液粉固化剂在道路中的试用

颜辉，范新库，高伟

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122）

液粉固化剂在道路中的试用

颜辉，范新库，高伟

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122）

国内对道路土壤固化剂的研究尚处于萌芽状态，为了正确指导使用土壤固化剂，必须对固化剂的相关理论体系进行梳理和研究。文章借助实际工程和对比现行的道路规范，对固化剂中的液粉固化剂进行浅层次的探讨。文中初步全面地介绍了固化剂基本属性、作用原理、使用条件、施工方法和类似验收标准；同时，利用工程中具体的试验数据，对成形后的固化土的稳定性等性能进行了初步评价，期望对固化土的研究有所指导和帮助。

土壤固化剂;固化土;稳定性;检验

1 引言

工程建设中道路通畅是基本条件，在道路原材料成本不断地飞涨的今天，新型低价材料的引进和使用，是众多投资者追求的目标。目前，国内合资或者私企从美国引进技术，在国内开拓市场，土壤固化剂就是引进产品之一[1]。它能对现状土的性能进行改善，而且可以缩短工程工期，更可以降低建设成本。但是，洋产品是否会水土不服？1998年版的《固化类路面基层和底基层技术规程》(CJJ/T 80—98)已作废；土壤固化剂品种繁杂，如何选用慎用，值得考究。

本文拟从土壤固化剂的基本属性、作用原理、使用条件、施工作业方法、质量验收这一系统理论体系出发，结合具体实施的工程案例，对其进行全面、系统的评价和论述。

2 固化剂作用原理和基本属性

2.1 作用原理

土壤固化剂[2]主要是利用无机盐对土壤产生物理反应，影响土壤原有的延展结构，使土壤微粒之间产生较强的胶结力，使土壤板结和固化，从而达到改善和提高土壤的技术性能的目的，形成固化土[3]。市场上，各种不同品牌的固化剂的区别主要在于固化剂对土壤产生作用的过程中，添加材料的种类不同或者比例不同。土壤固化剂从属相可分为液粉土壤固化剂和粉状土壤固化剂两类[4]，在使用过程中，可根据需要和当地材质选择是否添加骨料。

2.2 基本属性

《公路沥青路面设计规范》［5］对半刚性基层的定义，“采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层”。固化土用作基层，则属于半刚性基层，且属于悬浮密实型。根据室内试验对骨架密实型（GM）、悬浮密实型（XM）结构型式进行比较，得出骨架密实型综合指标较优于悬浮密实型，尤其是交通量大的公路，更是宜选用骨架密实型级配。《公路路面基层施工技术规范》［6］规定：稳定细粒土只适用于高速公路、一级公路的底基层，二级及二级以下公路的基层、底基层；高速公路、一级公路的基层应选用骨架密实型混合料。这是交通行业根据多年的施工和养护经验得出的结论。因此，固化剂稳定细粒土不宜作为高等级道路的基层材料［7］。

3 固化剂使用范围和条件

3.1 使用范围

从工程上尚主要限于两个方面：一是用作铺设临时道路，改善运输条件（如黏土多、基石少和多水、软弱的地区的路基处理），便于加快施工进程，抢得宝贵的施工工期；二是用作等级不高的道路路基或底基层，这样可以大幅度降低工程造价。比如乡村道路、低等级的城市街道、新疆区域运矿道路。所以，在大范围使用固化土作为高等级道路基层的工程前，难以找到参考的工程经验。如果道路的基层和底基层材料没有很好的稳定性和水稳定性，道路在投入使用后极易出现早期病害。主要表现为基层材料的密实性丧失，从而失去承载力，造成路面沉陷、路面开裂等病害。最后，在车辆荷载和各种自然因素的反复作用下，道路会出现严重沉陷，路面材料剥落等严重病害，从而使道路失去使用功能。如同大家熟知水泥土(含水泥石灰综合稳定土)，因水泥土有三个不利特征[8]：

1）水泥土的干缩系数和干缩应变以及温缩系数都明显大于水泥砂砾和水泥碎石，水泥土容易产生严重的收缩裂缝，并影响沥青面层，使沥青路面增加不少裂缝。

2）水泥土的强度没有充分形成时，如表面水由沥青面层渗入，水泥土基层的表层会发生软化。即使是几毫米厚的软化层也会导致沥青面层龟裂破坏。

3）水泥土的抗冲刷能力明显小于水泥级配集料。一旦表面水由沥青面层的裂缝或由水泥混凝土面板的接缝透入，容易产生冲刷现象。因此禁止用做高级沥青路面的基层。实际上，在水泥混凝土面板下也不宜应用，而只能用做底基层。

同上道理，固化土的使用也会受到限制和约束。

3.2 使用条件

1）材料。与常见的水泥、石灰粉煤灰稳定土等材料相比，固化土的成功使用决定于土的均匀性和单一性。固化剂对土质的要求较高，粒径一般不得大于40mm[9]，有机质含量不宜超过10%，液限大于50%、塑性指数大于26的细粒土不得采用；高液限的黏土须用生石灰或者水泥改性。对于需添加骨料的固化剂，选用级配碎石时，碎石粒径宜在0.5～60mm之间，压碎值≤30%。泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、有机质土及易溶盐超过容许含量的土等，不得直接用作原料。

2）采用人畜饮用水或pH≥6的水。

3）试验。《公路路基施工技术规范》中指出对于“拟采用新技术、新工艺、新材料的路基”应进行试验路段施工，试验“路段长度不宜小于100m”。土壤固化剂属于新技术和新材料的范围，因此，需进行必要的室内试验和现场试验。按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》［10］进行击实试验、无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压模量等检测；并按照规范形成试验报告和试验数据记录表，从而确定适宜的配合比。根据检测结果，确定抗压模量、抗拉强度和劈裂强度等材料参数，然后，进行结构计算确定满足要求的路面结构组成，并根据计算结果确定施工验收的检测指标。

1）路面设计应满足耐久性，并具有良好的排水性。如各作业层面应设2%～4%的排水横坡，层面上不得有积水；投入使用后，必须也做好排水措施。只有这样，才能保证固化土的水稳性。

2）路床顶的指标要求。对路床顶进行整平压实处理，路基强度、压实度、弯沉等各项指标均应满足设计要求，经压实后路床顶各项指标均应满足规范规定。当指标无法满足时，应对路床进行换填、加固处理等应满足《公路路基设计规范》要求。

4 固化土路拌施工方法

固化土施工［11］分路拌和厂拌。路拌设备宜按顺序优选路拌机、翻耕犁、铧犁、旋耕机。厂拌设备宜按顺序优选强力搅拌机、装载机、挖掘机。因路拌法操作简单、施工方便、效率较高，因此，下面对路拌法下的液粉固化剂使用做重点阐述（厂拌类同相关规范）。

4.1 无骨料类液粉固化剂施工重点

这里重点讲述水泥、固化剂的掺加与拌合环节。

1）掺加水泥

根据固化处理层的宽度、厚度及预定的干密度、水泥剂量，计算出每袋水泥的纵横间距，在固化层上安放标记。根据纵横间距划出方格，在每方格内将一袋水泥卸在指定位置，检查有无遗漏和多余。用铁锨将水泥均匀摊开，并注意使每袋水泥的摊铺面积相等，水泥摊铺完后，表面应没有空白位置，也没有水泥过分集中地点。

1.通过激励，可以充分发挥职工自身的工作积极性。如果职工都在一种激励的工作环境中，那么就可以发挥出职工饱满的工作热情和对工作的投入，这是国有林场开展人力资源管理最佳状态。

2）初拌，使水泥与摊铺的灰土拌合均匀，推土机排压。现场摊铺的灰土，指标必须与室内试验保持一致。

3）掺加土壤固化剂

首先，测定混合料的含水量，将土壤固化剂按“最佳含水量-实际含水量=实际掺入量”计算需掺入灰土中的水量，用水灌按比例稀释，注意，应将固化剂加入水罐中，采用压力式洒水车或喷灌式洒水车均匀喷洒在排压后的表面撒有水泥的混合料土层上。其次，喷洒土壤固化剂水溶液时，喷洒应均匀，不遗漏，中途不停车，应防止喷洒量过大。再者，不要直接在土壤中加入浓缩液，应根据不同性质的固化土配取不同体积比用水稀释后的浓缩液。稀释浓缩液时应将浓缩液加入水中，不要把水加入到浓缩液中。

4）固化土拌和机拌合

固化土拌和机应紧跟洒水车后进行拌合。根据固化处理层厚度的要求，应确定拌合深度，由两侧向中心，并略破坏下层表面，其深度宜为1cm，两层之间不得留有未掺拌的“素土”夹层。每次拌合应有重叠和翻透，并不得漏拌，且固化类混合料和颜色应一致，拌合应不少于两遍或粒径达到要求为止。务必保证拌合均匀、充分。

4.2 含骨料类液粉固化剂施工重点

1）机械两次拌和应有重叠，不使漏拌。每个拌和工序段后要达到土色均匀一致。务必保证拌合均匀、充分。

2）干拌和充分后，再湿拌和。路拌法的最小水用量为处理料干重的1%。

3）湿拌和过程中应随时注意检测含水量，确保碾压时的湿度符合要求。采用加石灰的方法收干水分时，应在塑性指数允许的范围内。

4）拌和应控制深度，不得漏拌和破坏下层。基层和底基层施工时，底基层应拉毛，深度以1cm为宜。基层和底基层间不得留有未拌和的素土夹层。

5 固化土质量验收

目前，国内道路设计采用弹性层状体系理论，路面结构或混合料的设计应考虑在计算厚度时应考虑路面材料、路基的回弹模量在一年的季节变化中处于强度最低的状态为最不利。若固化土要作为道路结构层的一部分，尤其是基层，必须按照以上设计原则进行回弹模量设计。再一个就是结构层组合问题。根据弹性理论分析，路面结构厚度与层间模量比有密切关系，故对半刚性基层（固化土属于半刚性）提出适当控制层间模量比的要求。从理论上分析，宜尽量使半刚性基层与上部结构层结合形成连续体系，减小上下层间模量比。所以，在使用固化土做基层时，上部面层的材料选取不宜与固化土回弹模量比值较大，降低层间滑移的风险。大范围推广前，建议可操作的办法就是选取道路试验段进行固化剂使用试验[12]，通过大量的试验数据比对分析，比较传统设计下道路性能指标和固化剂试验段道路的性能指标，当弯沉、回弹模量、水稳、强度等重要指标相差不大时，经专家论证认可后可尝试性进行推广；若指标结果差别较大，必须思考如何改进再投放使用，或者降低和减小使用范围。

6 工程试验

在南方某新建大型钢厂内选取试验段道路进行试验，共分三节试验段进行，即半固化土试验段、全水稳试验段、全固化土试验段。试验室约1年时间，最终确定三组配合比用于现场试验段施工，即：水泥固化土（水泥：固化土=5:95）；水泥稳定碎石（水泥∶碎石∶石屑=5:65:30）；水泥石灰稳定砾石土（水泥∶石灰∶砾石∶土=5:3:25:67）。下面只摘取几个代表性试验。

1）原材料试验（见表1）

表1 原材料试验

试验目的：在自然界中，土壤的颗粒组成、矿物成分（尤其是氯离子）、化学成分、形成条件等有很大的差异，导致固化剂土的使用性能存在很大不确定性。针对当地两种土质，在水泥参量不同、固化剂参量相同情况下的几种配合比进行了原材料试验。

从试验结果中获得不同固化土及不同龄期的强度及增长值指标：从结果看出，砂性固化土的强度与增长比值明显优于褐红色固化土，经多方确定，使用砂性土作为本次试验段的施工用土。

无侧限抗压强度及水稳定性试验（见表2）

表2 无侧限抗压强度及水稳定性试验［13］

试验目的：不同结构组合下，分析不同龄期的无侧限抗压强度及水稳性。

通过试验结果，可以得出以下结果：

（1）水泥：固化土=5：95的情况下，水稳性随龄期增长最大，可达到10.7%；水泥石灰稳定砾石土居中，达5.5%，水泥稳定碎石较小，约3%。

（2）固化土在不饱水的条件下，强度高于饱水条件下；随龄期增长，强度略有增长。

（3）传统的水泥石灰稳定砾石土和水泥稳定碎石在饱水条件下，强度高于不饱水条件下；随龄期增长，强度略有增长。

表3 试验段弯沉试验

试验目的：试验段不同结构组合下，通过路面上基层的弯沉试验，找出异同点。结果如下：

（1）全水稳上基层的弯沉值最小，全固化土上基层弯沉值最大，半固化土居中。

（2）随着养生龄期的增加，三种结构都趋于稳定，弯沉都逐渐减小，表示发育良好。

通过试验指标，结合现场实际工程情况，选取最适合现场施工的路面结构层组合方式，最终以“20cm水泥稳定碎石+30cm固化土”替代了“30cm水泥稳定碎石+20cm水泥石灰砂砾土”。

7 价格优势

固化土使用，主料以土为主，辅以固化剂。因此，节约了商品料的成本，而不需要级配的商品料，价格优势显而易见。

图1 固化土与传统道路结构的价格比

如图1所示，该液粉固化土价格无论怎样波动，每平米的造价均在传统道路价格下方，随着时代进步的今天，其价格优势更是显著。但是，投资者在考虑价格的同时，务必将工程质量放在第一位。

8 结语

1）道路的传统水稳结构从总体性能上，超过固化土；并在水稳定性上，明显优于固化土；特别是高等级道路上，传统水稳结构的地位至今不可动摇；

2）固化土能改善施工条件，快捷作业、强度、价格优势，优于传统水稳结构；

3）固化土的投用，务必做足试验分析；大面积施工作业时，拌合的火侯是施工成败的核心环节；

4）道路工程的性质决定道路结构型式的选择。

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【5】JTGD50—2006公路沥青路面设计规范[S].

【6】JTJ034—2000公路路面基层施工技术规范[S].

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【8】CJJ/T 80—98固化类路面基层和底基层技术规程[S].

【9】JTGF10—2006公路路基施工技术规范[S].

【10】JTGE51—2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

【11】湖南省交通科学研究院.生物酶土壤固化筑路技术设计与施工指南[Z].长沙:湖南省科技厅,2009.

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【13】JTGE40—2007公路土工试验规程[S].

Test of Liquid and Powder StabilizerApplicated in Road

YAN Hui，FAM Xin-ku，GAO Wei
(CISDI，Chongqing 401122，China)

Domestic road soilstabilizerof the research isstillinanembryonic state,inorder to properlyguide theuseofsoil stabilizer,it mustsortouttherelevanttheoryand researchsystem.Thepaperascomparedw ith theactualprojectand theexisting roadstandard,liquidand powder stabilizer superficial discussion.The article describes the initial comprehensive basic properties of stabilizer,the role of principles, conditions of use,construction methods and sim ilar acceptance criteria;the same time,by using of project specific test data to become a prelim inary evaluation of the stability and other properties after form ing the solidified soil,hoping to provide some guidance and help of solidifiedsoilresearch.

soilstabilizer;solidifiedsoil;stability;test

U414

A

1007-9467（2016）08-0094-04

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.022

2016-03-16

颜辉（1982～），男，重庆人，工程师，从事咨询、规划、运输类研究，（电子信箱）109742824@qq.com。