路基施工中的新材料简析

'路基施工材料—土壤固化剂应用简析摘要：土壤固化剂应用范围极广，而其性能稳定，可用于各种路基施工中的土壤加固，固化强度可调整，且能满足不同路基施工建设层要求，有利于加快路基施工进度，就地取材，减少建筑耗材的运量，无环境污染等。关键词：土壤固化剂，公路路基施工，施工一、引言土壤固化剂是目前世界上技术最新、效果最佳且无毒、无害、无污染的环保高聚类有机溶液。可广泛地用于各种土壤砂石材料的固化，还具有抗压强度强、万能兼容、高斥水性等特点，是一种万能的离子类固化材料，用其稳定各种土壤均能满足各等级公路路基施工技术规范要求。土壤固化剂是在土壤中加入的外加剂，将其掺入土壤中，与含有一定水分的土壤混合后，发生一系列物理-化学反应，降低土壤颗粒间的排斥力，破坏土壤颗粒间的吸附力，同时还置换出土粒表面的水分子并生成一种不可溶解的终合物，发挥类似水泥的凝固作用，对土壤的压实密度有着直接作用；而且土壤颗粒之间的距离缩短减少空隙、承载能力大大加强，从而达到高斥水性、高压实度、强承载力和抗压强度。由于土壤固化剂可以结合当地土作为主要路基施工材料，因而在技术上和经济上都具有重要意义，我国高速公路施工中改良土壤的产品仍大多沿用石灰、水泥、工业矿渣，砂、或这些材料的混合物，随着环境保护对路基施工用石料、河砂、山砂等自然资源开采的严格限制，土壤固化剂作为一种广泛易得而又环保经济实用的新型替代材料具有现实的意义。本文结合各地高速公路路基施工实践，探索其应用效果。二、施工工艺1路拌法施工（水泥固化土施工）（1）测量放线用全站仪按坐标法测量恢复中线，每10米设一排桩，并根据路基设计宽度，放出路基边线，为保证路基有效压实度和边坡的稳定，在放路基边线时应使两侧边线各宽出20cm-40cm力宜。然后测量技术员精确放出水准测量线，确定纵横断面的标高，并按设计高程在侧钎上作好标记，在进行水准高程控制时应考虑到松铺系数。（2）备土整平根据施工阶段所需的土方量拉入施工段路床，按测定的高度和宽度进行大致整平，整平方法一般采用人工配合推土机。（3）喷洒固化剂、湿拌 试验技术人员首先取有代表性的点测试含水率，精确计算作业段所需的补水总量。（根据施工天气和土质，含水量宜大于最佳含水率2%左右）然后计算作业段的体积，按每立方应加固化剂数量计算所需的固化剂用量。最后将计算出来的补水量和固化剂一并倒入洒水车并充分搅拌均匀，稀释后均匀地洒在作业段内。喷洒土壤固化剂水溶液时，宜采用压力式洒水车或喷管式洒水车，喷洒应均匀，中途不得停车。直接掺入混合料中的固化剂水溶液应分两次喷洒，首次先喷洒40%，用机械拌合不得少于两遍，再喷洒40%拌合两遍，达到拌合颜色一致为止，其余20%的固化剂水溶液应在碾压成型后喷洒封层。（4）闷料混合料拌合均匀后即可进行闷料，闷料时间为：沙土不小于6小时，粘土不小于10小时，但不超过两天。（5）摊布水泥首先将水泥用量进行计算，将施工路段划成若干个方格，每个方格按计算的水泥袋数堆放水泥，进行摊布。在摊布时应派专职施工人员控制每一个方格内的水泥数量，保证厚度和宽度，表面应没有空白的位置，也没有水泥过分集中的位置，平面力求平整。摊料过程中，应将超尺寸颗粒及其他杂物捡除。（6）补水、再次拌合闷料后，再次测定混合料的含水率，确定是否还需补水，然后用路拌机或其它合适的拌合机械进行拌合，拌合完成的标志是混合料颜色一致，没有灰条、灰团和花面，没有粗细颗粒“窝”，没有素土夹层，且水分合适、均匀。（7）固化土初压、整平混合料拌合均匀后，要立即用推土机初步排压，人工挂线精确整平，再用平地机进行整型。整平过程中，对于局部低洼处，应用齿耙将其表层厚度耙松5cm以上，并用新拌的混合料进行找补整平，整平时切忌在光滑的平面上进行薄层找补。（8）碾压整型后，应在最佳含水量时压实，要根据路宽、压路机轮距的不同，制定相应的碾压方案。通常采用l8T-22T振动压路机，先静压一遍再对固化土层进行压实作业。具体碾压时，应本着“先轻后重，先慢后快，先两边后中间，先静压后振动”的原则，速度控制在头两遍应是低速，1.5km/h-1.7km/h为宜，以后可用2.0km/h-2.5km/h的碾压速度。碾压采用纵向进退式，压路机轮迹一般要求重叠二分之一轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完固化土面全宽时，即为一遍。碾压过程中固化土的表面应始终保持潮湿，如表层水分蒸发过快，应及时补洒少量的水。如有“弹簧”、松散、起皮、剪切推移现象，应及时翻开重新拌合。注意：整个施工过程从水泥摊布到碾压必须在水泥终凝期内完成。在碾压过程中应对施工接缝处进行处理，施工接缝处，应搭接拌合。第一段拌合后，留出5～8米不进行碾压，在第二段施工时再将前段余留的未碾压段添加适量水泥和土壤固化剂水溶液重新拌合，与第二段相连一起进行碾压。 （9）养生及交通管制固化土层每一段碾压完成并经压实度检查合格后应立即中断交通，开始养生，养生时间为一周。养生方法有：a）洒水养生，要求路面保持湿润。b）覆盖塑料薄膜养生，要求用土埝纵横向封实住。c）乳化沥青做下封层养生，条件为基层的面层为沥青层。d）铺土养生：条件为上层继续施工固化土层。2集中拌合法施工对于二级和二级以下的公路，若无合适的强制式厂拌设备时，也可以将混合料集中在路旁的料场用人工配合挖土机的方式进行拌合。集中拌合法施工应符合下列要求：（1）土应粉碎，防止团块。（2）应严格按所选定的固化土配合比配料。固化剂称量必须准确。（3）出料时，混合料的含水量应大于最佳含水率1～2%。（4）进入料斗的素土的干湿状态应基本一致，固化剂水溶液宜当天配制，当天使用。（5）经拌合均匀的固化土混合料应立即运输到铺筑现场进行施工。若运距远，运输过程中宜加以覆盖，以防水分过早蒸发。（6）运输距离与时间应能保证使固化土在凝结时间内碾压完毕。（7）宜采用自卸式运输车与摊铺、碾压机械相配套，做到随拌随运随铺随压。（8）固化土铺筑前，下承层表面应拉毛、去除杂物、洒水湿润。（9）到场的固化土混合料可按数量均匀分散地直接卸于下承层面上，避免集中堆料过高，造成松实不一致。（10）摊铺可采用各类摊铺机，亦可采用人工加抓斗式挖掘机联合摊铺。在较低等级道路上，没有摊铺机时，可采用自动平地机按以下步骤摊铺混合料：a）根据铺筑层的厚度和要求达到的压实干密度，计算每车混合料的摊铺面积；b）将混合料均匀地卸在路幅中央，路幅宽时，也可将混合料卸成两行；c）用平地机将混合料按松铺厚度摊铺均匀；d）设一个3～5人的小组，携带一辆装有新拌混合料的小车，跟在平地机后面，及时铲除粗集料“窝”，补以新拌均匀的混合料，并与粗集料拌合均匀。（11）固化土的雨季施工应做好以下几点：a）注意气象预报，避开雨天施工。固化土施工应在连续2～3日无雨的条件下才可正常进行。b）确保场地排水通畅。c）现场应配备防雨遮挡物。尚未碾压已遭雨淋的固化土混合料可作素土使用。（12）固化土混合料的整型、碾压、成型等与路拌法相同。 三、经济环境效益分析土壤固化技术用于高速公路工程，显著的价值在于其经济性和环保性。（以土固精土壤固化剂为例，如下表所示）表一用传统材料施工道路基层一公里的能耗表级别项目高速公路、一级公路二、三级公路四级及四级以下道路宽度（m）×厚度（m）40×0.415×0.43.5×0.4水泥：石灰：砂石：土7：13：50：306：12：50：324：6：40：50水泥用量（t）2240720112石灰用量（t）41601140168砂石用量（t）1600060001120耗煤量（t）178651578耗燃油量（t）75286增加CO2排放量（t）44931287193增加植被损害面积（㎡）32012023料场占地面积（㎡）87034080表二用土固精牌土壤固化剂代替砂石料修筑道路基层一公里能耗表项目级别高速公路、一级公路二、三级公路四级及四级以下道路宽度（m）×厚度（m）40×0.415×0.43.5×0.4水泥：石灰：土5：3：1004：2：1003：1：100水泥用量（t）160048084石灰用量（t）96024028耗煤量减少（t）111432850减少CO2排放量（t）2893845127减少植被损害面积（㎡）32012023减少料场占地面积（㎡）85032060计算依据：每减少1万吨水泥的用量，将减少5200吨CO2气体的排放量；每减少1万吨石灰使用量，可减少8000吨CO2气体的排放量；每减少1万立方米的碎石用量，能够使约300立方米的植被得到保护。每减少1万吨水泥的用量，节省煤炭约2400吨；每减少1万吨石灰使用量，节省煤炭约3000吨；每减少1万立方米材料汽车运输（200公里），节省燃料油约70吨；每减少1万立方米筑路材料，减少料场占地约800平方米。表三用土固精牌土壤固化剂代替传统材料施工道路基层每公里经济效益和环境效益比较 等级项目高速公路、一级公路二级公路、三级公路四级公路及四级以下公路宽度（m）×厚度（m）40×0.415×0.43.5×0.4经济效益节约水泥用量（t）64024028节约石灰用量（t）3200900140节约燃油用量（t）70232节约料场占地面积（㎡）85032060合计节约资金（万元）13541.525.4环境效益减少CO2排放量（t）2893845127减少植被损害面积（㎡）32012023减少砂石料的开采量（t）1600060001120节约煤炭资源（t）111432850注：1、  表中水泥、石灰、土壤的配合比是根据施工经验估计的中间值，具体工程的配合比以试验报告的要求为准。2、  工程实践表明，由于固化土基层的抗压强度等指标远超过传统的砂石料路基，故可根据设计变更，适当减少基层和面层的厚度，表中为方便计算和比较，基层的厚度均取0.4m，即基层0.2m，底基层0.2m。实际工程中，经济效益更加明显。3、  土固精牌土壤固化剂的掺量范围为干土重量的0.01%～0.02%，混合料按2000㎏/m³计算，实际密度以现场测试的数据为准。 4、  这种复合固结土路面基层的材料及其施工方法以分布广泛的土为主要材料，可就地取材、可节省大量的燃油费，由于工程情况各异无法定量计算，在本表中不再列出。5、 表三是在综合表一和表二的基础上制出的，其中水泥、石灰、燃油的计算价格分别为：300元/吨、250元/吨、5000元/吨，料场的占地费按10元/㎡计算，全国各地情况各异，本表数据仅供参考，实际工程以当地的材料价格进行计算。四、结语通过对土壤固化剂在路基施工工程应用中的施工工艺探讨及其经济环境效益分析，可得出以下结论:（1）土壤固化剂在路基施工中实际应用简便易与控制，使用过程中环保无污染，材料易与运输，减少了运输成本。（3）经济优势显而易见。国外在高速公路路基施工建设中固化剂的应用非常普遍，并且应用领域非常广泛，不仅应用在路基顶层，而且还应用到了路面基层施工，取得了非常成熟的经验。大大节约了材料成本，并且起到了对自然资源的保护作用。我国在高速公路施工中对固化剂应用的非常少，但是作为一种新型建筑材料，固化剂具有的优势是非常明显的。 参考文献:[1]赵永巧浅谈土壤固化剂的发展与固化机理研究[2]韩笑土壤固化剂固化土的基本性能及其工程应用研究[3]土壤固化剂在高速公路路基施工建设中的应用与发展[4]BS-100土壤固化剂材料作用机理{5}土壤固化剂的应用与发展《岩土工程》2008年12月'