环海强侵蚀地区公路 底基层料改良试验研究

李炳汉 潘纪良

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西省西安市 710016)

CP1项目是路赛开发区继“海滨土方与土地平整工程”之后的第一个也是最主要的一个基础设施工程，项目包含钢筋混凝土结构公共设施箱涵、市政道路、饮用水、污水、灌溉水、雨水、地表水、天然气、真空垃圾收集、中央空调管道系统以及地下变电站、通讯管网、交通信号系统、路灯系统等。合同总价约93.1亿人民币。

CP1工程毗邻波斯湾海，海拔较低（离海平面2m左右）、地下水位较高，区域内所有的道路选用的底基层料料源均为开挖料，因长期受到地下海水的侵蚀，风化的比较严重，天然颗粒级配较差，并且液限指数偏高。如不采取有效的改良措施，会造成大量的开挖料不能使用，给施工进度造成较大的影响。所以，通过分析，我们认为唯一的途径是对现有的材料进行改良，以满足道路底基层的材料要求。

1 底基层料（SUB-BASE）的基本要求

CP1道路底基层料规定有（A-B-C）三种标准级配，设计要求首先C级配料，由于料源来自于箱涵开挖料，按照规范要求，此料在使用之前，必须进行相关的物理力学性能试验，具体试验结果见表1。

表1 底基层（SUB-BASE）C级料试验结果

土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限；由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限。从表1试验结果看，该材料液限值为54%，塑性指数为26，这两项指标远远超出标准要求。要想获得合格的底基层料必须对原材料级配进行改良。

2 确定改良方法

2.1 国内采用的方法

通常情况下，国内对高液限地基稳定的主要采用石灰改良法或水泥改良法。由于高液限材料的具有含水量大、液塑限高、膨胀率大、CBR值较小等特性，所以当掺入一定量的水泥或石灰以后，它们当中的氧化钙（CaO）与土中的水（H2O）和空气中的二氧化碳（CO2）发生化学反应生成碳酸钙(CaCO3)，不但降低了含水量，还提高了地基的强度，使得CBR满足设计要求。

对于CP1区域内道路工程而言，所采用的底基层料来自于箱涵开挖料。通常情况下，同一种材料随其含水量的不同而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。该材料天然含水量偏小（平均含水量为0.5%），如采用石灰或水泥改良法，其一是材料中没有足够的水分与水泥和石灰石中的氧化钙发生反应生成碳酸钙(CaCO3)，达不到预期的效果；其二是当地缺少相适应的材料，难以实施。

从表1的检测结果看，虽然 CBR值和膨胀率均满足设计要求，但是液塑限值标已超出规范要求。通过分析，造成底基层（SUB-BASE）材料液塑限偏高的主要原因，是由于开挖出的料源常年处于地下水位以下，因长期受到海水的侵蚀，具有较强的涨缩性、崩解性、风化特性和强度衰减性，经破碎后很容易造成粒径小于0.075mm的细料，而且这些细料又表现出很强的亲水性，从而导致底基层料液塑限值偏高。

因此，我们根据破碎后材料级配的结果，如何能降低0.075mm以下的细料含量，降低液塑限指标，提出采用外掺沙丘沙的方法进行大量的试验研究。

2.2 破碎料粒径的确定

为了充分利用箱涵开挖料，我们分别利用150mm、100mm和75mm三种不同的粒径分别进行加工破碎，首先按照C级配料的要求进行物理力学性能指标检测，检测结果见表2。

表2 不同粒径破碎料检测结果

从表2的检测结果看，按照C级配料的标准判定，这三种不同粒径经破碎后获得的试验结果，除了液塑限值无法满足设计要求外，其它物理力学性能指标均满足设计要求。另外从液塑限值结果上看，粒径75mm上调到100mm时，液塑限值下降幅度较大；粒径100mm上调到150mm时，液塑限值变化较小。通过以上试验结果的对比，我们首先100mm的粒径作为C级料生产的料源。

2.3 拟定掺入沙丘沙含量

根据上述试验结果分析，我们认为单靠破碎站单一生产的C级配料无法满足规范要求，如果不采用其他外掺料加以混合，很难达到预期的效果，因此，我们利用当地的沙丘沙分别按照25%、20%、15%的不同含量，进行物理力学性能试验，其试验结果见表3。

表3 C级配料掺入不同沙丘沙含量的试验结果

从表3试验结果明显的看出，液塑限值随着沙丘沙含量的增大而减小，虽然结果有降低的趋势，但仍未达到设计要求。为此，我们与监理协商，提出采用B级配料替代C级配料，提高道路底基层标准。

2.4 提高底基层标准

之所以提高底基层料标准，是基于单一破碎的C级配料，即使外掺沙丘沙的方法也无法满足设计要求的前提下提出的。因此，项目部派专业技术人员到多哈市新建的机场以及CP2道路施工现场进行实地考察，发现这两个项目设计的道路底基层全部采用B级配料。按照《卡塔尔施工技术规范》（QCS2002）的规定，如果C级配料未满足设计要求前提下，可以采用B级配料。因此，我们与监理和业主协商，并达成一致，确定将由B级配料替代C级配料，其试验结果见表4。

表4 底基层（SUB-BASE）B级料试验结果

由表4的试验结果可以看出， CBR值略微增大，膨胀率略减少，液塑值从52%降到30%，塑性指数从26降到8，有着明显的下降趋势，但是试验结果仍不理想。

由此表明，即便是采用B级配料，如果不采用外掺料也很难达到预期效果。所以，我们根据C级配料外掺沙丘沙的方法，对已破碎好的B级料，利用沙丘沙，按照20%、10%、8%三个不同的等分，掺入B级料中，分别进行颗粒级配等相关的试验，其试验结果见表5。

表5 外掺沙丘沙B级料试验结果

从表5试验结果看出，根据沙丘沙不同的掺量，掺量10%的沙丘沙获得的液限指标相对偏小，颗粒级配均在包络线以内。虽然其他两个掺量各项指标也能满足设计要求，所以，考虑到质量、成本等综合因素，我们确定以外掺10%的沙丘沙为控制标准。并且也获得监理、业主的批复。

3 现场混合方法

根据现场实际的生产条件，首先对选定好的混合料通过孔径100mm筛分，将筛选出大于100mm粒径的料全部堆放一起，并插上标签，随后在加工破碎成底基层（SUB-BASE）成品的B级集料。然后在按照规定的顺序，先将下面摊铺一层破碎好的成品料，其上面在覆盖一层外掺10%的沙丘沙，以此类推，并形成一个集料堆。集料堆形成后，在利用反铲来回的反复几次，目测均匀即可。

施工之前，要根据实验室提供的最优含水量，计算出每个堆集料实际的加水量。加水时，按照程序，铺上一层料，面层上要均匀喷洒一层水(即饮用水)，以此类推，直到形成规定的料堆为止。紧接着采用大塑料布将整个料堆覆盖住，以免含水量的蒸发，待24h候后，再将浸润好的集料堆利用反铲反复拌合均匀，待集料堆测试的含水量未超出最优含水量范围时，即可运输到施工现场进行摊铺碾压。

4 现场检测结果分析

为了验证B级配料改良后的可靠性，在现场监理工程师的监督下，按照规范要求分批、次进行了大量的抽检，抽检的主要统计结果见表6。

从表6碾压前的检测统计结果看出，采用粒径大于100mm颗粒料，通过加工破碎后，掺入10%的沙丘沙进行改良，使得B级配所有的物理力学性能指标完全满足设计要求，由此证明这种改良方法是完全有效的。

表6 现场检测结果统计

5 结 语

(1) 通过对环海地区底基层材料试验研究发现，导致液塑限偏高主要原因是由于受到海水侵蚀所造成的。如有类似的工程，建议利用增大粒径为0.425mm到0.075mm之间的颗粒含量，能够有效降低液塑限偏高的措施之一。

(2) 通过现场抽检的试验结果证明，利用B级配替代C级配道路底基层料，在加外掺10%的沙丘沙进行原级配的改良是完全可行的。

(3) 综合分析：此改良方法不仅成本较低，而且碾压效果好，质量有保障，遇到类似的工程值得借鉴。

[1] 卡塔尔施工技术规范.QCS -2002

[2] 公路土工试验规范.JTGE40-2007

[3] 公路基层路面现场测试规程.JTGE60-2008