废弃砂质粉土在路基工程中的应用

邓杨杨 钱赟

1. 杭州市城乡建设设计院股份有限公司 浙江 杭州 310000；

2. 杭州市城东新城建设投资有限公司 浙江 杭州 310000

引言

本文将基于室内实验研究城东新城范围内的废弃砂质粉土经过处理后[1]，作为路床填料的应用方案。研究成果为后续现场实验打好理论基础，并缩小现场实验的实验范围，提高研究效率。实验主体为固化剂B。其他外掺剂辅料为水泥、石灰、粉质黏土。实验过程将对这几种材料与原土混合后，经过不同掺量试件的交叉对比，寻找出满足实验指标、工程经济性最佳的配合比，同时进行经济性分析。

1 实验材料和方法

1.1 主要实验材料

1.1.1 原土：选自杭州市城东新城某工地开挖出的砂质粉土。经筛选处理后所得。土质分析如下表所示：

表1 原土土质分析表

1.1.2 固化剂B：某有机土壤固化剂，为液态。这类固化剂加入到土壤中，会产生化学聚合反应而生成大的有机分子链，并胶结土壤颗粒。大的有机分子交换到黏土分子的表面后，会产生屏蔽作用，减少土壤中的吸附水，增加固化土的抗渗透性，从而提高土的工程性质[2]。该固化剂在杭州市某道路工程（代号”道路D”）中有所应用。

1.1.3 水泥：普通42.5级硅酸盐水泥。

1.1.4 石灰：钙镁含量为60%～65%的石灰。

1.1.5 粉质黏土：杭州某工地开挖废弃土经筛选后所得，黏粒含量约为10%～20%。

1.1.6 水：杭州地区的自来水。

1.2 实验方法

1.2.1 主控指标。根据规范要求，路床的设计主控指标为压实度、弯沉、回弹模量、填料CBR值。但以上指标在实验室环境与现场环境中的测量结果差别较大。建议作为后续现场实验的复核检验指标。根据工程经验，实验室环境中的7d无无侧限抗压强度与上述指标存在较强的关联性。因此，室内实验主控指标采用：“7d无无侧限抗压强度”。用于锁定最佳配合比范围。后续现场实验在室内实验成果的基础上再进行探索。

现行固化土各相关规范中对于固化土作为路床填料使用时，7d无无侧限抗压强度要求不明确，经咨询相关专家意见，参考泡沫混凝土相关规范[3]设计指标，作为路床填筑时，7d无无侧限抗压强度≥1.0Mpa。

1.2.2 实验流程。

1.2.2.1 固化剂B的最佳配合比实验。

a.实验混合料原材料的选择。固化剂B，使用时需采用水泥及石灰作为辅料。根据固化剂B的产品说明，砂质粉土中加入黏粒对其固化强度的提升大有裨益。故，该实验混合料中的原料为：固化剂B、粉质黏土、水泥、石灰。b.寻找最佳配合比。采用原材料比例不同的实验混合料制备试件。按照规范养护后，测定其7d无侧限抗压强度。在指标达标的前提下，选择造价最省的组合。

1.2.2.2 混合料C的最佳配合比实验。混合料C的组成为：实验1中的外掺剂组合，即粉质黏土、水泥、石灰。根据屠晨阳[4]的研究，以上3种材料在一定程度上对砂质粉土的固化强度有提升作用。故本实验不仅可以作为实验1的对照组实验，也可以作为独立的配合比探索实验。

2 实验结果与分析

实验的初始配合比根据工程经验设定，暂定为水泥（3%），石灰（3%），固化剂B（0.3L/m3），水泥、石灰的含量以1%的步差递增。固化剂B的含量以0.1L/m3递增，各实验小组配合比则在此基础上进行调整。混合料C配合比设计同步进行。对实验组进行筛选，除去体积安定性不良、凝结时间不达标的组别，实验结果汇总如下：

表2 实验结果汇总表

2.1 实验结论

2.1.1 粉质黏土对提高固化土7d无侧限抗压强度具有重要作用。不添加粉质黏土的大部分实验组都无法达到主控指标的要求。但持续提高粉质黏土含量（超过40%后）对强度提升作用不明显。虽然建议黏土添加量达到60%，各组主控指标基本都合格。但出于造价方面的考虑，粉质黏土添加量不超过40%。

2.1.2 当水泥含量超过4%后继续增加水泥含量不仅会提高工程造价，也会提高固化土开裂的风险。

2.1.3 根据上文分析在本实验条下，固化剂的添加对强度提升的作用性价比不高。

2.1.4 从主控指标对比来看，第15组在主控指标达标的情况下，所消耗的固化剂及辅料最少。因此，第15组，即水泥：石灰：原土：粉质黏土=4∶0∶76.8∶19.2，为最佳配合比组合。为方便叙述，将以上水泥、原土、粉质黏土混合物称为三合固化土。在本实验条件下，实验结果证明在城东新城范围内路床填筑，使用三合固化土性价比更高。

3 经济性分析

3.1 塘渣填筑路床的经济性分析

以下分析单价采用杭州市2021年10月信息价。塘渣的价格为：110元/m3，渣土消纳处置的价格为130元/m3。道路暂按填方量＜挖方量计算。三合固化土的价格为：120元/m3。

该区目前常用的路基填料主要为塘渣，塘渣填筑路床的价格为110+130=240元/m3。

3.2 三合固化土填筑路床的经济性分析

3.2.1 厂拌法施工。厂拌法即在区域内部设置 “渣土银行”的类似机构，即可存储区域内部的开挖弃土，再对弃土进行筛选、拌合加工成为三合固化土供区域内部工程使用。

由于渣土银行距离较传统的消纳场地而言距离较近，渣土消纳处置的价格暂按110元/m3计算。故厂拌法三合土填筑路床的实际价格为110+120=230元/m3。

厂拌法施工的三合固化土填筑主要经济效益体现在渣土银行。从单个工程的造价角度来讲，与塘渣的造价相比优势不明显。但渣土银行从收取渣土到三合固化土加工均可以盈利。对于有条件设置渣土银行时，采用厂拌法整体经济效益更强。同时，施工质量也更有保障。

3.2.2 路拌法施工。路拌法施工即在工程场地周边设置简易筛选拌合设备，可利用的渣土无须外运，原地加工后即可回填。外购粉质黏土量为20%。则弃土有80%可以利用，20%需要外运。路拌法三合土填筑路床的价格为120+130×0.2=146元/m3。路拌法三合固化土填筑较塘渣填筑而言，从工程本身角度，造价节省较多。但对施工工艺及工序安排要求较高。

4 小结

本文主要切入点为废弃砂质粉土固化进行路床填筑。选择固化剂B、混合料C作为实验对象进行室内土工实验，寻求满足设计指标的最佳配合方案。实验成果可作为下阶段现场实验的理论基础。通过对实验结果的分析，主要结论如下：

粉质黏土对提高固化土7d无侧限抗压强度具有重要作用。但持续提高粉质黏土含量对强度提升作用不明显。建议粉质黏土添加量不超过40%。

在本次实验条件下，固化剂B对路基填料7d无侧限抗压强度的提升作用不明显。考虑到造价因素，普通项目使用性价比不高。

根据实验结果，在考虑7d无侧限抗压强度为主控指标的情况下，性价比最高的最佳配合比设计为水泥：石灰：原土：粉质黏土=4∶0∶76.8∶19.2，即土壤比例为原土：粉质黏土=80∶20，再添加4%的水泥。

由于实验是在预设压实度97%的条件下进行，且室内实验无论从指标还是操作规范来说都较为严格，建议下阶段现场实验以本结论为基础，在水泥和粉质黏土含量都可适当下浮，进一步探索最具性价比的配合比组合。

厂拌法施工三合固化土经济效益主要体现在渣土银行带来的次生效益。从单个工程预算的角度来讲，造价优势不明显。但厂拌法质量更可靠，总体经济效益更高。路拌法，从单个工程预算的角度来讲，造价优势明显，但对施工工艺及工序安排要求较高，质量不易保证。

5 不足与展望

本文进行了7d无侧限抗压强度实验。弯沉、回弹模量、填料CBR实验、裂缝观察等将在后续现场实验中进行。后续实验将在本文提出的最佳配合比上进行进一步探索与修正。

固化剂B虽然对于城东新城常规工程的路床来讲性价比不高，但根据杭州市道路D的经验，固化土代替基层使用时，经济性要由于代替塘渣路床时。尤其是其出色的早强性能在应用于应急抢修工程时优势明显。对比常用应急抢修材料经济性优势明显，常用的基层应急修补材料沥青黑碎石综合单价为1040元/m3，C30混凝土综合单价为940元/m3，作为基层使用的新型固化土综合单价为380元/m3（道路D），水泥稳定碎石（5%）综合单价为370元/m3。由以上数据可知，在作为应急材料使用时，新型固化土造价优势明显。建议后续现场实验进行进一步研究。

6 结束语

根据经济性分析，新型固化土成本偏高的一个重要原因为需加入粉质黏土，且该土黏粒含量不高。若能建立足够大的渣土银行，可吸收周边区域黏粒含量更高的优质黏土，则新型固化土的整体成本可进一步降低。在此条件下，可能可衍生出新的建设模式及运营模式，可作为新的研究方向。