抗疏力固化土工程特性及其在黄土路基稳定层中的应用

刘万锋 杨永东 张斌伟（陇东学院土木工程学院，甘肃 庆阳 745000）

1 前言

庆阳市属湿陷性黄土区，公路和城市道路遇水均会塌陷变形，道路、街道因边沟水毁、表面水渗等原因容易毁坏，持续完好时间均在两、三年左右，维修费用居高不下，这是长期困扰公路和城市道路建设的主要症结。因此如何更好的研究湿陷性黄土的工程性质，探索处理湿陷性黄土地基就显得十分重要。为了改善湿陷性黄土的物理力学性质以适应工程技术要求，国内外兴起了研究、使用土壤固化剂的热潮。吕况等（2005）通过EWEC固化土作浅层地基成功实例，结合传统灰土地基的概念，探索和证明了EWEC固化土基础可替代传统粘土刚性基础[1]；侯浩波等（2006）通过室内试验和对工程的应用，分析探讨了HAS土壤固化剂的适用性[2]；付晓敦等（2009）对路邦EN-1型土壤固化剂固化土的工程性质进行了试验研究，证明其可以显著降低路基弯沉、提高路基回弹模量、提高路基密实度，增强路基的承载能力，并显著改善路基的水稳性[3]。这些研究，都说明了固化剂正在被越来越多的应用于对软弱土的加固方面。抗疏力固化剂为瑞士产品，是一种新型的筑路材料，按物理形态分液体母料（C444）和固体母料（SD）两种。

本文以庆阳市道路工程设计为例，讨论抗疏力固化剂在湿陷性黄土地区公路工程的应用，以期为抗疏力技术在该地区的进一步推广应用奠定基础。

2 抗疏力固化剂固化土壤的原理

抗疏力固化剂固化土壤的原理是：利用抗疏力固化剂破坏土壤水膜使其分离，降低土壤微粒的界面活性，利用空气负压和土壤内部的自身结合力使其重新组合，产生不可逆转的凝聚力，阻塞土壤的毛细吸水，使其免遭水患，达到长期稳固土壤的目的。经抗疏力技术处理过的土壤，因土壤中的空气大大减少，使土壤密实度增加，从而提高了土壤的承载力，它的憎水性有效阻止毛细水的渗透，因水不能渗透，在外力的作用下使土壤的石化过程加快。所以稳固土壤，提高土壤的承载力，阻止水的渗透，加快土壤的石化过程，逐步实现永久石化是抗疏力技术的核心。

抗疏力产品是化工产品，但是该产品不与土壤发生化学反应，它仅仅会改变土壤的物理性能。所以该产品具有环保型。

3 抗疏力固化土的工程特性

3.1 试验方法

3.1.1 试验制备

参考《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034－2000）中石灰稳定土的混合料组成设计方法以及抗疏力土壤添加剂（C444和SD）生产厂家所提供的合理掺量范围，最终从技术、经济角度考虑，拟定水剂C444掺量（L/m3）：0.5、0.75、1，以及粉剂SD掺量（kg/m3）：10、15、20，进行配合比组合设计。本试验制作抗疏力工程土试件6组，组号分别为A、B、C、D、E、F，A组和B组为相同配合比（粉剂SD=1%，水剂0.5‰），C组和D组为相同配合比（粉剂SD=1.5%，水剂0.75‰），E组和F组（粉剂SD=2%，水剂1‰），试件养护温度≤5℃；压实度98%。抗疏力工程土由土壤、砂石、砾石和抗疏力材料组成，土壤、砂石、砾石的重量比为1/3。

表1 击实及无侧限抗压强度试验结果

3.1.2 试验内容

试验包括两个内容，包括击实试验和无侧限抗压强度试验。击实试验依据JTG-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定进行。通过击实试验，可以得到抗疏力固化土的最大干密度和最优含水量。然后，根据击实试验所得的相应抗疏力固化土的最大干密度和最佳含水量，依据JTG-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》采用静压法制备无侧限抗压强度试验试件，各组抗疏力工程土的压实度均按98%计算。试件尺寸为15cm×15cm圆柱体，每组13个。A组、C组、E组试件自然养护(即脱模后直接放置在养护架上，室内温度8℃)7天，直接进行无侧限抗压强度试验，B组、D组、F组试件自然养护6天，浸水24h，进行无侧限抗压强度试验。

3.1.3 试验结论

根据两种不同抗疏力土壤添加剂的不同掺量组合分别做室内击实试验，得到相应混合料的最大干密度和最佳含水率。试验结果统计如表1。

表1表明，随着抗疏力添加剂掺量的增大，固化土的无侧限抗压强度、最大含水量总的来说呈现上升趋势，而最大干密度呈下降趋势。但通过对我们试验所选的掺剂量所形成的抗疏力固化土的无侧限抗压强度、最大含水量、最大干密度进行相关性统计分析结果表明，试验结果没有显著的差异。因此，可以认为抗疏力添加剂的掺加量：掺量粉剂SD可以按1%-2%掺配、水剂C444按0.5‰-1‰掺配。从经济角度考虑，为了尽可能降低工程成本，抗疏力土壤添加剂的掺量一般情况水剂C444以0.8 L/m3、粉剂 SD以20 kg/m3为宜[4-5]。这个结论与我们所选的范围是一致的。

无侧限抗压强度试验结果还表明，在所选定掺配剂量所形成的抗疏力固化土在自然养护条件下，无侧限抗压强度均不小于0.6MPa。而在标准养护条件下明显降低，说明标准养护下的潮湿环境对其强度有明显的影响。水的侵入会显著降低固化土的强度，在设计施工时，必须严格控制周围含水量。

4 弯沉值对道路工程施工的重要性

路基弯沉值的大小对路基的整体强度及承载能力起着很大的作用。弯沉(deflection)是指路基或路面表面在规定标准车的荷载作用下轮隙位置产生的总垂直变形值(总弯沉)或垂直回弹变形值(回弹弯沉)，以0.01mm为单位。弯沉是表征公路路基路面整体强度的重要参数。弯沉检测是路面承载能力分析的基础，路面使用性能评价的重要组成部分，它不仅对工程质量的控制和检验至关重要，而且决定着路面养护决策科学化水平和可信度，直接影响养护资金的分配和旧路改造设计的合理性[6-7]。

5 工程应用

抗疏力固化土主要是运用于道路稳定层，起到强化基础、降薄面层的作用，所以，设计也主要是稳定层和面层厚度的设计。采用的办法主要依据传统技术设计厚度降1/3左右确定厚度，即原设计稳定层30公分白灰砂砾石，20公分水泥砂砾石，7公分沥青混凝土面层，用抗疏力固化土就确定30公分稳定层，5公分沥青混凝土面层。

2010年，我们运用抗疏力技术先后设计并完成了庆阳市西峰区南四—II路工程稳定层、真宁一路底基层、东环路非机动车道稳定层、中国石油庆阳石化公司门前道路的铺设等工作。经过技术部门检测，各项工程均满足技术要求。在这些道路的设计和施工过程中，抗疏力技术道路的路基、排水沟处理、骨料、粘土的要求，路拱、标高、坡度等整个施工程序都和传统技术一样，其质量检验按国家标准验收。我们比较了南四—II路和南四—I路的弯沉值。南四—I路有传统技术修建。当公路竣工后，竣工后南四—II路沥青面层测弯沉27.7（1/100mm），设计标准值为35.6（1/100mm）。而同时竣工的南四—I路传统技术修的沥青面层测试弯沉值为31（1/100mm），二者都满足施工要求，且抗疏力设计的道路的弯沉值测试高出设计标准5～8个点，而且抗疏力道路比传统道路的弯沉值降低12%。此外，南四—II路抗疏力稳定层施工后第15天测弯沉值达53.8（1/100mm），时隔17天后第二次测弯沉值为43.3（1/100mm），设计标准值为48.6（1/100mm）。80-90天的南四—II路沥青面层测弯沉值为27.7（1/100mm），说明随着时间的推移其抗压强度越来越高。所有这些结果都说明了抗疏力技术在该地区具有良好的应用前景。

6 结 语

在工程推广应用过程中对抗疏力工程土的特性及其应用进行研究，得到了如下的认识：

1）抗疏力工程土作为稳定层材料，抗疏力添加剂的掺加量：掺量粉剂SD按1%-2%掺配、水剂C444按0.5‰-1‰掺配。一般情况下按水剂C444以0.8L/m3、粉剂SD以20 kg/m3为宜。

2）以抗疏力固化土作为稳定层材料，要严格控制集料的级配，含水量、掺加剂的剂量。压实要在最佳含水量时进行，压实度不小于98%，不需要养生。

3）现场的试验结果分析结果表明，抗疏力固化土做的道路稳定层的承载力较高，其弯沉值与传统工艺相比降低12%左右。

4）抗疏力固化土做的路面基层承载力较高且防水、防冻，保证了道路的长期稳定，而且在施工中可适当减薄稳定层和面层的厚度，能降低道路的造价。

[1]吕况,吕广辉,李玉萍. EWEC固化土在房屋基础工程中的应用[J].河南理工大学学报,2005(8):318～320

[2]侯浩波,张大捷,梁静. HAS土壤固化剂固化土料的特性及工程应用[J].工业建筑,2006,36(7):32～34

[3]付晓敦,冯炜,王新岐. 路邦土壤固化剂固化土的工程性质试验[J].中国市政工程,2009(12):10～12

[4]李琦,何兆益,冷艳玲. 抗疏力固化土的室内击实试验研究[J].道路工程,2008(6):36～38

[5]刘俊,吴志华,凌天清. 抗疏力土壤固化剂针对重庆地区道路路面基层的应用研究[J]. 城市道桥与防洪,2011(2):83～88

[6]贾勇. 浅析降低路基弯沉值的控制措施[J].北方交通,2012(3):50～52

[7]张倩,马娟,郭平. 压实度与弯沉指标的相关性研究及施工检验弯沉值的确定[J].兰州交通大学学报,2011,30(6):6～9