固化土路基的設計與施工應用

嚴 曄

寧波市城建設計研究院有限公司 浙江 寧波 315012

浙江省寧波沿海地區是工程建設典型的軟土地區。軟土性質主要為淤泥質土，具有高含水性、高壓縮性和低強度的特點。常規采用宕渣作為道路路基的填料使用，通過在天然土基表面硬殼層之上構筑一定厚度的宕渣結構作為路基結構，從而滿足路面基層、面層的鋪筑條件。近幾年，為落實“綠水青山就是金山銀山”的精神，并解決路基填料宕渣開山取石限制與工程挖方棄土外運難的現實矛盾，對路基填料選擇的新工藝、新思路不斷涌現，固化土路基應運而生。本文通過實踐工程的試驗段路基填料制備及相關室內、現場試驗，總結固化土路基設計方法，為類似地區固化土替代宕渣路基的設計與施工提供借鑒。

1 工程概況

廣元大道是寧波市城市西部重要的快速對外聯系通道。固化土應用選取了廣元大道地面輔道西側11m機動車道部分路段作為土方利用試驗段。試驗段道路總長693m，路基12m。路基路面均按主干路設計標準，并維持路面設計總厚度不變，僅對≥80cm宕渣路基擬用固化土路基替代，驗證路基性能是否達到設計要求，滿足控制指標。

試驗段固化土路基就實施路段源土取料和固化工藝嘗試采用三種類型進行研究：

1）將管廊地道、承臺、河渠等開挖產生的高含水量淤泥質土經過固化劑拌合固化后制備為路基填料。

2）將橋梁鉆孔灌注樁產生的泥漿經過脫水、固化劑固化后制備為路基填料。

3）對明塘暗浜等軟弱地基采用就地固化的方式加固地基。

2 固化土工藝

針對試驗段源土取料的類型、場地和設備條件，對應的制備處理工藝采用三種：

1）淤泥質土固化工藝

強力攪拌工藝（路拌）：通過自動定量供料系統與強力攪拌設備聯合使用，保證固化劑與原狀土均勻混合，并對拌合物料進行7d悶料，隨后通過翻挖晾曬降低土體含水率，待土體達到最佳含水率附近時進行分層攤鋪、碾壓及養生。

集中處理工藝（廠拌）：先將石灰與棄土進行拌合后悶料，必要時進行翻挖晾曬處理，待棄土含水率降低至40%以下后進行破碎處理以獲得粒徑小于1cm的土粒，隨后對土粒進行翻曬，待土粒含水率較最佳含水率高2%～4%時，將土粒及固化材料同時加入拌合設備中進行拌合，隨后運至路基填筑部位進行分層攤鋪、碾壓及養生。

2）泥漿固化工藝

泥漿調理（2%石灰）+壓濾后泥餅翻曬+泥餅破碎后二次摻灰。其他流程同淤泥質土集中處理工藝（廠拌）。

3）就地固化加固地基

通過自動定量供料系統與強力攪拌設備聯合使用，對原狀軟弱地基進行加固化劑攪拌，保證固化材料與原狀軟土均勻混合，固化加固處理。

固化土填料的配合比設計是工藝的核心，同時包括對源土控制、固化劑材料的要求。

2.1 源土控制要求

為保證固化處理技術的有效性，待處理淤泥質棄土應滿足如下要求：1）原地面表層土、含草皮、生活垃圾、樹根及腐殖質的土均不得使用。2）土中有機質含量（質量比）不應超過10%。3）土粒最大粒徑不應大于50mm，且大于10mm土顆粒應小于土總重量的5%。

對于泥漿，需先脫水至含水率40%以下，再進行固化處理。

2.2 固化劑材料要求

1）石灰：選用三級或三級以上的生石灰，應滿足《城鎮道路工程施工與質量驗收規范》（CJJ 1-2008）規定的技術指標。其取樣檢測的有效鈣、鎂含量指標必須≥60%以上，方可進場消解使用。2）水泥：選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于42.5級。3）礦渣粉：應滿足《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T 18046-2008）中的規定，其等級不低于S95。4）水：飲用水源均可用于石灰改善土施工。

2.3 填料配合比設計

根據工程區域原土室內試驗，初步確定固化劑水泥、礦粉、石灰含量分別為3%，1%，5%。在實際施工前，需根據不同區塊的原土，通過室內試驗對固化劑配合比進行調整與確定，以固化土填料CBR值滿足設計要求為準。配合比試驗流程如下：

1）拌合悶料

利用強力攪拌器將固化劑與原狀土混合均勻，隨后進行悶料，悶料時間不少于7d，使原狀土砂化并減小含水率至30%～40%。

2）固化土破碎后晾曬

將悶料后的固化土人工碾碎并晾曬至最佳含水率（一般為固化土塑限附近，約22%～26%），隨后過4.75mm方孔篩以用于擊實試驗及CBR試驗制樣。

3）擊實試驗

對過篩后的固化土進行重型擊實試驗，并確定固化土的最佳含水率和最大干密度，試驗方法參照《公路土工試驗規程》（JTG 3430-2020）中T 0131-2019擊實試驗。

4）CBR試件制作和測試

取適量固化土放入試件筒內并擊實，其含水率應控制在最佳含水率附近。參照《公路土工試驗規程》（JTG 3430-2020）中T 0134-2019承載比（CBR）試驗方法，對試樣進行泡水及貫入試驗。CBR值按規程公式進行計算。

通過CBR測試計算及微調初始設定的3%、1%、5%配合比，最終確定不同源土區域具體的配合比。路基各深度范圍的填料最小強度CBR要求有所不同，具體參照《城市道路路基設計規范》（CJJ 194-2013）執行。

3 固化土路基設計

試驗段路基填料大部分采用開挖棄土固化利用。機動車道路基厚度≥80cm，高度不足時對原地基開挖換填，路基分層填筑，厚度一般不大于30cm。試驗段固化土路基分路堤段和路塹段兩種型式。

1）路堤段

路堤段路基施工前，應先清表30cm，將地表垃圾、耕種土等清除掉。填方地段的表面不得有積水，并應保持適當干燥，填料應分層夯實。不同作業段施工，不同材料填筑，須有分層臺階。為保證路基邊緣的壓實度，兩側各超寬50cm。

2）路塹段

路塹段路基為保證路面結構以下有80cm的路基，需從設計標高往下挖1.6m，分層夯實固化土至第一級開挖臺階高度，臺階開挖高度一般以0.4m控制，寬度一般以1.0m控制，最大寬度為1.5m。路基頂面、開挖臺階處加鋪鋼塑雙向土工格柵一層。

3）隔水層設置

路堤段對于路床底部位于現狀地坪以下的路段和路塹段，需在路床底部以下換填30cm級配碎石（壓實度要求92%），設置隔水層以阻斷毛細水，保證路床不受地下水浸泡影響。

4）特殊地基加固

對于硬殼層不足區域：設計路床底以下硬殼層厚度小于50cm的路段，整個斷面路基采用強力攪拌頭加固化劑就地攪拌加固，加固深度1m。對于明渠暗浜軟弱地基區域：采用強力攪拌頭加固化劑就地攪拌加固，加固深度2m。固化后原地面壓實度應滿足道路路床底壓實度要求，再填筑固化土路基。

4 固化土路基質量控制與檢測

對試驗段固化土路基的施工過程與完成質量按主干路要求進行控制。

1）清表后，原地面壓實度需≥90%，如不夠需采用翻曬處理，如仍然不夠，需采用宕渣換填或就地加固處理，滿足要求后方可進行路基填筑。

2）≥80cm 固化土路基分層攤鋪碾壓，各層壓實度及頂面壓實度均需≥95%。

3）路基頂面回彈模量需≥30Mpa；路基頂面彎沉需≤220（1/100mm）。

試驗段固化土路基頂面彎沉及回填模量實測結果見表1。

表1 路基頂面彎沉及回填模量

固化土路基頂面彎沉和回填模量檢測數據均很好，性能完全可以替代宕渣路基。

5 結論與意義

1）固化土替代宕渣作為路基，工藝可行、技術方案合理，工程所處區域的原土性質、來源不盡相同，應分別取樣進行室內試驗，進一步優化固化土配合比。

2）源土控制要求、固化劑材料要求、填料配合比設計是固化土路基制備工藝的關鍵，固化土路基設計除掌握常規路基設計的標準外做好隔水層及軟弱地基的處理尤為重要。

3）固化土路基壓實度、彎沉、回填模量等檢測指標滿足規范要求，路基質量可靠、可控。實踐表明，固化土替代宕渣路基工藝技術是軟基道路工程解決宕渣資源緊張、挖方土及泥漿棄方外運難、推動資源化利用和發展的一個可行方法。