改良成本較低，而且在現(xiàn)場施工中容易掌握，能確保工程質量，值得推廣。

關鍵詞： 底基層（SUB_BASE）；液塑限；級配；沙丘沙

Abstract: because of the sea area highway subbase material by seawater erosion, weathering serious and showed high erosion characteristics of the high liquid plastic limit, so for the improvement of highway subbase material is imperative. This article through to Qatar road series CP1 project highway subbase material improvement of test analysis, the reasonable selection of raw materials and adjust the subbase material gradation, on the basis of optimizing mixed with a certain amount of sand dunes can be meet the specification requirements of the subbase material. This method not only improved lower cost, and easy to grasp in the site construction, to ensure the engineering quality, is worth promoting.

key words：subbase (SUB_BASE); Liquid plastic limit; Grading; Sand dunes

中圖分類號：TB3 文獻標識碼：A 文章編號：

1、前言

眾所周知，公路底基層位于墊層或土基以上，是路面結構中的中間層次，主要承受上層傳來的力，并把它擴散到墊層或土基中，使傳遞到墊層或土基上的力控制在其容許范圍內。但由于底基層直接在位于墊層或土基上經常受地表水和地下水的侵蝕危害，當受到上層傳來的力時容易發(fā)生變形、剪切破壞、彎拉破壞。因此，要求公路底基層材料必須具有一定的強度、剛度和足夠的水穩(wěn)定性，才能抵抗危害因素的破壞，承受行車荷載，保證車輛安全平穩(wěn)的運行。

就卡塔爾路賽CP1市政公路工程底基層而言，由于該工程毗鄰波斯灣海岸，海拔較低（離海平面2m左右）、地下水位較高，海水侵蝕十分嚴重，因此設計對公路底基層材料要求極高。而CP1公路底基層材料的主要來源是箱涵開挖料，該料長期受地下海水的侵蝕，風化較為嚴重，天然級配較差，液塑限值較高（一般液限值在50%以上）。如對該開挖料不采取有效的改良措施，則工程需要的底基層材料將從外地購買，這樣不但增加施工成本，而且將嚴重影響工程工期。因此，唯一的途徑是對現(xiàn)有的材料進行大量的改良試驗研究，得到滿足設計要求的底基層材料。

2、底基層（SUB-BASE）料的特性

應用于本工程的底基層料是由CP1箱涵工程的開挖料破碎后產生的。根據設計要求底基層料的級配等級是C級，此料的試驗結果見表1。

表1底基層（SUB-BASE）C級料試驗結果

從表1試驗結果看，此料液限值和塑性指數(shù)遠遠超過了設計要求，CBR值、膨脹率等其余指標均滿足設計要求，因此，如要得到合格的底基層料就必須進行合理的改良。

3 、公路底基層（SUB-BASE）料的改良試驗

3.1、 改良方法的確定

目前國內對高液限地基的改良方法主要采用石灰改良法和水泥改良法，但這些高液限材料的特點是含水量大、液塑限高、膨脹率大、CBR值較小等特性，所以當參入一定量的水泥或石灰以后，它們當中的氧化鈣（CaO）與土中的水（H2O）和空氣中的二氧化碳（CO2）發(fā)生化學反應生成碳酸鈣(CaCO3)，從而不但降低了含水量，還提高了地基的強度，使得CBR滿足設計要求。但CP1道路工程底基層料是由開挖料破碎產生的，該材料含水量十分小（平均含水量為0.5%），如采用石灰改良法或水泥改良法，一是材料中沒有足夠的水分與水泥和石灰石中的氧化鈣發(fā)生反應生成碳酸鈣(CaCO3)，達不到預期的效果，二是當?shù)厝鄙傧鄳牟牧想y以實施。另外，從表1的檢測結果看，此集料的CBR值和膨脹率均滿足設計要求，也不需要采用石灰改良法或水泥改良法來提高底基層的強度和降低膨脹率。因此如要改良后的底基層料的液塑限值滿足要求，首先必須要弄清楚造成該材料液塑限值偏高的原因，然后再進行針對性的改良。

分析造成底基層（SUB-BASE）料液塑限偏高的主要原因是，由于破碎料常年處于地下水位以下，破碎料表面受海水侵蝕十分嚴重，這些已侵蝕的破碎料具有較強的漲縮性、崩解性、風化特性和強度衰減性，在破碎過程中很容易變成粒徑小于0.075mm的細料，這些細料又表現(xiàn)出很強的親水性，從而導致底基層料液塑限偏高。因此如要減小該底基層料的液塑限值，就得想辦法減少這些細料含量。根據以上分析，擬定從以下幾個方面進行改良：、通過合理篩選破碎料和調整底基層（SUB-BASE）集料級配，來減少粒徑0.075mm以下細料含量；、通過采用參入沙丘沙方法，來增加粒徑0.425mm到0.075mm集料含量。

3.2 、破碎料粒徑的確定

對于箱涵開挖料分成三部分，然后分別選用篩孔孔徑為150mm、100mm和75mm篩子進行了單獨篩分，再將粒徑大于150mm、100mm和75mm的開挖料分別破碎成底基層（SUB-BASE）C級料進行檢測，檢測結果見表2。

表2不同粒徑破碎料檢測結果

從表2的檢測結果看，按照C級配（SUB-BASE）標準判定，三種不同粒徑的開挖料破碎后獲得試驗結果，除了液塑限值無法滿足設計要求外，其它物理力學性能指標滿足設計要求。另外從破碎后的液塑限值看，從粒徑75mm調到100mm時液塑限值下降幅度較大，從100mm調到150mm時液塑限值變化不大。因此根據以上試驗結果的對比，選定粒徑為100mm為C級料生產的料源。

3.3、 參入沙丘沙進行改良

由于生產的C料液塑限無法滿足規(guī)范要求，因此決定在C級料中分別參入25%、20%、15%的沙丘沙進行改良，該沙丘沙是由當?shù)卣块T提供的，0.425mm篩上通過率是99%，0.075mm篩上通過率是2%，驗結果見表3。

表3摻入沙丘沙的底基層C級料改良試驗結果

從表3試驗結果看，液塑限值明顯的隨著沙丘沙含量的增大而減小，但級配仍不滿足C級配料的要求。所以，我們建議提高道路底基層標準，將采用B級配料。

3.4 、提高底基層標準

之所以提高底基層標準，正是基于C級配料無法滿足規(guī)范的條件下，采取的方法之一。因此，項目部派專人到多哈新建的機場以及CP2道路施工的現(xiàn)場進行實地考察，考察結果發(fā)現(xiàn)這兩個在建的項目設計的道路底基層與CP1道路底基層基本相似，但區(qū)別在于他們均使用B級配料，而CP1所使用的C級料。按照《卡塔爾施工技術規(guī)范》（QCS2002）的規(guī)定，瀝青道路底基層級配分為A、B、C三個等級，如果C級配在未滿足設計要求時可以提高等級，采用B級配料。因此，我們與監(jiān)理和業(yè)主溝通、協(xié)商，并達成一致，將CP1項目的道路底基層（SUB-BASE）由B級配料替代C級配料，其試驗結果見表4。

表4底基層（SUB-BASE）B級料試驗結果

通過表4試驗結果和表1試驗結果對比發(fā)現(xiàn)，當B級配料代替C級配料時，CBR值略微增大，膨脹率略減少，其液塑值和塑性指數(shù)明顯下降（液限值從54%降到30%，塑性指數(shù)從29降到8）。其原因，材料的最大粒徑從25mm提高到50mm，這使得開挖料在破碎過程中粒徑小于0.075mm的細料含量逐漸減少，從而液塑限值下降，但是試驗結果仍然不滿足設計要求。因此，進一步采用參入沙丘沙方法進行改良。

根據以上試驗結果，在已破碎好的B級料中，按照體積比分別參入20%、10%、8%沙丘沙進行試驗，試驗結果見表5。

表5摻入沙丘沙改良B級料試驗結果

驗結果看出，在底基層（SUB-BASE）B級料中參入8%和10%的沙丘沙時，集料的液塑限值、級配和其它設計指標均滿足設計要求，但為了確保工程質量將沙丘沙參量確定為10%。

4 、現(xiàn)場施工情況

4.1、 料堆的混合方法

在實際施工中首先用孔徑100mm的篩子對開挖料進行篩選，然后對粒徑大于100mm的開挖料破碎成底基層（SUB-BASE）B級集料，再按照一層破碎料攤鋪一層沙丘沙的方法摻入10%沙丘沙形成一個集料堆。在即將使用時一邊用反鏟充分攪拌集料堆一邊噴灑一定量的飲用水，在確定集料含水率達到最優(yōu)含水量時在運到施工現(xiàn)場進行攤鋪碾壓。

4.2 、現(xiàn)場檢測情況

為了驗證B級配料改良后的可靠性，碾壓前在現(xiàn)場監(jiān)理工程師的監(jiān)督下，按照規(guī)范要求進行取樣檢測，檢測結果見表6。

表6 現(xiàn)場取樣檢測結果統(tǒng)計

從表6碾壓前的檢測統(tǒng)計結果看出，采用粒徑大于100mm的破碎料，在摻入10%的沙丘沙改良后，所有的物理力學性能指標完全滿足設計要求。另外，在確保料堆含水率達到最優(yōu)含水率的情況下，按照碾壓試驗提供的參數(shù)進行攤鋪和碾壓，等碾壓完后用核子密度儀進行壓實度檢測，檢測結果見表7。

表7現(xiàn)場壓實度檢測結果統(tǒng)計

從表7試驗結果看，用改良后的B級集料攤鋪的底基層（SUB-BASE）壓實度完全滿足設計要求?？傊?，從以上現(xiàn)場取樣檢測結果和壓實度檢測結果，說明這種改良方法是可行的。

5、改良后的經濟效益

1）、對改良后的Sub-base公路基層改良料進行單價進行計算，計算結果見表8.

表8改良后的Sub-base公路基層料單價

2、租賃設備單價（QR/月）=租金（含人工）+燃料動力費。

3、自購設備單價（QR/月）=折舊費+修理費+安拆及輔助設施費。

4、改良后的Sub-base料的單價（QR/m3）=總計成本÷成品料的方量。

從表8計算結果看，改良后的Sub-base公路基層料成本單價為39.54（QR/m3）。（QR是卡塔爾貨幣“里亞爾”的表示符號）。

2）、市場購置每方SUB-BASE料一頓的市場單價46.00(QR/T)，則轉化為一方SUB-BASE料的單價為：46.00(QR/T) ×1650（Kg/m3) =75.90（QR/m3）。該單價指的是材料運到施工現(xiàn)場的單價，包含了材料出廠價和運雜費。

3）、經濟效益=成品料總方量×（當?shù)厥袌鲑徺I單價 – 改良后的單價）：則每方可節(jié)約成本：則可節(jié)約成本：135000×(75.9-39.54)=4,908,779.76（里亞爾）（QR），折算成人民幣：4,908,779.76×1.78（外匯牌價）=8,737,627.97 (元)。

6 、結語

1）、通過對環(huán)海地區(qū)底基層材料試驗研究發(fā)現(xiàn)，導致材料液塑限偏高的主要原因是由于長期受到海水的侵蝕，風化比較嚴重所造成的。因此，在確保道路底基層集料級配滿足設計要求的前提下，采用摻入沙丘沙來增大粒徑為0.425mm到0.075mm之間的顆粒含量的方法，是可以有效的降低底基層集料液塑限值。

2）、通過試驗證明，用底基層（SUB-BASE）B級集料替代C級集料時，不但所有的物理力學性能指標完全能滿足設計要求，而且集料的液塑限值也有所降低。

3）、根據現(xiàn)場取樣檢測和壓實度檢測結果表明，在底基層（SUB-BASE）B級料采用摻入10%的沙丘沙進行改良后，所有的試驗指標均滿足設計要求，該改良方法是可行的。

4）改良后的經濟效益十分可觀，大大降低了施工成本，同時，通過現(xiàn)場組織施工和現(xiàn)場檢測結果表明該改良方法較簡單，工程質量有保證，值得推廣。。

參考文獻

[1]《卡塔爾施工技術規(guī)范》QCS -2002；

[2] 《卡塔爾路賽CP1工程特殊規(guī)范》

[3]《公路土工試驗規(guī)范》JTGE40-2007；

[4]《公路基層路面現(xiàn)場測試規(guī)程》JTGE60-2008。

作者簡介：蔡進旺（1978~），男，青海海東，工程師，QC經理，研究方向：工程質量控制與建筑材料。