土壤固化穩定劑改性赤泥道路試用

趙文偉

【關鍵詞】固化穩定劑;改性;赤泥;道路

【中圖分類號】X53 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）06-0065-04

0 引言

廣西某氧化鋁廠壩場站現有一、二、三期赤泥堆場，每年接納年產干赤泥約300萬t。含水率為40%～50%的漿體赤泥約60萬m3（約含90萬t干赤泥）漿體赤泥排入濕排堆場（一、二期庫）;其余赤泥漿體（約含210萬t干赤泥）通過壓濾機壓濾成含水率為28%～30%的濾餅干赤泥用汽車通過赤泥堆場庫區內道路運輸至干排堆場（三期庫）的各堆存庫區點傾倒，再由推土機進行翻曬、壓實等，故赤泥干排堆場年上升高度為1.5～2.0 m。因此，赤泥堆場庫區內修筑的道路是確保赤泥堆場良好運作主要影響因素之一。

1 赤泥道路現狀

廣西某氧化鋁廠壩場站每期赤泥堆場分成6個庫區，每個庫區四周都修建有庫區道路，以方便傾卸赤泥。當赤泥堆高后，每半年在每期赤泥堆場都要分別修筑6～7 km長庫區道路和赤泥卸泥臨時平臺，傳統庫區修筑道路方法是用85%的赤泥+10%的石灰+5%的粉煤灰（重要路段還需要添加碎石料）進行混合，將混合填料運至路基指定位置后，用推土機攤鋪、整平成為300 mm的路基，碾壓前對填筑層的分層厚度、平整程度和填土的含水量進行檢驗，確認符合要求后才能進行碾壓壓實。這樣修筑的庫區道路路況比較差，堆存運輸行走的道路及卸泥平臺由于使用大量的含堿赤泥（含堿0.3%），因此在降雨、臺風等惡劣天氣時，庫區道路非常泥濘和濕滑，致使干赤泥堆場赤泥運輸車輛因車輪打滑而無法在庫區道路上行走進行堆存作業，影響赤泥堆場正常生產運作;而在晴天，庫區道路路面的強度差塵土多，赤泥運輸車輛通過庫區道路產生揚塵大，因此維護庫區道路成本和勞動強度非常大。

鑒于此，解決赤泥壩庫區道路狀況勢在必行。通過對土壤固化穩定劑比較分析，選擇加拿大生產的CBR Plus土壤固化穩定劑在赤泥道路上做6 400 m2的試驗道路，從施工工藝、路面強度、筑路和維護的經濟性等方面驗證該土壤固化穩定劑在赤泥道路上應用的效果。

2 土壤固化劑穩定劑技術原理

加拿大生產的CBR Plus土壤固化穩定劑是一種陰離子合成硫化物產品，無毒無害，不污染水源，不抑制植物生長，具有改性和穩定固化赤泥的性能;經水稀釋后，使溶液呈高導電性能;它與帶負離子的赤泥混合后與赤泥顆粒表面吸附水的活性陽離子進行強烈交換，促使赤泥擴散層厚度減薄，電位勢下降，赤泥顆粒之間的排斥能降低，鏈接加強。同時，中和赤泥顆粒表面所帶有的負電荷，使赤泥顆粒失去對水的靜電吸引力，從而釋放出束縛在吸附層和擴散層的結合水，使其轉化成為自由水排出。這種電化學作用改變了赤泥土壤顆粒雙電層結構，成為不可逆返的過程。將赤泥土壤的親水性永久地改變為疏水性，使土壤易于壓實，形成結構穩定的整體板塊，從而增強赤泥道路的穩定性和耐久性，減少赤泥道路損壞，改變赤泥土壤的物理化學性能。因此，與使用傳統的石灰、粉煤灰類無機結合料加固赤泥土壤的作用相比，改良加固后的赤泥土壤隨著水分的排出和壓實，其強度與時俱增且水穩性好[1]。

3 土壤固化劑穩定劑試用方案

采用改性固化赤泥筑壩國內尚無相關規范、標準及成熟經驗可借鑒。為保證后期項目順利開展，根據相關技術規范要求及現場實際，先期開展試驗段設計工作。結合堆場建設方案、現狀情況、項目位置區域地質、地形條件及相關規范及技術標準要求，初步擬定試驗段建設方案如下。

擬使用加拿大進口CBR Plus土壤固化穩定劑建改性赤泥道路，分兩個階段試驗。第一階段試驗路段總長度為200 m，道路寬度為10 m，卸料平臺面積為1 000 m2，共3 000 m2，全部在原赤泥所筑道路的舊路路面及舊卸料平臺面進行噴灑作業;第二階段選取3 400 m2的區域進行試驗，即完成全程300 m道路施工（道路寬度為8 m，固化厚度為30 cm），其中200 m為翻拌式（赤泥與固化劑混合翻拌）施工，100 m為直接噴灑式施工，以及1 000 m2的卸料平臺，其中500 m2使用固化劑與赤泥翻拌式施工，500 m2直接使用噴灑式施工。

4 土壤固化劑穩定劑實施情況

4.1 第一階段試驗實施情況

4.1.1 赤泥道路試驗準備

試驗路段選用廣西某氧化鋁廠壩場站的三期干堆場的赤泥道路，即三期干堆場的6#庫往5#庫方向200 m（路段標高達124）的原有路段;試驗設備：挖機、壓路機和灑水車各1臺。

4.1.2 改性固化赤泥道路試驗

4.1.2.1 路面進行必要維修

用挖機修補原有路段路面坑洼和變形處，恢復3%～4%路拱及兩邊自然排水，用壓路機壓實。經檢驗合格后，進行3天的直接噴灑固化處理階段。

4.1.2.2 噴灑固化處理

灑水車裝入水與固化穩定劑混合，固化穩定劑與清水的比率為1∶1 000（按體積比計），然后將固化劑稀釋液直接均勻地噴灑在壓實路面上，噴灑時間為每天上午噴灑一次，下午用灑水車噴灑清水一次，每天噴灑稀釋液后，待路面無積水，道路稍干不黏狀態下即可用壓路機碾壓1～2遍，不需養護即可直接通行赤泥運輸車輛。這樣連續5天用灑水車交替噴灑固化劑稀釋液和噴灑清水的固化處理。

4.1.3 第一階段道路質量檢測

道路施工完成后，分別進行了彎沉檢測和壓實度檢測（見表1），噴灑固化劑稀釋液工藝前后的彎沉代表值都低于標準值150[2]，平均壓實度分別是95.2%和96.6%，都高于標準值95%[2]，但使用噴灑固化劑稀釋液后的赤泥道路力學性能得到明顯的改善。

4.2 第二階段試驗實施情況

4.2.1 赤泥道路試驗準備

試驗路段選用干堆場三期5#庫赤泥運輸道路300 m和卸料平臺的新路段，其中采用翻拌式施工的200 m路段為上坡路段，采用直接噴灑式施工的100 m路段和卸料平臺為平面路段;該階段試驗需要的設備為冷再生機、挖機、壓路機和灑水車各1臺及赤泥運輸車輛若干輛。

4.2.2 改性固化赤泥道路試驗

4.2.2.1 直接噴灑式路面施工

施工工藝流程如下：①在赤泥層上整理路床→②用赤泥鋪設約300 mm厚的路基→③挖機平整路面→④平地機整形路面→⑤壓路機碾壓路面→⑥灑水車配制固化劑稀釋液→⑦壓路機碾壓路面→⑧灑水車噴灑清水路面養生→⑨開放交通。連續5天重復工藝流程步驟⑥～⑧的固化處理。

4.2.2.2 噴灑翻拌式路面施工

施工工藝流程如下：①冷再生機整理路床→②用赤泥鋪設約300 mm厚的路基→③挖機配合平整路面→④灑水車配制固化劑稀釋液→⑤冷再生機噴灑、翻拌→⑥平地機整形路面→⑦壓路機碾壓路面→⑧灑水車灑清水養生。完成施工后，經過第一天養護，第二天放開交通讓赤泥運輸車輛試運行。

4.2.3 第二階段道路質量檢測

4.2.3.1 土工試驗檢測

在噴灑、翻拌固化劑稀釋液前后，分別在赤泥道路上進行土工試驗檢測，主要檢測赤泥道路的界限含水率、土的擊實試驗、土的承載比（CBR）試驗（%）、顆粒分析（篩分法）等項目。表2中顯示，添加固化劑稀釋液前，赤泥塑性指數為26.8，大于標準值26[2]，屬于高液限粉土[3]，其最大干密度為1.64 g/cm3，最佳含水率為21.6%，CBR承載力均小于3，被判定為不合格，不適合做公路工程用泥[3]。通過添加固化劑稀釋液后，赤泥塑性指數降為17.5，小于標準值26[2]，屬于低液限黏土[3]，最大干密度為1.84 g/cm3，最佳含水率為13.2%，CBR承載力均小于6.6，判定為合格，適合做公路工程用泥[3]。

4.2.3.2 力學性能檢測

道路施工完成后，進行了彎沉檢測和壓實度檢測（見表3），通過兩種不同的施工工藝的檢測，其彎沉代表值都明顯低于標準值150[2]，判定合格;同時，在現場進行灌沙法密實度檢測，兩種施工工藝的壓實度分別為96.2%和96.8%，均大于標準值95%[2]，判定合格。說明兩種施工工藝的力學性能都比較好。

4.2.4 現場觀察

赤泥運輸車輛來回在赤泥道路運輸，運輸車輛會攜帶大量的浮泥撒落到赤泥道路上。同時，赤泥道路本身也會起泥，試驗道路起泥量非常少，只有表層5 mm左右的泥量，故晴天赤泥運輸車輛行駛在試驗道路上，塵土幾乎沒有飛揚，而雨天道路泥濘少，運輸車輛也可順利通行，確保赤泥堆場良好運作;而傳統赤泥庫區修筑道路方法修筑的道路起泥嚴重，有50 mm以上的泥量。故晴天赤泥運輸車輛行駛在赤泥道路上時塵土飛揚，雨天因赤泥道路泥濘而使運輸車輛通行緩慢甚至無法通行，嚴重影響赤泥堆場的運作。圖1和圖2是試驗路段與非試驗路段路面的晴、雨天的對比圖片，說明試驗路段的路面明顯好于非試驗路段路面。

5 應用的可行性經濟性

5.1 CBR Plus固化穩定劑的技術評價

CBR Plus土壤固化穩定劑可以改善不良路基的原有環境，對道路路基結構的穩定性和承載能力有提高的功效。施工方法不同于傳統方法使用石灰、粉煤灰穩定赤泥，只需將CBR Plus土壤固化劑稀釋液噴灑于路基土表面，用翻拌機具進行翻松拌勻，經碾壓即可。該方法操作簡單，利用現有的機械設備就可以完成施工作業。同時，在施工過程中不會影響赤泥運輸車輛的通行，施工時間較短。

5.2 CBR Plus固化穩定劑施工的經濟評價

5.2.1 材料費

采用CBR Plus土壤固化穩定劑固化路基，可以就地取材，只需加入一定劑量的固化穩定劑（約7元/m2），可在較短期內提高整體路基強度，路基造價增加不大。

5.2.2 挖運費

在赤泥的運輸生產過程中逐步形成道路基礎，不使用其他路用材料如粉煤灰、石灰及碎石料，節省了購買路用材料的費用和運費，降低了工程成本。

5.2.3 施工費

CBR Plus土壤固化穩定劑路基與現堆場筑路壩的施工工藝基本相同，使用施工工程機械也大致相同，施工方法與常規方法相當，但使用土壤固化穩定劑的道路施工工程時間較短，節約部分工程費用。

5.2.3 養護費

根據試驗路段的生產經驗，噴灑或拌合的赤泥道路均可在施工完畢后第二天通車，其穩定性、耐久性及不透水性能良好，減少道路的生命周期養護費用。

6 結論

通過對項目試驗研究，對CBR Plus固化穩定劑及其技術應用是一次寶貴的實踐。通過兩個階段6 400 m2試驗路段的實施，分別應用固化穩定劑的直接噴灑工藝和噴灑翻拌式工藝。同時，觀察實際路用效果和抑制揚塵的效果，分析CBR Plus檢測數據和技術工程的經濟適用性。實踐檢驗了CBR Plus固化穩定劑應用在赤泥道路強度的變化過程及抑制塵土的功能。檢測結果和實際應用效果表明試驗路段的質量均達到各項標準。

（1）CBR Plus土壤固化劑固化穩定赤泥的作用機理主要是通過固化劑與赤泥的一系列物理及表面化學作用，改變土赤泥顆粒表面特征和性質，減薄赤泥顆粒的雙電層，增強赤泥顆粒間的電性作用力，依靠赤泥自身性能的改變達到加固土的目的。

（2）加入CBR Plus固化劑后無側限抗壓強度（CBR）明顯提高，一般提高幅度在10%～20%，隨使用期的增加，強度還會進一步增大，有利于改良赤泥用于赤泥壩加固和穩定道路，能提高道路承載力。

（3）摻入CBR Plus土壤固化穩定劑后赤泥的屬性已經發生變化，不合格的高液限黏土改變為合格的低液限黏土，適合應用在公路工程。

（4）相比傳統赤泥庫區修筑道路方法修筑的道路，使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路能在雨后快速恢復通車，優勢明顯。

（5）連續晴天使用時，使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路起泥非常少，只有表層5 mm左右，而傳統赤泥庫區修筑道路方法修筑的道路起泥嚴重，有50 mm以上。

（6）使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路出現缺陷時，比如地基塌陷等破壞板結層，會像柏油路面一樣，不及時修復則損壞會持續擴大。但損壞部位修復比較簡單，直接灑水、壓實即可。

（7）使用CBR Plus固化劑改良的赤泥道路，不需要使用石灰和粉煤灰，完全不占用赤泥堆場庫容。

參 考 文 獻

[1]信恒企業（加拿大）有限公司.CBR PLUS SUPE（泥土固化劑）手冊[Z].2001.

[2]JTG E60—2008，公路路基路面現場測試規程[S].

[3]JTG F10—2006，公路路基施工技術規范[S].