DHT土凝巖穩定土基層應用實驗研究

摘要：DHT土凝巖是一種新型的工程結構材料，通過土壤固化技術快速而顯著地改變土壤的礦物結構和物理力學性能，達到工程要求， 同時可以降低工程建設成本，具有良好的經濟效益和社會效益。在京臺高速濟南段路面養護維修工程中，選取下行方向K442+500-K442+800作為實驗段，以考察DHT土凝巖替代傳統材料做為高等級公路基層的效果。

關鍵詞：DHT土凝巖；EDTA滴定

一、室內試驗及配合比設計

（一）對預選土場提供的土樣的化學成分進行分析，并根據分析結果配制了五種不同配方的土凝巖，編號分別是A、B、C、D、E。對這五種土凝巖均進行摻量為10%的土凝巖穩定土7天無側限抗壓強度試驗，實驗結果：7天飽水無側限抗壓強度平均值分別為4.19、4.30、4.50、4.66、4.07；Rc0.95（95%概率值）分別為3.87、3.93、4.06、4.34、3.84。

由于設計上沒有給出明確的7天無側限抗壓強度設計值，根據《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）及《路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）中對高速公路特重交通（參考水泥穩定基層）7天無側限抗壓強度的要求，建議設計值Rd≥4.0MPa.

根據試驗結果可以看出編號為C、D的土凝巖穩定土7天無側限抗壓強度（95%概率值）均大于4.0MPa，符合要求，其中編號為D的土凝巖與所選定的土配伍性最好，所以選定D為試驗段擬使用土凝巖。

（二）對選定的土凝巖和土，根據最佳含水量成型了5組無側限抗壓強度試件，分別進行各類實驗，部分實驗結果如下：7天飽水無側限抗壓強度平均值4.76 MPa，Rc0.95（95%概率值）4.06 MPa；7天非浸水無側限抗壓強度平均值5.53 MPa，Rc0.95（95%概率值）4.35MPa；浸水強度比（Rc0.95） 86.1%（93.3%）；7天間接抗拉強度0.5MPa；28天飽水無側限抗壓強度（95%概率值）5.93MPa。

（三）EDTA滴定試驗。為了便于施工過程中對DHT土凝巖摻量的檢測，通過EDTA滴定試驗發現土凝巖摻量與EDTA的消耗量存在著很好的相關性，摻量分別為4%、6%、8%、10%時，EDTA消耗量分別為10.5ml、13.4ml、15.8ml、18.5ml。

線型回歸方程為：EDTA消耗量（ml） = 5.31 + 1.32 ×DHT摻量（%）

（四）延遲時間試驗。土凝巖穩定土延遲時間試驗對于施工有著重要意義，主要目的在于提供可滿足設計要求強度的施工時間范圍。本試驗分別成型0小時（即土凝巖拌和均勻后立即進行成型試驗）、4小時、8小時、12小時、16小時試件，7天抗壓強度代表值分別為4.11MPa、4.15 MPa、4.13 MPa、4.04 MPa、4.00 MPa。

由實驗結果可以看出16小時延遲時間7天無側限抗壓強度雖然有所降低，但強度依然可以滿足設計要求。因此碾壓的最佳時間應在自拌和時間起8小時之內，最遲時間不大于16小時。

（五）壓實度對7天無側限抗壓強度的影響。由于DHT土凝巖穩定土現場壓實影響因素較多，壓實度可能會出現波動，為研究壓實度對土凝巖穩定土強度的影響，通過室內試驗分別成型壓實度為94%、96%、98%的試件，并進行7天無側限抗壓強度試驗，實驗結果分別為3.81MPa、4.03MPa、4.29MPa。

通過實驗結果可以看出隨著壓實度的降低土凝巖穩定土7d無側限抗壓強度也隨之降低。96%壓實度條件下強度代表值滿足設計要求（4.0MPa）；94%壓實度條件下強度為3.81MPa，大于《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）及《路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）中對高速公路特重交通（參考水泥穩定基層）7天無側限抗壓強度的要求下限值3.5MPa。因此現場壓實度代表值應不小于96%，極限值不小于94%。

二、試驗段試拌試鋪試驗結果

DHT土凝巖穩定土基層試驗段位于京臺高速K442+500-K442+800東幅行車道三，寬度3.3米，厚度0.15米。

（一）試驗段準備工作。試拌之前，從拌和站取土凝巖及土在室內進行擊實試驗，最大干密度為1.94g/cm，最佳含水量為12.3%。由于降雨的原因，土的含水率較大（18%），須經晾曬后方可進行拌和。DHT土凝巖設計摻量為10%（按干土質量），拌和站按11%摻加，根據理論計算，土的含水量為（1+0.11）×12.3%=13.65%時與土凝巖拌和后可達到最佳含水量，考慮到拌和時比最佳含水量應該多1%-2%的水，經過晾曬后，土的含水率達到15.6%時可以進行試拌。從拌和站取土及DHT土凝巖進行EDTA滴定實驗，摻量分別為7%、9%、11%、13%時，EDTA消耗量分別為12.6ml、14.8ml、17.1ml、19.2ml。

回歸方程：EDTA消耗量（ml） = 4.87 + 1.11 DHT摻量（%）

（二）生產過程檢測。試拌前現場測得土的天然含水率為15.9%。由于拌和站料倉是通過轉速控制添加量，根據回歸方程可以確定當EDTA滴定量為17.1ml時，摻量達到11%。經過多次調試轉速，EDTA消耗量平均值為17.1ml，最終確定了正常生產時的轉速。并對試拌的穩定土進行了含水率測定，試驗結果為13.8%。拌和站取樣后在試驗室成型標準試件，并進行標準養護。

（三）試驗的段鋪筑。按照施工技術要求對土凝巖穩定基層下臥層進行了清理和潤濕處理。按松鋪系數1.5進行攤鋪，攤鋪后光輪壓路機穩壓一遍，然后膠輪壓路機靜壓一遍，然后光輪振動碾壓4遍，緊接著膠輪靜壓一遍，最后光輪壓路機再靜壓一遍。碾壓過程中出現了以下幾個方面的問題：1、振動壓實過程中表面松散開裂比較明顯。2、壓實度較低，經現場檢測壓實度為93.2，達不到96%的最低要求。

經現場分析，由于拌和前土的含水量較大（含水量為18%），經晾曬后含水量為15.6%，與土凝巖拌和后平均含水量為13.0%（在拌和站取樣檢測）。攤鋪現場取樣測得平均含水率為12.9%，設計最佳含水量為12.3%，因此DHT土凝巖穩定土含水量符合要求。但現場穩定土表觀看起來比較干燥，粘結性不強，主要原因是拌和過程中沒有加水，DHT土凝巖裹符在土顆粒表面，而土顆粒中的水不能短時間內滲出，因此穩定土表面看起來比較干燥，粘結性較差，振動過程中松散開裂比較明顯。也正是這個原因，壓實度也比較難以達到要求。

最后經討論，采取表面適量灑水，經1小時浸透后繼續碾壓，直至單點壓實度達到96%以上。然后覆蓋土工布，24小時（形成一定強度）后灑水養生。

（四）試驗段檢測。試驗段經7天養生后取芯4處進行檢測，芯樣上部2cm松散破碎，下部基本完整。芯樣經試驗室處理后成直徑和高度均為10cm左右的圓柱體，并進行無側限抗壓強度試驗，分別為3.5MPa、2.4MPa、2.8MPa、2.6MPa。

（五）室內試驗結果。為對比現場碾壓成型養護與室內標準成型養護的效果，在拌和站取樣，室內一份DHT土凝巖穩定土不經過任何處理直接成型一組試件（以下稱為A組）；對另一份DHT土凝巖穩定土較大土顆粒進行人工碾碎并拌和均勻，然后成型試件（以下稱為B組），對兩組試件進行標準養護7天，A、B組的7天無側限抗壓強度平均值分別為2.9MPa、4.1MPa。

（六）室內成型與現場芯樣對比分析。由上述數據可以看出，拌和站取樣室內不經處理直接成型試件的無側限抗壓強度與現場芯樣強度平均值相差很小，但經過室內人工碾碎并拌和均勻成型的試件7d強度較高。

經分析，現場土顆粒粒徑相對較大，經拌和后并沒有破碎，由于土顆粒本身強度很小，因此較大土顆粒的存在形成了強度的薄弱區，所以造成了無側限抗壓強度的大幅下降。

三、結論及建議

（一）通過室內試驗和試驗段鋪筑，可以得出以下結論：

1、高液限粘土不適合作為DHT土凝巖穩定基層用土。2、初步選定土場后，根據土的化學成分選擇配伍性良好的土凝巖。3、可用EDTA溶液檢測DHT土凝巖摻量及拌和均勻程度。4、廠拌法施工時，由于拌和過程中不能對較大土顆粒進行破碎，碾壓成型后易形成局部強度薄弱區，因此在不能保證最大粒徑小于5mm的條件下不適合用廠拌法。低等級道路基層可以考慮路拌法施工。5、采取廠拌時，當土的天然含水率大于最佳含水率時，應把土晾曬至最佳含水量以下2-3個百分點再進行拌和。6、建議高等級公路不用粘土作為穩定基層。

（二）有待進一步解決的問題。

結合試驗段出現的問題，下一步將進行以下幾個方面的工作。1、對DHT土凝巖穩定粉土、砂土、碎石、土石混合料進行進一步的研究2、通過試驗、試拌、鋪筑試驗段等措施確定各種穩定土適宜的施工工藝。3、采取有效、經濟的方法解決粘土顆粒粉碎的問題。