唐龍全

（張家口市萬全區(qū)公路管理中心，河北 張家口 076250）

0 引言

我國地域遼闊，擁有很多豐富的自然資源，其中粉黏土廣泛分布在我國20 多個(gè)省市、自治區(qū)，所覆蓋面積達(dá)到近15萬km2以上。由于粉黏土用于路基填筑可能會(huì)導(dǎo)致路基不均勻沉降、路肩斷裂與坍塌、邊坡坍塌與滑坡等不良危害?，F(xiàn)階段常使用水泥改良粉黏土，使其塑限降低后，再用于路基施工，但我國對(duì)水泥改良粉黏土施工參數(shù)并未明確[1]。故本文研究水泥改良粉黏土路基施工技術(shù)，采用水泥劑量為2%, 3%, 4%, 5%改良粉黏土，依托實(shí)際工程，結(jié)合路基施工工藝，在試驗(yàn)路段進(jìn)行改良粉黏土路基施工，最后進(jìn)行質(zhì)量檢測分析，研究最佳水泥摻量。

1 工程概況

某公路全線長136km，設(shè)計(jì)車道為雙向四車道，設(shè)計(jì)車速100km/h，起點(diǎn)樁號(hào)為K1420+000，終點(diǎn)樁號(hào)為K1558+000，路基寬36m，路基平均填高4m，最大填高6m，最小填高3.2m。根據(jù)對(duì)此地段道路水文地質(zhì)探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卦陆涤炅枯^大，土質(zhì)較為松軟，多為粉黏土等不良土樣。本文選用某正在施工公路K1530+000—K1530+400 道路右側(cè)作為試驗(yàn)路段，并對(duì)道路土質(zhì)物理性能和顆粒組成進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)匾合逓?1.56%，塑限為18.64%，塑限指數(shù)為14.51%，粉黏土顆粒組成中粒徑0.002~0.075mm 占比68.2%。研究結(jié)果表明當(dāng)?shù)胤垧ね两Y(jié)構(gòu)疏松，空隙率較高，吸水能力較強(qiáng)，選擇粉黏土作為路基填料會(huì)嚴(yán)重影響工程質(zhì)量，需對(duì)粉黏土進(jìn)行改良。結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)路段土質(zhì)物理性能和顆粒組成

2 施工工藝

2.1 原材料指標(biāo)檢測

水泥具有較好的水穩(wěn)性能和黏結(jié)能力，而粉黏土工程性質(zhì)較差，強(qiáng)度較低，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，塑性較差，可以通過水泥材料進(jìn)行改良，適量水泥摻入粉黏土進(jìn)行均勻拌和，由于水泥的水化作用，在粉黏土顆粒之間形成牢固的骨架結(jié)構(gòu)，可以有效增強(qiáng)粉黏土的塑性，改善粉黏土作為路基填料強(qiáng)度不足、黏結(jié)力不強(qiáng)的缺點(diǎn)[2]。故本文采用水泥改良粉黏土進(jìn)行工程項(xiàng)目的施工，在試驗(yàn)路段采用某公司生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為42.5 的水泥，并對(duì)水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表2所示。

表2 水泥物理性能試驗(yàn)檢測結(jié)果

2.2 準(zhǔn)備工作

為研究不同摻量水泥改良粉黏土對(duì)路基施工質(zhì)量的影響，本文選用某正在施工公路K1530+000—K1530+400 道路右側(cè)作為試驗(yàn)路段，全程400m，將試驗(yàn)路段平均分成4 段，每段長100m。試驗(yàn)路段A,B,C,D水泥摻加量分別為2%,3%,4%,5%。

土基清掃完成后進(jìn)行放線工作，根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖在試驗(yàn)路段進(jìn)行人工放線。施工前為保證高程等指標(biāo)滿足規(guī)范要求，采用測量儀器對(duì)中線和導(dǎo)線進(jìn)行檢測，對(duì)存在的誤差進(jìn)行微調(diào)。

2.3 拌和與填筑

水泥改良粉黏土采用現(xiàn)場拌和，拌和時(shí)嚴(yán)格控制拌和速度，拌和完成后進(jìn)行分層填筑。由于路基寬為36m，為使填料量滿足要求，在土基表面劃定6m×6m白方格線，隨后進(jìn)行卸料，卸料原則為先高后低、先兩側(cè)后中央，將改良后的粉黏土碾壓整平，推土機(jī)工作時(shí)需要均勻前行，往返整平3~5遍，推土機(jī)行駛速度不應(yīng)超過10km/h，并嚴(yán)格控制路基壓實(shí)度，改良后的粉黏土松鋪厚度要控制在26cm以內(nèi)[3]。

2.4 碾壓

路基路面壓實(shí)處理主要包括初壓、復(fù)壓和終壓3 個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要配套的碾壓設(shè)備，嚴(yán)格按照相關(guān)流程實(shí)施碾壓操作，高效完成碾壓作業(yè)，保證壓實(shí)效果能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。碾壓工作可以使改良后的粉黏土相互擠壓密實(shí)，因此碾壓作業(yè)十分重要。碾壓成型原則為“先輕壓，后重壓、先慢壓，后快壓、先壓兩邊，后壓中間”。初壓采用三輪壓路機(jī)，壓實(shí)速度控制在1km/h，靜壓3 遍；復(fù)壓采用振動(dòng)壓路機(jī)，壓實(shí)速度控制在1.5km/h，重壓5 遍；終壓采用膠輪壓路機(jī)，壓實(shí)速度控制在1.5km/h，靜壓2遍。

2.5 檢測

改良粉黏土路基施工完成后，分別對(duì)試驗(yàn)路段A,B, C, D 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、CBR 承載比和抗壓回彈模量進(jìn)行檢測，并比較4組不同摻量路用性能優(yōu)劣，得到最佳水泥摻量。

3 路用性能檢測

3.1 強(qiáng)度

為研究不同水泥劑量改良粉質(zhì)黏土路基施工對(duì)道路強(qiáng)度的影響，本文在試驗(yàn)路段采用4組水泥劑量改良粉質(zhì)黏土進(jìn)行施工，并分別在第7d 和28d 進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果如表3、圖1所示。

表3 第7d和28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果 單位：kPa

圖1 第7d和28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻量關(guān)系

由圖1 可知，對(duì)第28d 抗壓強(qiáng)度與水泥摻加量進(jìn)行線性分析：y=69.24x+323.65,R2=0.9348，隨著水泥劑量增加，試驗(yàn)道路抗壓強(qiáng)度增加。這是因?yàn)榉垧ね僚c水泥混合后，水泥遇水后水化反應(yīng)產(chǎn)生Ca（OH）2，Ca2+與顆粒表面的陽離子發(fā)生交換，使顆粒的吸水性降低，增加粉黏土的水穩(wěn)定性；Ca2+與氫氧根離子滲入土顆粒內(nèi)部，與粉黏土礦物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，減少親水礦物的含量，并提高土顆粒間的連接強(qiáng)度，從而降低粉黏土的膨脹性，提高粉黏土的強(qiáng)度[4]。依據(jù)檢測結(jié)果可知水泥摻量為2%時(shí)，改良粉黏土已經(jīng)滿足路基施工要求。

3.2 CBR承載比

為研究不同水泥劑量改良粉質(zhì)黏土路基施工對(duì)道路承載比的影響，本文在試驗(yàn)路段采用4組水泥劑量改良粉質(zhì)黏土進(jìn)行施工，并進(jìn)行CBR 承載比試驗(yàn)檢測，按照計(jì)算公式計(jì)算CBR，計(jì)算公式如下所示：

式（1）中：p為單位壓力（kPa）；ps為相應(yīng)貫入度的標(biāo)準(zhǔn)壓力（KPa）。檢測結(jié)果如表4、圖2所示。

圖2 試驗(yàn)路段CBR承載比與水泥摻量關(guān)系

表4 試驗(yàn)路段CBR檢測結(jié)果

由圖2 可知，試驗(yàn)路段A 到試驗(yàn)路段D 水泥劑量從2%增加到5%，其CBR 從42.6%增加到73.6%，CBR 增長率達(dá)72.6%。CBR 是衡量路基填料強(qiáng)度是否滿足施工要求的主要指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)路段CBR 承載比與水泥劑量進(jìn)行線性分析：y=10.25x+31.95,R2=0.9973，兩者呈線性關(guān)系。水泥摻量為2%時(shí)，改良粉黏土CBR 值已經(jīng)滿足路基施工對(duì)填料的要求。

3.3 抗壓回彈模量

為研究不同水泥劑量改良粉質(zhì)黏土路基施工對(duì)道路抗壓回彈模量的影響，本文在試驗(yàn)路段采用4組水泥劑量改良粉質(zhì)黏土進(jìn)行施工，并分別在第7d 和28d 進(jìn)行抗壓回彈模量試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果如表5、圖3所示。

表5 第7d和28d抗壓回彈模量檢測結(jié)果 單位：MPa

圖3 第7d和28d試驗(yàn)路段抗壓回彈模量與水泥摻量關(guān)系

由圖3 可知，試驗(yàn)路段齡期為28d 時(shí)抗壓回彈模量高于齡期7d，抗壓強(qiáng)度隨齡期增加而增加。齡期為28d時(shí)，試驗(yàn)路段A 抗壓回彈模量為0.41MPa，試驗(yàn)路段C抗壓回彈模量為0.59MPa，回彈模量增加率為41.5%，而試驗(yàn)路段D 抗壓回彈模量為0.60MPa，回彈模量增加率為1.7%，水泥劑量從2%增加4%，改良粉黏土的抗壓模量和抗變形能力得到較為明顯的提升，而水泥劑量從4%增加到5%，提升幅度較小。對(duì)第28d抗壓回彈模量與水泥摻加量進(jìn)行線性分析：y=0.069x+0.345,R2=0.92，隨著水泥劑量增加，試驗(yàn)道路抗壓回彈能力和抗變形能力增加。

4 結(jié)語

本文依托實(shí)際工程，介紹兩種改良粉黏土措施，并在試驗(yàn)路段采用水泥摻量為2%~5%對(duì)粉黏土路基進(jìn)行填筑施工，通過對(duì)試驗(yàn)路段無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、CBR承載比和抗壓回彈模量進(jìn)行檢測，證明水泥摻量為2%時(shí)，改良粉黏土已經(jīng)滿足作為路基填料的規(guī)范要求，但從經(jīng)濟(jì)性和施工質(zhì)量角度出發(fā)，水泥改良粉黏土最佳摻量為3%。