楊富民，孫成曉，何軍利，李 晨，閆俊潔

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.北京鐵科首鋼軌道技術(shù)股份有限公司，北京 102206)

1 工程概況

新建鄭州至萬州鐵路河南段站前工程ZWZQ-3標(biāo)段一分部起訖里程為DK89+970—DK98+956.29，線路長度8.986 km。設(shè)計(jì)孝山隧道西側(cè)鋪設(shè)臨時(shí)道路，臨時(shí)道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為40 cm煤矸石+20 cm級(jí)配碎石，后期由于煤矸石供應(yīng)量不足、原材料價(jià)格上漲，雨季道路維修次數(shù)多影響施工進(jìn)度，因此在孝山隧道出口臨時(shí)道路選取100 m進(jìn)行固化土試驗(yàn)。試驗(yàn)段道路寬5 m，其中40 m試驗(yàn)段在已鋪設(shè)厚20 cm的煤矸石地段進(jìn)行，路基結(jié)構(gòu)為煤矸石層和固化土基層，其余試驗(yàn)段使用固化土進(jìn)行施工，其路基結(jié)構(gòu)為固化土底基層和固化土基層。

2 固化土混合料配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)RISN-TG003—2007《土壤固化劑應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)則》[1]對(duì)試驗(yàn)段路基固化土混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。在滿足無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，結(jié)合施工現(xiàn)場情況，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較確定土壤固化劑和水泥摻量。

2.1 原材料

1)水泥。42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間170 min，終凝時(shí)間210 min，3 d抗壓強(qiáng)度26.5 MPa，28 d 抗壓強(qiáng)度52.7 MPa，安定性合格。

2)土壤固化劑。采用TK-G型離子型液體土壤固化劑，固化劑性能依據(jù)CJ/T 486—2015《土壤固化外加劑》[2]進(jìn)行檢測(cè)。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比為140.1%，水穩(wěn)系數(shù)比為117.7%，凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)比為109.2%，其他指標(biāo)均滿足CJ/T 486—2015技術(shù)要求。

2.2 最佳含水率和最大干密度檢測(cè)

依據(jù)JTG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》[3]中標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)方法測(cè)定固化土混合料物理性質(zhì)。通過曲線擬合的方法擬合出固化土混合料最佳含水率和最大干密度的關(guān)系曲線[4]。固化土基層混合料和底基層混合料最佳含水率和最大干密度見表1。該試驗(yàn)所檢測(cè)的固化土基層混合料和底基層混合料均為素土和水泥的拌合物，未添加土壤固化劑。固化土基層混合料和底基層混合料水泥摻量分別為5%和3%。水泥采用外摻，摻量以固化土混合料重量計(jì)。

表1 固化土基層、底基層混合料最佳含水率和最大干密度

3 試驗(yàn)段路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)RISN-TG003—2007和CJJ 37—2012《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]中固化土路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求對(duì)試驗(yàn)段路基進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，盡可能減少固化土施工所用材料的采購和運(yùn)輸，就地取材，大量使用隧道挖掘出的土壤和碎石進(jìn)行固化土層施工。通過對(duì)比試驗(yàn)確定試驗(yàn)段固化土路基結(jié)構(gòu)與厚度方案。試驗(yàn)段路基結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 路基結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

4 試驗(yàn)及結(jié)果分析

4.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、水穩(wěn)系數(shù)和凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)試驗(yàn)

道路基層和底基層的抗壓強(qiáng)度是衡量道路性能的重要指標(biāo)。JTJ 034—2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》[6]中規(guī)定：二級(jí)及二級(jí)以下公路的基層抗壓強(qiáng)度為2.5～3.0 MPa，底基層抗壓強(qiáng)度為1.5～2.0 MPa。

按照試驗(yàn)規(guī)程要求制作固化土基層混合料和底基層混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。試件成型時(shí)設(shè)定壓實(shí)度為96%，根據(jù)最佳含水率和最大干密度稱取每個(gè)試件混合料用量，裝入直徑50 mm、高度50 mm的試模中，將試模置于成型機(jī)上加壓成型，然后卸載，脫模得到試件，養(yǎng)護(hù)后測(cè)試試件7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。固化土基層混合料和底基層混合料中土壤固化劑摻量分別為0.018%和0.014%。土壤固化劑采用外摻，摻量以固化土混合料重量計(jì)。試件養(yǎng)護(hù)方式及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

表2 固化土底基層混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出：固化土底基層混合料添加土壤固化劑后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度得到大幅度提高，較基準(zhǔn)試件(標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d)增長了24.4%，表明土壤固化劑具有較好的早強(qiáng)作用，可顯著提高固化土底基層混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

表3 固化土基層混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

采用CJ/T 486—2015中水穩(wěn)系數(shù)和凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)計(jì)算方法，得出固化土底基層混合料的水穩(wěn)系數(shù)和凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)。通過對(duì)比可以得出，加入土壤固化劑后固化土底基層混合料水穩(wěn)系數(shù)提高11.8%，說明土壤固化劑對(duì)施工后固化土水穩(wěn)定性能有改善作用。加入土壤固化劑后固化土底基層混合料凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)提高8.2%，表明放置4 h后成型對(duì)固化土底基層混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度無不利影響，且從無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果來看，放置4 h后固化土底基層混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度雖有一定程度的損失但仍高于未添加土壤固化劑的固化土混合料。凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)的提高延長了固化土底基層混合料的工作時(shí)間，這為固化土施工提供了有利條件，同時(shí)水穩(wěn)系數(shù)的提高保證了固化土底基層在水浸情況下的承載能力。

對(duì)比表2和表3可以看出：固化土基層混合料標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較底基層提高31.4%，表明水泥和土壤固化劑摻量的提高可進(jìn)一步增大固化土基層混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析固化土基層混合料水穩(wěn)系數(shù)和凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)增長規(guī)律與固化土底基層增長規(guī)律基本一致。

4.2 回彈彎沉試驗(yàn)和浸水膨脹量檢測(cè)

回彈彎沉值是表征路基路面承載能力的重要指標(biāo)?；貜棌澇林涤?，路基路面的承載能力愈小，反之則愈大。采用貝克曼梁法測(cè)回彈彎沉值，測(cè)試對(duì)象為60 m試驗(yàn)段路基路面。不同齡期路基路面的彎沉值測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 不同齡期路基路面的彎沉值

由表4可知：試驗(yàn)段路基施工1 d彎沉檢測(cè)值為67.04×10-2mm，滿足JTJ 034—2000中次干路路面彎沉值小于70×10-2mm的要求，表明土壤固化劑具有較好的早強(qiáng)作用。在回彈彎沉試驗(yàn)的同時(shí)對(duì)固化土浸水膨脹量進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為0.019%。表明固化后基層水穩(wěn)定性能良好。由此可見，摻入土壤固化劑后提高了道路的承載能力。

4.3 施工效果

試驗(yàn)段施工完成后，對(duì)其使用效果進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。試驗(yàn)段完成后12 h即可通行40 t裝載車且無車轍痕跡，通車1年使用情況良好，施工單位維修次數(shù)大幅度減少。原設(shè)計(jì)臨時(shí)道路與試驗(yàn)段使用1年后效果對(duì)比見圖2。

圖2 原設(shè)計(jì)臨時(shí)道路與試驗(yàn)段使用1年后效果對(duì)比

5 結(jié)論

1)土壤固化劑對(duì)固化土混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、水穩(wěn)系數(shù)和凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)均有較大幅度的提高。摻入土壤固化劑后固化土底基層混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高24.4%，水穩(wěn)系數(shù)提高11.8%，凝結(jié)時(shí)間影響系數(shù)提高8.2%；固化土基層混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較固化土底基層混合料提高31.4%，表明在固化土中水泥和土壤固化劑摻量的提高可進(jìn)一步增大固化土混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，保證道路基層結(jié)構(gòu)的承載能力。

2)路基路面1 d彎沉值即可達(dá)到67.04×10-2mm，滿足道路使用要求。摻入土壤固化劑的固化土層浸水膨脹量為0.019%，說明土壤固化劑可改善固化土層水穩(wěn)定性能。