固化土路堤填筑施工工藝研究

汪煥鋒　吳安平　劉志強　邵吉林

摘要 為了解決固化土路堤填筑產生的環境污染和施工質量控制問題，文章以某高速公路互通工程（具有典型地下水位高特征）為依托，采用一套行之有效的廠拌填筑工藝，并進行試驗路的鋪筑，對固化土路堤填料的現場壓實工藝開展了試驗研究，最后對固化土路堤填筑效果進行觀察。結果表明：固化土填筑路基開挖板結效果好、強度高、水穩性強，可作為路堤填料代替宕渣。

關鍵詞 固化土；路堤；施工工藝

中圖分類號 U416.212文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）16-0162-03

0 引言

隨著我國城鎮化建設的迅猛發展，每年建筑業產生的廢棄土達數億立方，占用大量土地資源進行消納的同時還可能對環境造成污染。與此同時，由于公路建設的需要，對于優質路堤填料的需求日益增大，而可供開采的宕渣數量越來越少。這種供不應求的關系造成傳統路堤填料變得緊缺且昂貴。所以，開展廢棄土的資源化循環利用，將廢棄土進行生石灰、水泥固化處理后作為筑路材料，應用到路堤填筑中，不僅緩解了宕渣來源不足的問題，同時解決了城市建設廢棄土處理和公路建設筑路材料緊缺的難題。

生石灰（水泥）固化土用作填料，可廣泛應用于各等級公路和城鎮道路的路堤填筑工程中。但傳統的路堤填筑多采用路拌法，會對環境造成一定污染。同時，關于路基的壓實，影響因素較多，缺乏系統性的指導意見。尤其浙江地區，梅雨季節較長，全年降水豐富，導致該地填料含水量較高，在施工過程中路基壓實度難以控制、長期穩定性難以保證，如何控制施工質量，是該地公路工程施工中迫切需要解決的一大問題。

1 固化機理

石灰固化機理是通過石灰與土體混合時會發生一系列的物化反應完成的，主要為氫氧化鈣結晶反應、離子交換反應、火山灰反應和碳酸化反應。

石灰中有游離的Ca²⁺和OH^?離子。Ca²⁺可以和K⁺、Na⁺發生離子交換反應，從而減薄黏土顆粒吸附水膜厚度，促使土粒凝集和凝聚，并形成穩定的團粒結構。離子交換反應是石灰土獲得初期強度的主要原因。在石灰硬化過程中得到的氫氧化鈣和碳酸鈣晶體相互結合，并把土粒結成整體，從而使石灰土的穩定性得到提高[1]。黏土顆粒表面少量的活性氧化硅、氧化鋁在石灰的堿性激發作用下，與氫氧化鈣發生火山灰反應.生成不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等。這些物質遍布于黏土顆粒之間，形成凝膠、棒狀及纖維狀晶體結構，將土粒膠結成整體。隨著時間的推移，棒狀和纖維狀晶體不斷增多、致使石灰土的剛度不斷增大，強度與水穩性不斷提高。由于火山灰反應是在不斷吸收水分的情況下逐漸發生的，速度較慢；石灰中氫氧化鈣的碳酸化反應緩慢且過程較長，所以石灰硬化及火山反應是石灰土后期強度增長的主要原因[2]。

水泥固化土主要是通過水化反應形成的水泥石起骨架作用，并通過Ca（OH）2的理化作用來發揮效力。

2 固化土路堤施工工藝

固化土路堤施工工藝流程主要包括拌和、運輸、攤鋪、碾壓、養護和檢測，其關鍵工序為拌和、攤鋪及碾壓。

2.1 固化土拌和施工工藝

傳統路堤施工多采用路拌法，但是存在拌和不均勻、土塊粉碎不徹底、環境污染大等問題，所以，更綠色環保、經濟高效、適應性強的廠拌法工藝隨之發展起來[3]。

廠拌法是指設置全封閉集中固化土拌和基地，對路基用土集中脫水、破碎和拌和等機械化工藝，制備固化土的施工方法。

（1）功能分區。拌和基地應全封閉且合理劃分，功能區如圖1所示。

（2）拌和流程。第一次采用挖掘機對土源進行摻生石灰塊，翻拌燜料2～7 d，使混合料含水量降至可進行輸送條件，再將其挖裝至下沉式儲料斗，經輸送帶傳送至第一道破碎機預破碎，使混合料破碎為粒徑約為20～60 mm 的粗粒土。第二道粉碎機將大多粗粒土粉碎成細礫土，拌和機前端，設置振動篩（最大粒徑不大于20 mm），對二次破碎后的固化土進行篩分，保證符合粒徑要求的固化土通過自動稱重機裝置進入強制式拌和機，和磨細生石灰粉（石灰罐自動計量添加）進行均勻拌和出料。固化土廠內集中拌和流程見圖2～3。

2.2 全封閉運輸

固化土裝料后全程采用綠皮箱型渣土車進行全封閉運輸，堅持“不漏灰、不超載、不超速”原則，把綠色、環保、安全放在首位。

2.3 攤鋪工藝

攤鋪前，先對下承層表面進行清理和灑水濕潤處理。由于在水網地帶進行第一、二層固化土施工，故第一層固化土摻4%水泥用以提高路基強度和水穩性，同時攤鋪機因攤鋪厚度、作業條件受限，故第一層固化土填筑采用網格法，運料車在已上料區域后退卸料、推土機初平和平地機精平施工工藝；第二層固化土填筑同樣采用網格法，運料車在未上料區域后退卸料、推土機初平和平地機精平施工工藝；第三層及以上為了提高攤鋪厚度的均勻性及路面頂層的平整度，采用攤鋪機攤鋪和平地機精平施工工藝。

2.4 壓實工藝

壓實工藝按照相關規定及試驗段批準工藝具體要求執行[4]。初壓時，宜采用雙鋼輪壓路機靜壓2～3遍，碾速宜為20～30 m/min；固化土初步穩定后，再用激振力大于35 t的重型振動壓路機、18～21 t三輪壓路機或25 t以上的輪胎壓路機繼續碾壓密實，碾速宜為30～40 m/min，碾壓遍數不宜少于6遍；終壓時，采用雙鋼輪壓路機碾壓1～2遍，消除輪跡，碾速宜為50～60 m/min。

碾壓過程中，如有“彈簧土”、松散、起皮等現象，應及時翻開重新拌和或用其他方法處理，使其達到質量要求[5]。

2.5 路基養護

固化土路堤間隔鋪筑時，每鋪筑完一層后，采取覆蓋土工布灑水保濕養護7 d。養護期間如遇雨天，應在固化土路堤表面鋪設塑料薄膜等，同時加強場外排水，以減少雨水對路堤的影響。

3 工程應用

3.1 試驗路段設計

某高速公路互通工程，根據現場條件，該項目選擇其中250 m填方路基作為固化路基試驗段。固化土采用廠內集中拌和、全封閉運輸和攤鋪機攤鋪工藝，分三層填筑固化土至路床頂標高。通過固化土試驗段填筑，取得了固化土摻灰量、最佳含水量、松鋪系數、采用設備組合及壓實遍數等技術參數。固化土攤平整形后及時進行碾壓。摻灰設計見表1，填層壓實度與碾壓遍數關系見表2。

從表2可知，累積沉降量在最初碾壓時隨著碾壓遍數的增加變化較快，隨后增加變慢并趨于平緩，碾壓層的密實性增加變形達到穩定狀態，說明在一定程度上可以通過兩者間接控制壓實質量避免過壓[6]。

按照設計要求，路堤路面底面以下深度0～30 cm，一級公路要求壓實度≥96%，三層壓實度檢測結果分別為96.1%、96.4%和96.4%，均滿足設計要求；路基彎沉驗收值要求＜353.7 mm，三層彎沉值分別為345.43 mm、316.75 mm和123.45 mm，均合格。

3.2 填筑效果

參照試驗段成果進行后續規模化施工，發現固化土填筑路基開挖板結效果好、強度高、水穩性強，對其他同類型高速公路有指導和借鑒意義。如圖4～5所示。

此外，選擇兩段便道，分別進行固化土填筑和宕渣填筑，如圖6～7所示。通過約半年重載施工車輛通行后，可以清晰地判斷出用固化土填筑的便道路堤的穩定性明顯優于用宕渣填筑的便道路堤。

4 結論

（1）采用廠拌法工藝，固化土填筑路堤質量控制更為簡單，且不受地形條件限制，能充分保證灰土拌和的均勻性與環保性。

（2）固化土裝料后全程采用綠皮箱型渣土車進行全封閉運輸。固化土填料現場攤鋪：攤鋪第1、2層可預先畫出網格，采用推土機和平地機聯合施工；第3層及以上采用攤鋪機和平地機聯合施工。通過兩種不同的攤鋪工藝對比發現，兩種攤鋪工藝都能達到施工工效高、質量好的攤鋪效果，采用攤鋪機工藝攤鋪厚度更均勻、現場更整潔環保。

（3）初壓時，宜采用雙鋼輪壓路機靜壓2～3遍；固化土初步穩定后，再用重型振動壓路機、18～21 t三輪壓路機或25 t以上的輪胎壓路機繼續碾壓密實；終壓時，采用雙鋼輪壓路機碾壓1～2遍，消除輪跡。

（4）固化土填筑路基開挖板結效果好、強度高、水穩性強，可作為路基填料代替宕渣。但考慮到不同路基填筑性能要求，需結合項目需求、材料特點及周邊環境敏感性等因素，綜合分析利用可行性。

參考文獻

[1]史彩霞. 淺談公路石灰穩定土的施工技術[J]. 科學之友， 2011（11）： 86-87.

[2]申愛琴. 道路工程材料[M]. 北京：人民交通出版社， 2019.

[3]《公路路面基層施工技術細則》2015年8月1日起施行[J]. 石油瀝青， 2015（4）： 12.

[4]皇甫風雷， 蔡月青. 石灰土場拌法和路拌法的優劣分析[J]. 江西建材， 2015（19）： 94+97.

[5]賀雋. 淺談二灰穩定土底基層施工[J]. 交通科技， 2008（S1）： 81-83.

[6]趙海杰. 路基壓實質量評價指標的研究[D]. 西安：長安大學， 2015.