環(huán)保型土壤固化劑在市政道路工程路基處置中的應(yīng)用

陳興帥

（菏澤市公路事業(yè)發(fā)展中心工程四處，山東 菏澤 274000）

引言

環(huán)保型路基土壤固化劑是在基礎(chǔ)配方的基礎(chǔ)上，就地取材，采用固體廢棄物中的若干種復(fù)配，并添加少量的水泥熟料和激活劑制成。本工程中的固化劑原材料取自菏澤市東明縣，產(chǎn)品類型為B類CG-1型環(huán)保型土壤固化劑，即加入土基后通過與路基土、水和空氣的物理或化學(xué)反應(yīng)，單獨(dú)使用，不與無機(jī)結(jié)合料復(fù)摻使用的土壤固化劑，為粉體。

固化劑具有使用方便、施工工藝簡單的特點(diǎn)，同時可替代大量的石灰、水泥、粉煤灰等傳統(tǒng)筑路材料，在市政道路建設(shè)中使用固化劑能夠節(jié)約材料成本，并且對自然資源與生態(tài)環(huán)境有保護(hù)作用。CG-1型土壤固化劑特點(diǎn)：（1）適用于各級公路的路床區(qū)域改善土及底基層二灰土改善，材料性能優(yōu)異。同等摻量下，固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、CBR 值、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)等指標(biāo)高于水泥土、石灰土及國內(nèi)其他固化材料改善土。（2）土質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)。水泥在路基土這種欠水條件下固化效果有限，而該固化劑是一種專用于改善土的固化材料，對土體的適應(yīng)性更強(qiáng)。（3）原材料環(huán)保且易得。主要原材料可就地取材，生產(chǎn)工藝簡單且環(huán)保。（4）施工便捷，具有時間優(yōu)勢。（5）經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。主要原料為固棄物，經(jīng)濟(jì)效益顯著；材料可實(shí)現(xiàn)廢物利用和環(huán)保生產(chǎn)，環(huán)境社會效益顯著。

1 工程應(yīng)用

定胡路（長江東路至G327段）道路及配套工程全長約6 km，路面結(jié)構(gòu)為2×15 cm8%石灰土+2×15 cm12%石灰土+54 cm水泥穩(wěn)定碎石+8 cm中粒式瀝青混合料+4 cm細(xì)粒式瀝青混合料。在道路下行方向做4%、5%和6%固化土試驗(yàn)段。

2 原材料檢測

2.1 路基填土

2.1.1 粉土

粉土取自定胡路，顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果見表1。采用液塑限聯(lián)合測定法測得液限為30.3，塑限為20.8，塑性指數(shù)為9.5。各樣品綜合考慮，最大干密度在1.82 g/cm3，最佳含水率在12.5%左右。

表1 粉土顆粒分析試驗(yàn)

2.1.2 粉質(zhì)黏土

粉質(zhì)黏土取自菏澤市牡丹區(qū)G240沿線，顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果見表2。采用液塑限聯(lián)合測定法測得液限為41.7，塑限為20.8，塑性指數(shù)為20.9。各樣品綜合考慮，最大干密度在1.85 g/cm3，最佳含水率在13.4%左右。

表2 粉質(zhì)黏土顆粒分析試驗(yàn)

2.2 固化劑

固化劑檢測指標(biāo)見表3。

表3 固化劑檢測指標(biāo)

3 固化土技術(shù)指標(biāo)

3.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

石灰穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定土和固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

表4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是我國評價無機(jī)結(jié)合料類的重要指標(biāo)，多按照7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行評價。對路基填料，鑒于普通土體不具備測試無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的條件，所以現(xiàn)行公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范并未提出強(qiáng)度要求，而土壤經(jīng)過固化后，可開展無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，評價指標(biāo)參照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）中對底基層的要求。

固化土在4%、5%、6%摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均超過極重交通一級公路對底基層的技術(shù)要求，可以作為路床區(qū)改善土及底基層材料。同等摻量下，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯優(yōu)于石灰土和水泥改善土，6%固化土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度超過10%水泥改善土。

3.2 承載力指標(biāo)

評價標(biāo)準(zhǔn)參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）,CBR試驗(yàn)結(jié)果見表5。固化土的承載力CBR值明顯高于水泥改善土，說明固化土的承載力良好，也反映出該固化土具有良好的水穩(wěn)定性。

表5 承載力CBR值試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 干濕循環(huán)穩(wěn)定系數(shù)

干濕循環(huán)試驗(yàn)?zāi)苡行У啬M自然界干濕交替的不利因素對固化土耐久性的影響，根據(jù)循環(huán)過程的尺寸、質(zhì)量的變化及試樣最終的強(qiáng)度損失量評價固化土的耐久性，試驗(yàn)周期為28 d。干濕循環(huán)穩(wěn)定系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見表6。固化土在干濕循環(huán)條件下，穩(wěn)定性顯著優(yōu)于水泥改善土，說明水穩(wěn)定耐久性良好。

表6 干濕循環(huán)穩(wěn)定系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.4 凍融循環(huán)穩(wěn)定系數(shù)

凍融循環(huán)試驗(yàn)?zāi)苡行M在寒冷地區(qū)凍融交替對固化土耐久性的影響，凍融循環(huán)試驗(yàn)以規(guī)定齡期的固化土試件在經(jīng)過數(shù)個凍融循環(huán)后飽水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)前的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比評價固化土的耐久性，試驗(yàn)周期28 d。凍融循環(huán)穩(wěn)定系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見表7。固化土在凍融循環(huán)條件下，穩(wěn)定性優(yōu)于水泥改善土，說明冬季耐受凍融的耐久性 良好。

表7 凍融循環(huán)穩(wěn)定系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.5 凝結(jié)時間影響系數(shù)

固化劑與路基土混合后，經(jīng)過0 h、5 h、10 h、15 h后制件，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，10 h以內(nèi)制件對固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本無影響，凝結(jié)時間影響系數(shù)在100%以上，該技術(shù)可有效保證固化土的施工時間，爭取出足夠的人員及設(shè)備調(diào)度時間。而《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT F20—2015）中規(guī)定對水泥穩(wěn)定材料宜在2 h內(nèi)完成碾壓成型，應(yīng)取混合料的初凝時間與容許延遲時間較短的時間作為施工控制時間。

4 試驗(yàn)段情況

試驗(yàn)段施工7 d后進(jìn)行了彎沉檢測和現(xiàn)場取芯。4%固化土、5%固化土、6%固化土試驗(yàn)段彎沉平均值分別為80.1（0.1 mm）、61.3（0.1 mm）、37.2 （0.1 mm），均低于石灰土平均彎沉值116.8 （0.1 mm）。彎沉結(jié)果表明，固化土彎沉值遠(yuǎn)低于石灰土，說明固化劑對路基承載力及固化土層彈性模量的改善效果明顯優(yōu)于石灰土，且固化土取出完整芯樣，石灰土未能取出。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 石灰土

固化土的最大干密度取1.80 g/cm3、濕密度取2.0 g/cm3、石灰按400元/t計(jì)算，石灰摻加量一般為12%，則每噸土固化成本為43.2 元。

5.2 水泥土

水泥單價按400 元/t計(jì)算，水泥土中水泥摻加量一般為4%～6%，則每噸土固化成本為18.0 元。

5.3 固化土

固化劑按400元/t計(jì)算，達(dá)到水泥土同等性能可適當(dāng)降低固化劑摻量，每噸土固化成本為14.4 元。

6 結(jié)語

（1）材料性能優(yōu)異、同等摻量下，固化土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、CBR值、干濕循環(huán)系數(shù)、凍融循環(huán)系數(shù)和凝結(jié)時間影響系數(shù)等指標(biāo)高于水泥土或石灰土，且7 d芯樣完整、彎沉優(yōu)于石灰土。（2）施工便捷，具有時間優(yōu)勢。施工工藝與石灰土、水泥土類似，強(qiáng)度形成時間介于水泥土和石灰土之間，有利于施工調(diào)度和強(qiáng)度形成。（3）經(jīng)濟(jì)效益顯著。主要原料為固棄物，單位成本低于水泥、石灰，經(jīng)濟(jì)效益顯著。