李成云

（中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

現(xiàn)如今，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)對(duì)磷肥的需求的持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)磷肥工業(yè)發(fā)展迅速，磷肥產(chǎn)量排名世界第一，而磷石膏產(chǎn)量也飛速上升，隨著高濃度磷復(fù)肥產(chǎn)量的增加，低品位磷礦用量的增大，磷石膏產(chǎn)生量將逐年增大。渭北平原黃土臺(tái)塬地貌區(qū)，該地區(qū)為濕陷性黃土地質(zhì)。路基填筑設(shè)計(jì)采用摻水泥進(jìn)行改良；磷石膏作為一種新型改良路基摻合料，能有效改善濕陷性黃土路基壓實(shí)度和CBR 值，澄韋項(xiàng)目擬推廣用于濕陷性黃土路基填筑土改良。為進(jìn)一步驗(yàn)證改良效果，采用摻“磷石膏+水泥”與摻“水泥”兩種摻配方式進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)，為磷石膏在路基改良填筑中的提供支撐依據(jù)，提高磷石膏的綜合利用，在一定程度上緩解對(duì)于環(huán)境的污染。

1 工程概況

澄城至韋莊高速公路項(xiàng)目，屬省級(jí)高速公路澄商線的重要組成部分，位于陜西省渭北平原黃土臺(tái)塬地貌區(qū)，該地區(qū)為濕陷性黃土地質(zhì)，濕陷性黃土主要由馬蘭黃土及頂部離石黃土構(gòu)成，普遍分布于黃土壞地帶，其成因?yàn)轱L(fēng)積層，呈黃褐色、淺黃色，垂直節(jié)理發(fā)育，孔隙較大，濕陷土層厚度一般在10.0～25.4m，主線采用100km/h 四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)。

2 磷石膏來(lái)源、主要成分及工作機(jī)制

磷石膏是磷化工企業(yè)濕法生產(chǎn)磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品。主要成分為二水硫酸鈣，成分檢驗(yàn)結(jié)果表1 所示。

表1 磷石膏成分化驗(yàn)分析結(jié)果

常態(tài)下屬于惰性材料，采用技術(shù)處理激發(fā)其活性，可以作為一種外摻劑來(lái)處治黃土路基，工作機(jī)制與水泥、白灰處治濕陷性黃土機(jī)制相近。

3 機(jī)型設(shè)備配置

為確定最佳施工機(jī)械組合，擬配置機(jī)械設(shè)備，如表2 所示，配置檢測(cè)儀器，如表3 所示。

表2 填筑試驗(yàn)段施工主要機(jī)械配置

表3 試驗(yàn)段施工主要檢測(cè)儀器配置

4 施工方法及工藝總結(jié)

4.1 施工方法

（1）在填筑施工前對(duì)路基的壓實(shí)度、平整度、縱斷高層、橫坡等進(jìn)行驗(yàn)收。測(cè)量放出中樁、邊樁，每20m 一個(gè)樁位，用白灰灑出控制線。

（2）提高施工機(jī)械的施工效率，松鋪素土的厚度選定25cm。

（3）采用粉料撒布車進(jìn)行上灰作業(yè)，布灰順序?yàn)橄热隽资?、后撒水泥?/p>

（4）拌和采用冷再生拌和機(jī)（自動(dòng)補(bǔ)水）拌和，拌和機(jī)輪跡重疊寬度＞30cm，拌和行走速度控制為1.5m/10s。在拌和完成后及時(shí)通知試驗(yàn)室測(cè)定水泥劑量。

（5）水泥劑量抽檢合格后，整平前進(jìn)行含水量試驗(yàn)。

（6）碾壓順序：先光輪輕壓靜壓1 遍→再凸輪重壓、振壓8 遍→光輪振壓1 遍→靜壓1 遍收光整平完成后，檢測(cè)壓實(shí)度。

4.2 工藝總結(jié)

（1）松鋪厚度。根據(jù)現(xiàn)有機(jī)械組合配置，路基3%水泥土填筑時(shí)素土松鋪厚度為25cm 可保證壓實(shí)質(zhì)量及充分發(fā)揮機(jī)械施工效率。

（2）松鋪系數(shù)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，松鋪厚度為25cm 時(shí)，壓實(shí)度達(dá)到要求時(shí)壓實(shí)厚度為20cm，松鋪系數(shù)為1.28。

（3）最佳機(jī)械組合方式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)算，挖掘機(jī)、裝載機(jī)挖裝時(shí)間、自卸車運(yùn)土?xí)r間、推土機(jī)的平地機(jī)攤平整平時(shí)間及壓路機(jī)的碾壓速度，可以得出：①土方路基填筑機(jī)械組合應(yīng)以壓路機(jī)的碾壓速度和碾壓遍數(shù)為組合起點(diǎn)，結(jié)合挖掘機(jī)、裝載機(jī)的挖裝工效進(jìn)行機(jī)械組合。②以5 臺(tái)壓路機(jī)為例，配備一臺(tái)挖掘機(jī)、一臺(tái)推土機(jī)、一臺(tái)平地機(jī)，運(yùn)輸車輛可根椐運(yùn)距、施工便道和工作面等實(shí)際情況進(jìn)行配置，一個(gè)臺(tái)班（10h）可完成填土1000m3（不含其他因素）左右。

（4）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐路基填筑分析得出，路基改良土填筑劃分以200m（100m 磷石膏改良路段，100m 水泥改良路段）作業(yè)較為適宜。

（5）碾壓遍數(shù)。壓實(shí)時(shí)，使用壓路機(jī)先靜壓一遍，再使用凸輪強(qiáng)振8 遍，使用光輪壓路機(jī)弱振一遍，最后使用光輪壓路機(jī)靜壓一遍進(jìn)行收面[1]。

（6）磷石膏添加劑的選擇和投加量確定。磷石膏添加劑的選擇包括原料選擇和性能指標(biāo)評(píng)定兩個(gè)方面。在原料選擇方面，磷石膏的產(chǎn)地和品種需要考慮。磷石膏的主要產(chǎn)地有湖北、廣西、甘肅等地，在選擇原料時(shí)應(yīng)考慮離濕陷性黃土路基施工現(xiàn)場(chǎng)的距離和運(yùn)輸成本。磷石膏的品種多種多樣，常見(jiàn)的有天然石膏、工業(yè)磷石膏等。磷石膏的包裹率、膠凝時(shí)間和強(qiáng)度發(fā)展特性是關(guān)鍵參數(shù)。磷石膏的包裹率直接影響其與黃土的結(jié)合程度，通常應(yīng)選擇包裹率高的磷石膏，以提高工程材料的性能。膠凝時(shí)間則關(guān)系到混合料在施工現(xiàn)場(chǎng)的工作性，一般應(yīng)選擇膠凝時(shí)間適中的磷石膏，以便在施工過(guò)程中獲得較好的施工性能。強(qiáng)度發(fā)展特性是評(píng)價(jià)磷石膏性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，在試驗(yàn)確定方面，可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式，通過(guò)配比試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)，確定最佳的磷石膏投加量[2]。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了在濕陷性黃土路基中磷石膏的最佳投加量為10%～15%。在實(shí)際應(yīng)用方面，結(jié)合工程實(shí)際情況和成本考慮，綜合確定最終的磷石膏投加量為12%。

（7）磷石膏與黃土的混合比例和工藝控制?；旌媳壤拇_定是磷石膏在濕陷性黃土路基工程中應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)混合比例的確定，可以合理調(diào)配磷石膏和黃土的配比，以充分發(fā)揮磷石膏的改良效果，提高路基的抗水穩(wěn)定性和抗凍融性能。根據(jù)工程情況，磷石膏與濕陷性黃土的混合比例通常為5%～20%。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，確定了磷石膏與黃土的最佳混合比例為10%，即在黃土中摻入10%的磷石膏。這一混合比例的確定是通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式得出的，在保證工程質(zhì)量的前提下，也能有效控制成本。在原料攪拌環(huán)節(jié)，需要保證磷石膏和黃土的均勻混合，確?；旌狭系姆€(wěn)定性和均勻性。在攤鋪和壓實(shí)環(huán)節(jié)，需要控制攤鋪和壓實(shí)的厚度和速度，以保證混合料的均勻性和密實(shí)性。在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)磷石膏和黃土的混合比例和工程環(huán)境，制定合理的養(yǎng)護(hù)方案，保證混合料的水分充分和均勻分布，促進(jìn)磷石膏的改良效果發(fā)揮到最大程度[3]。

5 水泥+磷石膏改良土與水泥改良土對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)選在K26+950—K27+150 上路提（設(shè)計(jì)3%水泥改良土，壓實(shí)度要求94%）進(jìn)行。為了有效采集對(duì)比數(shù)據(jù)，試驗(yàn)選200m（相鄰100m 水泥改良+100m 水泥磷石膏）試驗(yàn)段進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，水泥改良參量3%（設(shè)計(jì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）與水泥+磷石膏改良（1.5%水泥+1.5%磷石膏）（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）參比進(jìn)行參配試驗(yàn)。

5.1 擊實(shí)試驗(yàn)

中心試驗(yàn)室和標(biāo)段試驗(yàn)室分別對(duì)同一土場(chǎng)的不同部位取樣并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)最大干密度和最佳含水量，結(jié)果如表4 所示。

表4 改良土擊實(shí)試驗(yàn)對(duì)標(biāo)

5.2 現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)

在線路K26+950—K27+150 試驗(yàn)段上路堤進(jìn)行改良土路基填筑對(duì)比試驗(yàn)。為驗(yàn)證土源技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，中心試驗(yàn)室和標(biāo)段試驗(yàn)室分別對(duì)土樣進(jìn)行對(duì)比擊實(shí)試驗(yàn)（現(xiàn)拌），進(jìn)行壓實(shí)度換算，結(jié)果如表5 所示。

表5 K26+950—K27+150 試驗(yàn)段壓實(shí)度對(duì)比

5.3 CBR 值

試驗(yàn)室對(duì)改良土按照兩種摻配方式分別進(jìn)行CBR值（%）試驗(yàn)，結(jié)果如表6 所示。

表6 改良土CBR 值對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

6 試驗(yàn)及工藝分析

（1）摻磷石膏+水泥與摻水泥相比，壓實(shí)度指標(biāo)得到改善，增長(zhǎng)變化在0.70%～2.17%（平均值）。

（2）磷石膏改良土較水泥改良土的需水量增加1.50%～2.73%（平均值）。

（3）通過(guò)對(duì)兩種不同的摻和料的改良土進(jìn)行CBR值（%）進(jìn)行試驗(yàn)，都滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（4）資源配置。雙組分改良土（摻水泥+磷石膏）施工需要增配一套粉料撒布車，須采用冷再生拌和設(shè)備進(jìn)行拌和施工，增配一輛水車供水。

7 推廣應(yīng)用的意義

磷石膏是一種常見(jiàn)的工業(yè)廢料，在交通工程中廣泛應(yīng)用于濕陷性黃土路基的改良中。磷石膏的推廣應(yīng)用在技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求以及有利于節(jié)能環(huán)保方面具有重要意義，并且磷石膏與水泥混合改良土有助于濕陷性黃土路基的壓實(shí)度改善[4]。首先，磷石膏在濕陷性黃土路基中的應(yīng)用可以滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。濕陷性黃土路基具有土壤可塑性較差、季節(jié)性液化等問(wèn)題，容易引發(fā)路面沉降和破壞。而磷石膏的應(yīng)用可以通過(guò)加強(qiáng)土體的黏聚力和抗剪強(qiáng)度，提高路基的穩(wěn)定性和承載力。磷石膏還能改善黃土路基的工作性能，減少路基的塑性變形和液化等問(wèn)題，使路基滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，提高路面的使用壽命。其次，磷石膏的應(yīng)用有利于節(jié)能環(huán)保。磷石膏作為工業(yè)廢料，通過(guò)在濕陷性黃土路基中的利用可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。與傳統(tǒng)的填埋處理相比，將磷石膏應(yīng)用于路基改良中可以有效減少?gòu)U料的堆存和占地面積。磷石膏與水泥混合改良土還能減少水泥的使用量，降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。這種節(jié)能環(huán)保的應(yīng)用方式能夠有效降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。最后，將磷石膏與水泥混合改良土應(yīng)用于濕陷性黃土路基可以改善路基的壓實(shí)度。磷石膏與水泥的混合能夠顯著提高土壤的固結(jié)性能，增加土體的密度，進(jìn)而提高路基的抗沉降能力和承載能力。這種改良方式不僅可以提高路基的整體穩(wěn)定性，減少差異沉降，還能提高路面的平整度和行車舒適度，延長(zhǎng)路面的使用壽命。綜上所述，磷石膏在濕陷性黃土路基中的應(yīng)用具有重要意義。其推廣應(yīng)用在技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求方面能夠提高路基的穩(wěn)定性和承載力，有利于節(jié)能環(huán)保方面能夠?qū)崿F(xiàn)資源的循環(huán)利用和減少能耗，而磷石膏與水泥混合改良土的應(yīng)用能夠改善路基的壓實(shí)度和延長(zhǎng)路面的使用壽命。推廣磷石膏在濕陷性黃土路基中的應(yīng)用對(duì)于改善交通工程質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源具有重要意義[5]。

8 結(jié)語(yǔ)

磷石膏在濕陷性黃土路基中的應(yīng)用將為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供新的途徑和可能性。隨著對(duì)技術(shù)的深入理解和不斷完善，相信磷石膏將成為改善濕陷性黃土路基工程質(zhì)量和性能的重要材料，為我國(guó)交通建設(shè)質(zhì)量提升和工程成本降低發(fā)揮積極作用。希望未來(lái)能夠有更多的研究和實(shí)踐共同推動(dòng)磷石膏在濕陷性黃土路基中的應(yīng)用邁向更加成熟和廣泛的階段。