摘 要：系統(tǒng)地闡述了公路基層在石灰土無法滿足強(qiáng)度要求的條件下，加入了水泥后形成綜合穩(wěn)定土的情況。由于水泥與土壤中的水發(fā)生水化反應(yīng)，使綜合穩(wěn)定土的密度和強(qiáng)度發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的改變?？偨Y(jié)了綜合穩(wěn)定土產(chǎn)生的原因、使用條件、工藝原理和施工原則，對(duì)其日后的使用有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：公路基層；穩(wěn)定土；密度；強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：U412.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.115

一般情況下，普通公路路基施工的基層或底基層選用石灰和土拌和，形成能夠滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的石灰穩(wěn)定土。但是，當(dāng)土質(zhì)的塑性指數(shù)比較低時(shí)，石灰土很難達(dá)到強(qiáng)度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。晏高公路工程是一條連接兩縣之間的二級(jí)公路，在施工過程中，經(jīng)過試驗(yàn)研究，采用關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研發(fā)出了綜合穩(wěn)定土施工領(lǐng)先技術(shù)。采用石灰、水泥2種材料拌和而成的穩(wěn)定土后，水泥穩(wěn)定劑會(huì)與土中的水發(fā)生水化反應(yīng)，逐漸形成凝聚網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水化作用繼續(xù)進(jìn)行，就形成了三向的結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)開始形成強(qiáng)度，并不可逆。它的出現(xiàn)對(duì)施工工藝和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有重要的影響。因此，本文結(jié)合筆者的試驗(yàn)研究，簡要論證了這種工藝產(chǎn)生的原因、使用條件、試驗(yàn)原理、施工工藝和檢測(cè)方式等，以推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

1 產(chǎn)生原因和使用條件

在我國，將石灰穩(wěn)定土用作路基基層、底基層。這種技術(shù)被廣泛使用的原因是，材料容易獲取，價(jià)格較低，工藝簡單，使用時(shí)間較長，施工經(jīng)驗(yàn)豐富。機(jī)械設(shè)備完善?，F(xiàn)代公路的建設(shè)標(biāo)志之一就是可以根據(jù)公路等級(jí)預(yù)測(cè)交通流量，并為公路基層設(shè)計(jì)了強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)——不同位置的承壓層設(shè)計(jì)的強(qiáng)度值也是不同的。晏高公路地處山東濟(jì)南以北地區(qū)，屬黃河沖積平原區(qū)，土質(zhì)多為低液限粉土，塑性指數(shù)Ip處于6～14之間，變化幅度比較大。公路底基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.5 MPa，基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.8 MPa。采用不同比例的石灰穩(wěn)定土?xí)r，能夠滿足底基層的設(shè)計(jì)強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)，而土質(zhì)的塑性指數(shù)Ip在10以上的也滿足基層的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。但是，在DK37+200～DK48+800取土場(chǎng)，取土場(chǎng)土的塑性指數(shù)Ip僅為6.8.使用石灰穩(wěn)定土的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，使用任何劑量的石灰都不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)的要求。因此，在施工時(shí)，需要做出相應(yīng)的改變。在原理上，采用的對(duì)策主要有以下3點(diǎn)：①提高穩(wěn)定用石灰的質(zhì)量。在施工過程中，可以提高石灰中的有效成分CaO的含量。但是，由于石灰都產(chǎn)于濟(jì)南市郊的山區(qū)，石灰的生產(chǎn)規(guī)模比較小，提高CaO的含量是有困難的。②更換土場(chǎng)。多次試驗(yàn)結(jié)果表明，一般情況下，相同的石灰劑量，塑性指數(shù)越高，穩(wěn)定土的強(qiáng)度越高。因此，如果能夠更換塑性指數(shù)比較高的土場(chǎng)，就能夠較好地滿足強(qiáng)度指標(biāo)的要求。但是，由于該公路工程地處黃河沖積平原，附近經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)的土場(chǎng)的土性基本一致，更換土場(chǎng)是很困難的。③改變或添加穩(wěn)定劑。

2 綜合穩(wěn)定土使用原理和工藝試驗(yàn)

石灰穩(wěn)定土具有一定的強(qiáng)度是因?yàn)槭蚁夂?，溶液中的鈣離子（Ca++）取代土粒表面一價(jià)鈉、鉀離子（Na+、K+），使土顆粒的結(jié)合水膜變薄而聚結(jié)成集粒，增大石灰土的內(nèi)摩阻力。石灰土經(jīng)過壓實(shí)操作，黏土顆粒表面的少量活性氧化硅（SiO2）和氧化鋁（AI2O3）與（Ca（OH）2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶性含水硅酸鈣和含水鋁酸鈣，將黏土顆粒黏結(jié)起來，有效改善了石灰土的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。由試驗(yàn)結(jié)果可知，石灰土中的石灰含量與土的塑性指數(shù)、強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可知，塑性指數(shù)越高，穩(wěn)定土的強(qiáng)度越高；塑性指數(shù)越低，與氧化鈣反應(yīng)的鈉、鉀離子減少，石灰材料富余，強(qiáng)度也越低。

3 石灰劑量與水泥劑量的選擇原則

選擇綜合穩(wěn)定土?xí)r，應(yīng)先進(jìn)行不同劑量的石灰穩(wěn)定土試驗(yàn)，而單獨(dú)使用石灰穩(wěn)定土已不能滿足強(qiáng)度指標(biāo)的要求。選擇最大強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的劑量設(shè)計(jì)為綜合穩(wěn)定土的使用摻量。在此次施工過程中，結(jié)合圖1所示的試驗(yàn)結(jié)果，綜合穩(wěn)定土采用14%的石灰摻量。

從圖1所示的試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，14%的石灰穩(wěn)定土在強(qiáng)度上最接近設(shè)計(jì)強(qiáng)度?？紤]添加2%，3%，4%的水泥摻量進(jìn)行試驗(yàn)。舍去1%摻量是考慮摻量太少，難以保證施工的均勻性；5%摻量及以上不予考慮則是從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)作出的選擇。

采用與石灰穩(wěn)定土相同的試驗(yàn)步驟進(jìn)行最大密度和強(qiáng)度試驗(yàn)。水泥不進(jìn)行悶料準(zhǔn)備，在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)工作開始前，要加入石灰穩(wěn)定土進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由于最大密度的試驗(yàn)允許誤差為0.02 g/cm3，所以，可以認(rèn)為添加的水泥劑量對(duì)最大密度的影響在誤差范圍內(nèi)。這樣，就可以使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)密度，以便于對(duì)比。

由于水泥的摻量比較小，所以，采用了3%的水泥摻量，在小范圍內(nèi)進(jìn)行了施工試驗(yàn)。試驗(yàn)按照計(jì)算出的面積用石灰撒出布料的灰線，然后在劃好的方格內(nèi)布置一袋與試驗(yàn)相同的礦渣硅酸鹽水泥，并在劃定范圍內(nèi)攤鋪均勻、拌和、碾壓，在施工結(jié)束后立刻記錄施工時(shí)間，并檢測(cè)壓實(shí)度。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3中的數(shù)據(jù)說明，加入水泥后，水泥與石灰土中的水發(fā)生了水化反應(yīng)，改變了土的結(jié)構(gòu)。隨著時(shí)間的延時(shí)，對(duì)最大密度產(chǎn)生了一定的影響。

為了掌握水泥水化反應(yīng)的影響規(guī)律，拌和了水泥與灰土后，進(jìn)行了不同時(shí)間的密度、強(qiáng)度試驗(yàn)。設(shè)計(jì)在摻入水泥后即刻試驗(yàn)，并在摻入水泥后的6 h、8 h、10 h、12 h進(jìn)行試驗(yàn)，以檢驗(yàn)水泥中摻入其他物質(zhì)后，發(fā)生水化反應(yīng)對(duì)穩(wěn)定土密度和強(qiáng)度的影響。具體的試驗(yàn)結(jié)果如表4、表5所示。

根據(jù)每個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度，按照公式計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果：

式（1）中：Rd為設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度；Za為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表中隨機(jī)保證率而變的系數(shù)，這里保證率取95%，Za=1.645；Cv為試驗(yàn)結(jié)果的偏差系數(shù)。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到，在綜合穩(wěn)定土中摻入水泥，其最大密度和強(qiáng)度是隨時(shí)間的變化而變化的。因此，在施工過程中，必須先確定一個(gè)施工區(qū)段的完成時(shí)間，然后，根據(jù)延時(shí)試驗(yàn)結(jié)果確定一段時(shí)間的最大密度和與之對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。

在此次試驗(yàn)中，2%的水泥摻量不能滿足95%保證率的強(qiáng)度條件；3%及以上的水泥摻量在12 h及以下滿足強(qiáng)度條件的要求。

根據(jù)實(shí)際的施工時(shí)間和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，確定以6 h施工時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，最大密實(shí)為1.64 g/cm3。與之對(duì)應(yīng)的具有95%保證率的強(qiáng)度為摻量3%的水泥綜合穩(wěn)定土，其強(qiáng)度為1.02 MPa，能夠滿足具有95%保證率的強(qiáng)度條件。

4 結(jié)束語

將塑性指數(shù)比較低的石灰土用于路基基層中，當(dāng)強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí)，需要添加穩(wěn)定劑來提高穩(wěn)定土的強(qiáng)度。

由于水泥會(huì)與石灰土中的水發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生凝聚網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，就會(huì)改變石灰土的原有結(jié)構(gòu)，影響最大密度和強(qiáng)度。因此，需要通過試驗(yàn)得到時(shí)間、最大密度、強(qiáng)度這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

根據(jù)施工完成時(shí)間確定與之相應(yīng)的最大密度和強(qiáng)度，這是綜合穩(wěn)定土質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

確定了質(zhì)量控制參數(shù)后，在施工過程中，要嚴(yán)格按照試驗(yàn)時(shí)間施工。另外，施工長度不得隨意加長或縮短。

不同的施工時(shí)間對(duì)應(yīng)不同的密度和強(qiáng)度，施工時(shí)需要分別對(duì)待。延長施工時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)密度會(huì)大于實(shí)際密度，壓實(shí)度達(dá)不到要求；縮短施工時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)密度會(huì)小于實(shí)際密度，壓實(shí)度與實(shí)際情況不符。只有將標(biāo)準(zhǔn)與施工過程結(jié)合起來，才能更好地把握工程施工質(zhì)量。

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作者簡介：申立剛（1965—），男，山西太原人，高級(jí)工程師，1986年畢業(yè)于上海鐵道學(xué)院鐵道工程專業(yè)（本科）。

〔編輯：白潔〕