水泥稳定土在高速公路中的应用

杜海峰

水泥稳定土在高速公路中的应用

杜海峰

(安徽省公路桥梁工程公司,安徽合肥 230031)

粉质土经过水泥改善后有良好的社会效益和经济效益,因此,水泥稳定土在高速公路工程中可积极应用,但要注意控制其关键技术及影响强度的因素等问题。

高速公路路基;粉质土施工;施工工艺

0 引言

泗许高速公路第二标段均为粉质土,实测CBR值为1.3%,不能满足公路路基下路堤1.5m以下承载比大于3%的要求,在进行路基施工时需要对此粉质土进行改善[1],使之既能满足公路工程各项施工技术规范要求,又能充分利用现有资源,节约投资,得到社会效益和经济效益的双丰收。

1 水泥稳定土的作用机理

水泥和土加水拌和后,水泥与水发生强烈的水解和水化反应,分解出Ca(OH)2,并形成其他水化物(3CaO· 2SiO2·3H2O、3CaO·Al2O3·6H2O、CaO·Fe2O3·H2O等),这些水化物在土中形成水泥石骨架,承担大部分荷载,而土中的自由粉粒数量明显减少,从而得到一种持水能力低、稳定性增加、强度明显提高的粗颗粒,这就是水泥稳定土的作用机理。

水泥稳定土主要的作用体现在两方面,一是改变了土的塑性[2],使之更符合工程要求,二是增加了土体的强度和稳定性,延长了工程的使用寿命。

对第二标段现场的粉质土进行了颗粒分析及有关特性试验,得到了以下几项基本数据:

颗粒分析:小于0.075mm的颗粒92.8%;最大干密度:ρdmax=1.72 g/cm3;最佳含水量:ωop=13.9%;CBR值为1.3%;膨胀量为1.79%;液限值:ωL=26.7%;塑限值: ωP=16.1%;塑性指数:IP=10.6。

以上试验数据显示,该土的液限不大于45%,塑性指数不大于20,且该土的不均匀系数Cu不小于5,因此该粉质土可以用水泥进行改善。经过重型击实试验确定试验参数:最大干密度ρdmax=1.95g/m3,最佳含水量ωOP=12%。根据最佳含水量和计算的干密度制备无侧限抗压强度试件,试件的数量每组6个,在25℃的养护室保湿养生6d,浸水24h后,进行无侧限抗压强度试验及承载比试验,不同水泥掺量的实验数据见表1。

试验结果表明水泥含量为2%时,能够满足公路下路堤承载比>3%的要求,又能满足7d龄期无侧限抗压强度的要求。

表1 不同水泥掺量的实验数据

2 水泥稳定土的施工

2.1 基本参数的确定

在水泥混合料中,土、水泥和水的数量可按以下方法确定。

2.1.1 水泥稳定土混合料的质量

式中 M——水泥土混合料的质量,t。

h——路段的高度,m。

b——路段的宽度,m。

L——路段的长度,m。

Pd——水泥稳定土的预期压实干密度,t/m3。

2.1.2 混合料中水的质量

式中 ω——混合料的含水量,%。

2.1.3 混合料中干土的质量

式中 C——水泥剂量,%。

2.1.4 混合料中水泥的质量

通常水泥的含水量很小,对于施工来说可以忽略不计。第二标段取层厚h=0.4m、宽度b=28m、L=100m,则取ρdmax=1.95t/m3, M=1.04×0.4×28×100×1.95=2271.4t取ωop=12.0%,Mω=12.0%×2271.4=272.6t

2.2 施工方法

本工程采用路拌法进行水泥掺拌施工。采用虚铺厚度30cm,压实厚度25cm,压实系数1.2,要求拌合整平、碾压几道工序紧紧衔接,在2h内完成。

2.2.1 洒水

粉质土含水量为6%,远远小于最佳含水量,呈粉状。施工时要补充含水量至12%左右方可进行压实。压实度达93%以上满足公路施工规范。此类土渗透系数较小,提前一天洒水自渗厚度为10cm,所以施工时要提前洒水拌合,随摊铺随洒水随检测,含水量合适后立即进行碾压成活。

2.2.2 撒铺

为使水泥撒布均匀,本工程采用面积法进行水泥撒铺。先将需拌合的粉质土洒水平整,并用两轮光面钢轮压路机碾压1～2遍,使土层表面平整并有一定的压实度,然后进行人工撒铺,水泥撤铺均匀后采用旋耕犁翻拌均匀,拌和翻拌次数不少于5遍。

2.2.3 碾压

拌和平整后用推土机摊开,静碾压一遍,人工配合平地机整形至设计路拱。然后使用14t前光后胶震动压路机静压、振压各一遍,再用18t振动压路机静压、振压各一遍,最后用16t胶轮压路机胶轮碾追密压实一遍。

2.2.4 为提高一次验收合格率,应增加施工过程的检测频率,发现问题及时处理[3]。

2.2.5 养生

养生期需要保持压实层长期湿润,否则表层风干土仍是粉状,膨胀量大。

3 影响水泥稳定土强度的因素分析

3.1 土的物理组成、化学成分的影响

3.1.1 颗粒级配

土的颗粒级配情况直接影响混合料的密实度,从而影响稳定土的强度、渗透性、压缩性。级配不好,软弱颗粒比较多,不足以填充粒间空隙,粒间接触的面积相对小。击实过程中一些颗粒被压碎,会导致强度上不去。

3.1.2 颗粒大小

小于0.075mm的颗粒对水泥稳定混合料的弯拉强度和弹性模量有很明显的影响。通常是其含量愈多水泥混合料的强度和弹性模量越小。

3.1.3 土中有机物含量的影响

土中有机质含量越多,水泥的结硬度越延缓,水泥稳定后,其强度很低;反之,土壤中无有机质其结硬度增长迅速且强度很高。我国规定,在用水泥稳定土做底基层时,土中有机质含量不得超过2%。

3.1.4 硫酸盐

硫酸盐能与结硬水泥中的铝酸三钙结合生成硫酸铝酸钙,造成土体积增大,从而破坏水泥稳定土的胶结。3.1.5 碳酸盐

土中含有CaCO3,有利于水泥稳定。由于多数植物在石灰质的土中不能生长,所以这种土中有机质含量很低,而且土中的任何有机质都被钙离子所饱和。

3.2 水泥的影响

3.2.1 水泥的类型

由于从拌合到压实,一般需要的时间至少为2h,采用当地产的普通硅酸盐水泥,采用终凝时间较长标号为3215级的水泥。水泥的终凝时间越长,则从拌合到压实的延迟时间对水泥混合料的干密度和抗压强度的影响越小,因此选用终凝时间长的水泥对于路拌施工是有利的。快硬水泥、早强水泥及已受潮变质的水泥不得使用。

3.2.2 水泥掺量

水泥稳定土的强度随水泥剂量增大而增大,每增加单位水泥掺入比所引起的强度增量在不同龄期是不同的,在0～90d范围内,龄期越长这种增量越高。经大量实验数据的数理统计,水泥稳定土的抗压强度与水泥掺人比例呈幂函数关系。通常其掺量以达到基本指标的要求为标准。

3.3 施工中其他因素的影响

3.3.1 摊铺水泥

只有使水泥在土中均匀分布才能使水泥在稳定土中发挥最大的功效。

3.3.2 拌合

拌合不均匀会大大影响水泥稳定土的强度,水泥含量少的地方强度不能满足设计要求,水泥含量高的地方会产生裂缝。

3.3.3 从加水拌合到压实的延迟时间。

水泥遇到水就发生水化作用。从加水拌合到进行压实间隔的时间愈长,水泥的水化作用和结硬度就愈大。它会影响到水泥稳定土所能达到的密实度,间隔时间愈长,影响愈大。因此水一旦加到混合料中,应尽快拌合并摊平碾压成型,延迟时间越长水泥稳定土的干密度和抗压强度损失就越大。

为减少延迟时间的影响,保证水泥稳定土达到应有的强度[4],本工程按照国家一些通用规定,在加水拌合后2h内完成压实。

4 结束语

通过对水泥稳定土的实践证明:当路基原状土为粉质土时,可采用掺拌水泥的方法增加其强度和承载比。水泥稳定土能够形成良好的板体,有利于就地取材。改外弃换填为原土质进行水泥改善处理,不但能保证工程质量,还可以降低工程造价。

[1] J TJ Fl0—2006.公路路基施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2007.

[2] J TJ 057—94.公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京:人民交通出版社,1994.

[3] 纪永刚,丛利.谈水泥稳定度强度的影响因素[J].黑龙江交通科技,2005,132(2):17219.

[4] 赵健.水泥稳定土底基层机械化施工[G]//中国公路学会筑路机械学会第十四次学术年会论文集12003.

责任编辑:文 月

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2010203216

杜海峰(19732),男,安徽合肥人,安徽省公路桥梁工程公司工程师。研究方向:路桥工程技术。