環保型土壤固化劑在市政道路工程路基處置中的應用

陳興帥

（菏澤市公路事業發展中心工程四處，山東 菏澤 274000）

引言

環保型路基土壤固化劑是在基礎配方的基礎上，就地取材，采用固體廢棄物中的若干種復配，并添加少量的水泥熟料和激活劑制成。本工程中的固化劑原材料取自菏澤市東明縣，產品類型為B類CG-1型環保型土壤固化劑，即加入土基后通過與路基土、水和空氣的物理或化學反應，單獨使用，不與無機結合料復摻使用的土壤固化劑，為粉體。

固化劑具有使用方便、施工工藝簡單的特點，同時可替代大量的石灰、水泥、粉煤灰等傳統筑路材料，在市政道路建設中使用固化劑能夠節約材料成本，并且對自然資源與生態環境有保護作用。CG-1型土壤固化劑特點：（1）適用于各級公路的路床區域改善土及底基層二灰土改善，材料性能優異。同等摻量下，固化土的無側限抗壓強度、CBR 值、干濕循環、凍融循環等指標高于水泥土、石灰土及國內其他固化材料改善土。（2）土質適應性強。水泥在路基土這種欠水條件下固化效果有限，而該固化劑是一種專用于改善土的固化材料，對土體的適應性更強。（3）原材料環保且易得。主要原材料可就地取材，生產工藝簡單且環保。（4）施工便捷，具有時間優勢。（5）經濟社會效益顯著。主要原料為固棄物，經濟效益顯著；材料可實現廢物利用和環保生產，環境社會效益顯著。

1 工程應用

定胡路（長江東路至G327段）道路及配套工程全長約6 km，路面結構為2×15 cm8%石灰土+2×15 cm12%石灰土+54 cm水泥穩定碎石+8 cm中粒式瀝青混合料+4 cm細粒式瀝青混合料。在道路下行方向做4%、5%和6%固化土試驗段。

2 原材料檢測

2.1 路基填土

2.1.1 粉土

粉土取自定胡路，顆粒分析試驗結果見表1。采用液塑限聯合測定法測得液限為30.3，塑限為20.8，塑性指數為9.5。各樣品綜合考慮，最大干密度在1.82 g/cm3，最佳含水率在12.5%左右。

表1 粉土顆粒分析試驗

2.1.2 粉質黏土

粉質黏土取自菏澤市牡丹區G240沿線，顆粒分析試驗結果見表2。采用液塑限聯合測定法測得液限為41.7，塑限為20.8，塑性指數為20.9。各樣品綜合考慮，最大干密度在1.85 g/cm3，最佳含水率在13.4%左右。

表2 粉質黏土顆粒分析試驗

2.2 固化劑

固化劑檢測指標見表3。

表3 固化劑檢測指標

3 固化土技術指標

3.1 無側限抗壓強度

石灰穩定土、水泥穩定土和固化土無側限抗壓強度試驗數據結果見表4。

表4 無側限抗壓強度數據

無側限抗壓強度是我國評價無機結合料類的重要指標，多按照7 d無側限抗壓強度進行評價。對路基填料，鑒于普通土體不具備測試無側限抗壓強度的條件，所以現行公路路基設計規范并未提出強度要求，而土壤經過固化后，可開展無側限抗壓強度試驗，評價指標參照《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20—2015）中對底基層的要求。

固化土在4%、5%、6%摻量下的無側限抗壓強度均超過極重交通一級公路對底基層的技術要求，可以作為路床區改善土及底基層材料。同等摻量下，其無側限抗壓強度明顯優于石灰土和水泥改善土，6%固化土無側限抗壓強度超過10%水泥改善土。

3.2 承載力指標

評價標準參照《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）,CBR試驗結果見表5。固化土的承載力CBR值明顯高于水泥改善土，說明固化土的承載力良好，也反映出該固化土具有良好的水穩定性。

表5 承載力CBR值試驗數據

3.3 干濕循環穩定系數

干濕循環試驗能有效地模擬自然界干濕交替的不利因素對固化土耐久性的影響，根據循環過程的尺寸、質量的變化及試樣最終的強度損失量評價固化土的耐久性，試驗周期為28 d。干濕循環穩定系數試驗結果見表6。固化土在干濕循環條件下，穩定性顯著優于水泥改善土，說明水穩定耐久性良好。

表6 干濕循環穩定系數試驗數據

3.4 凍融循環穩定系數

凍融循環試驗能有效模擬在寒冷地區凍融交替對固化土耐久性的影響，凍融循環試驗以規定齡期的固化土試件在經過數個凍融循環后飽水無側限抗壓強度與凍融循環前的無側限抗壓強度之比評價固化土的耐久性，試驗周期28 d。凍融循環穩定系數試驗結果見表7。固化土在凍融循環條件下，穩定性優于水泥改善土，說明冬季耐受凍融的耐久性 良好。

表7 凍融循環穩定系數試驗數據

3.5 凝結時間影響系數

固化劑與路基土混合后，經過0 h、5 h、10 h、15 h后制件，進行無側限抗壓強度試驗。試驗表明，10 h以內制件對固化土的無側限抗壓強度基本無影響，凝結時間影響系數在100%以上，該技術可有效保證固化土的施工時間，爭取出足夠的人員及設備調度時間。而《公路路面基層施工技術細則》（JTGT F20—2015）中規定對水泥穩定材料宜在2 h內完成碾壓成型，應取混合料的初凝時間與容許延遲時間較短的時間作為施工控制時間。

4 試驗段情況

試驗段施工7 d后進行了彎沉檢測和現場取芯。4%固化土、5%固化土、6%固化土試驗段彎沉平均值分別為80.1（0.1 mm）、61.3（0.1 mm）、37.2 （0.1 mm），均低于石灰土平均彎沉值116.8 （0.1 mm）。彎沉結果表明，固化土彎沉值遠低于石灰土，說明固化劑對路基承載力及固化土層彈性模量的改善效果明顯優于石灰土，且固化土取出完整芯樣，石灰土未能取出。

5 經濟效益分析

5.1 石灰土

固化土的最大干密度取1.80 g/cm3、濕密度取2.0 g/cm3、石灰按400元/t計算，石灰摻加量一般為12%，則每噸土固化成本為43.2 元。

5.2 水泥土

水泥單價按400 元/t計算，水泥土中水泥摻加量一般為4%～6%，則每噸土固化成本為18.0 元。

5.3 固化土

固化劑按400元/t計算，達到水泥土同等性能可適當降低固化劑摻量，每噸土固化成本為14.4 元。

6 結語

（1）材料性能優異、同等摻量下，固化土的無側限抗壓強度、CBR值、干濕循環系數、凍融循環系數和凝結時間影響系數等指標高于水泥土或石灰土，且7 d芯樣完整、彎沉優于石灰土。（2）施工便捷，具有時間優勢。施工工藝與石灰土、水泥土類似，強度形成時間介于水泥土和石灰土之間，有利于施工調度和強度形成。（3）經濟效益顯著。主要原料為固棄物，單位成本低于水泥、石灰，經濟效益顯著。