基于原土固化技術的固化土基層現場試驗研究

歐海湖，譚樹成，楊仕波，付文濤，秦 華，樊明松

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司，四川 成都 610000)

1 概述

在當前道路基層方面，對鉆前工程的設計中，場坪和道路基層均采用20 cm連砂石基層，但是連砂石作為不可再生的自然資源，其材料價格較高，且很多地區不易購買。用于地基處理的片石、塊石等資源較為短缺，在很多地區同樣價格較高且不易購買[1]。采用石化技術對土體進行石化處理，可顯著提高土體的水穩性和壓實性，處治并壓實后的土體含水率低、承載力高、水穩性好，可直接作為道路及場坪基層使用，其上可直接澆筑混凝土面層或者鋪設裝配式混凝土面層[2-3]。

2 現場土體含水率調查

近年來，對典型的鉆前工程現場土體進行了取樣，測定了其含水率，為黏土石化技術在鉆前工程中的應用提供基礎數據和科學依據，在開展黏土石化技術工程應用之前，要先測定和掌握現場土體的含水率，根據含水率的高低狀況，采用不同的材料配比及處治方式[4]，見表1。

表1 代表性的井場現場土體含水率統計

由表1可知，根據含水率檢測，用得出的數據來確定減水粉劑和液劑的用量。

3 固化土基層現場試驗研究

3.1 工程概況

威204H79平臺鉆前工程項目位于四川省威遠縣高石鎮小灣村7組；井場平面尺寸為125 m(長)×80 m(寬)，井場區域地貌為丘陵地帶，井場縱向軸線沿西北東南方向布置；維修公路4.0 km、改建公路0.18 km、新建公路0.442 km，道路總長4.622 km，見圖1。

3.2 試驗目的

1)通過現場實驗的方法，研究石化土基層的施工工藝[5]。

2)通過現場試驗來驗證石化技術材料的配比以及石化土基層和混凝土面層的厚度的準確性。

3.3 試驗方案設計

試驗場地分為三個區域，分別是：A區：試驗進場新建道路區域；B區：井場前場填土區域；C區：傳統換填法區域，其中A，B兩區域均使用黏土石化技術分別處理道路及場坪，而C區作為對照組利用傳統換填法對場坪進行處理，最終通過檢測路基和基層的承載力及穩定性等性質，研究石化技術實際工程應用效果。

3.4 現場施工過程與內容

根據《黏土石化技術路面基層技術規范》，對進場道路路基填料擬采用土壤減水粉劑和土壤穩定液劑進行處治，新建進場道路為239 m，處治路基寬度為4.5 m，處理厚度為0.5 m。

3.4.1 進場道路底基層施工

1)用挖機翻挖進場道路底基層，深度約為0.6 m(包含10 cm與土壤穩定液劑拌合形成的基層)。

2)將計量好的土壤減水粉劑均勻攤鋪于現場相應處理區域土料上，將土壤減水粉劑與土進行拌合。

3)采用18 t～22 t壓路機碾壓，進行靜壓2次和動壓3次，壓實后的底基層處治層厚度為0.6 m，壓實度要求：不小于90。

3.4.2 進場道路基層施工

1)用土壤減水粉劑拌合場內棄方土壤。

2)挖掘機對已處理的道路地基刨松10 cm，將土壤穩定液劑噴灑在刨松的路基上。

3)轉運用減水增實粉劑處理好的土壤進行攤鋪25 cm、與刨松的地基充分拌合，作業深度為50 cm。

4)轉運用土壤減水粉劑處理好的土壤進行攤鋪20 cm、與刨松的地基充分拌合，與刨松的10 cm地基形成30 cm拌合了土壤穩定液劑的基層。

3.4.3 進場道路路面施工

采用碎石路面，在最后一次碾壓完路面基層后，將3 cm～5 cm粒徑的碎石鋪撒在路面基層上，再用壓路機將其碾壓嵌入路面基層，形成碎石路面，起到保護路面基層和防滑的作用。

4 飽和土石化技術現場檢測過程

4.1 回彈彎沉試驗

由黏土石化劑處理過和未經處理過的其結構的路基(地基)和基層檢測項目，在各檢測項目修筑完成并養護后，開始對其做結構承載力試驗[6]。彎沉試驗采用貝克曼梁法測定路基回彈彎沉。現場試驗過程見圖2。

4.2 壓實度試驗

路基壓實度的測定主要包括室內標準密度(最大干密度)確定和現場密度試驗[7]。現場試驗過程見圖3。

4.3 環境影響分析

針對現場水樣、土樣、摻黏土石化粉劑的土樣和摻粉劑加液劑的土樣四種樣品分別開展短期強化浸出實驗[8-9]。進一步評估環境風險，試驗過程見圖4。

5 飽和土石化技術試驗結果與分析

5.1 進場道路路基試驗結果與分析

1)回彈彎沉試驗采用貝克曼梁測定回彈彎沉的方法，基層試驗結果見表2，表3。經檢測，未處理路基回彈彎沉代表值為211.6×10-2mm，已經處理路基回彈彎沉代表值為267.3×10-2mm。小于設計彎沉290×10-2mm，滿足設計要求。

表2 貝克曼梁測進場道路路基回彈彎沉試驗結果(未處理)

表3 貝克曼梁測進場道路路基回彈彎沉試驗結果(已處理)

2)壓實度試驗。

采用灌砂法測定壓實度的方法，路基壓實度現場試驗結果見表4，表5，經檢測，路基的壓實度均大于設計要求的93%，符合設計要求。

表4 灌砂法測進場道路路基壓實度試驗結果(未處理)(一)

表5 灌砂法測進場道路路基壓實度試驗結果(已處理)(一)

5.2 進場道路基層試驗結果與分析

1)回彈彎沉試驗。

采用貝克曼梁測定回彈彎沉的方法，基層試驗結果見表6，表7。經檢測，未處理過基層回彈彎沉代表值為229.3×10-2mm，已處理過基層回彈彎沉代表值為170.0×10-2mm，小于設計彎沉290×10-2mm，滿足設計要求。

表7 貝克曼梁測進場道路基層回彈彎沉試驗結果(已處理)

2)壓實度試驗。

采用灌砂法測定壓實度的方法[10]，路基壓實度現場試驗結果見表8,表9，經檢測，基層的壓實度均大于設計要求的93%，符合設計要求。

6 環境影響試驗結果與分析

對于黏土石化劑的相關檢測項目有很多，其中包括重金屬含量檢測，還包括氯甲烷、氯乙烯、氯仿、甲苯、氯苯、苯乙烯、二氯苯等物質含量的檢測。以下僅列出部分重金屬檢測含量，未列出的相關物質含量均符合規范要求。具體相關結果可參照檢測報告。

表8 灌砂法測進場道路路基壓實度試驗結果(未處理)(二)

表9 灌砂法測進場道路路基壓實度試驗結果(已處理)(二)

6.1 摻粉劑的土樣重金屬浸出分析

摻粉劑的土樣樣品經過浸出實驗，實驗結果見表10，經檢測，樣品不屬于具有浸出毒性的危險廢物。

表10 摻粉劑的土樣的重金屬浸出質量濃度

6.2 摻粉劑和液劑的土樣重金屬浸出分析

摻粉劑和液劑的土樣樣品經過浸出實驗，實驗結果見表11，經檢測，樣品不屬于具有浸出毒性的危險廢物。

表11 摻粉劑和液劑的土樣的重金屬浸出質量濃度

7 結語

1)通過現場路用性能檢測，經黏土石化技術處理的基層與未經黏土石化技術處理的底基層在壓實度和承載力檢測結果上相比，已處理的基層比未處理的底基層壓實度更高，承載力更強，甚至承載力數據是未處理的2倍以上。

2)將這次現場試驗結果與JTGT F20—2015公路路面基層施工技術細則相比證明，經過黏土石化技術處理的石化土是可以完全替代石灰土等作為基層路面結構使用的，而且經過處理的石化土具有石灰土等不具備的水穩性。

3)通過現場取樣，結合室內環境影響分析，使用黏土石化技術處理過的道路以及場坪能夠滿足路用性能要求和環保標準。