环海地区公路底基层料改良研究

蔡进旺 叶国强

摘要： 由于环海地区公路底基层料长期受到海水的侵蚀，风化比较严重而表现出高侵蚀高液塑限的特性，因此对公路底基层料的改良势在必行。本文通过对卡塔尔路赛CP1项目公路工程底基层材料的大量改良试验分析得出，在合理的筛选原材料和调整底基层料级配的基础上，通过优化掺入一定量的沙丘沙就可以得到满足规范要求的底基层料。这种方法不但改良成本较低，而且在现场施工中容易掌握，能确保工程质量，值得推广。

关键词： 底基层（SUB_BASE）；液塑限；级配；沙丘沙

Abstract: because of the sea area highway subbase material by seawater erosion, weathering serious and showed high erosion characteristics of the high liquid plastic limit, so for the improvement of highway subbase material is imperative. This article through to Qatar road series CP1 project highway subbase material improvement of test analysis, the reasonable selection of raw materials and adjust the subbase material gradation, on the basis of optimizing mixed with a certain amount of sand dunes can be meet the specification requirements of the subbase material. This method not only improved lower cost, and easy to grasp in the site construction, to ensure the engineering quality, is worth promoting.

key words：subbase (SUB_BASE); Liquid plastic limit; Grading; Sand dunes

中图分类号：TB3 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

众所周知，公路底基层位于垫层或土基以上，是路面结构中的中间层次，主要承受上层传来的力，并把它扩散到垫层或土基中，使传递到垫层或土基上的力控制在其容许范围内。但由于底基层直接在位于垫层或土基上经常受地表水和地下水的侵蚀危害，当受到上层传来的力时容易发生变形、剪切破坏、弯拉破坏。因此，要求公路底基层材料必须具有一定的强度、刚度和足够的水稳定性，才能抵抗危害因素的破坏，承受行车荷载，保证车辆安全平稳的运行。

就卡塔尔路赛CP1市政公路工程底基层而言，由于该工程毗邻波斯湾海岸，海拔较低（离海平面2m左右）、地下水位较高，海水侵蚀十分严重，因此设计对公路底基层材料要求极高。而CP1公路底基层材料的主要来源是箱涵开挖料，该料长期受地下海水的侵蚀，风化较为严重，天然级配较差，液塑限值较高（一般液限值在50%以上）。如对该开挖料不采取有效的改良措施，则工程需要的底基层材料将从外地购买，这样不但增加施工成本，而且将严重影响工程工期。因此，唯一的途径是对现有的材料进行大量的改良试验研究，得到满足设计要求的底基层材料。

2、底基层（SUB-BASE）料的特性

应用于本工程的底基层料是由CP1箱涵工程的开挖料破碎后产生的。根据设计要求底基层料的级配等级是C级，此料的试验结果见表1。

表1底基层（SUB-BASE）C级料试验结果

从表1试验结果看，此料液限值和塑性指数远远超过了设计要求，CBR值、膨胀率等其余指标均满足设计要求，因此，如要得到合格的底基层料就必须进行合理的改良。

3 、公路底基层（SUB-BASE）料的改良试验

3.1、 改良方法的确定

目前国内对高液限地基的改良方法主要采用石灰改良法和水泥改良法，但这些高液限材料的特点是含水量大、液塑限高、膨胀率大、CBR值较小等特性，所以当参入一定量的水泥或石灰以后，它们当中的氧化钙（CaO）与土中的水（H2O）和空气中的二氧化碳（CO2）发生化学反应生成碳酸钙(CaCO3)，从而不但降低了含水量，还提高了地基的强度，使得CBR满足设计要求。但CP1道路工程底基层料是由开挖料破碎产生的，该材料含水量十分小（平均含水量为0.5%），如采用石灰改良法或水泥改良法，一是材料中没有足够的水分与水泥和石灰石中的氧化钙发生反应生成碳酸钙(CaCO3)，达不到预期的效果，二是当地缺少相应的材料难以实施。另外，从表1的检测结果看，此集料的CBR值和膨胀率均满足设计要求，也不需要采用石灰改良法或水泥改良法来提高底基层的强度和降低膨胀率。因此如要改良后的底基层料的液塑限值满足要求，首先必须要弄清楚造成该材料液塑限值偏高的原因，然后再进行针对性的改良。

分析造成底基层（SUB-BASE）料液塑限偏高的主要原因是，由于破碎料常年处于地下水位以下，破碎料表面受海水侵蚀十分严重，这些已侵蚀的破碎料具有较强的涨缩性、崩解性、风化特性和强度衰减性，在破碎过程中很容易变成粒径小于0.075mm的细料，这些细料又表现出很强的亲水性，从而导致底基层料液塑限偏高。因此如要减小该底基层料的液塑限值，就得想办法减少这些细料含量。根据以上分析，拟定从以下几个方面进行改良：、通过合理筛选破碎料和调整底基层（SUB-BASE）集料级配，来减少粒径0.075mm以下细料含量；、通过采用参入沙丘沙方法，来增加粒径0.425mm到0.075mm集料含量。

3.2 、破碎料粒径的确定

对于箱涵开挖料分成三部分，然后分别选用筛孔孔径为150mm、100mm和75mm筛子进行了单独筛分，再将粒径大于150mm、100mm和75mm的开挖料分别破碎成底基层（SUB-BASE）C级料进行检测，检测结果见表2。

表2不同粒径破碎料检测结果

从表2的检测结果看，按照C级配（SUB-BASE）标准判定，三种不同粒径的开挖料破碎后获得试验结果，除了液塑限值无法满足设计要求外，其它物理力学性能指标满足设计要求。另外从破碎后的液塑限值看，从粒径75mm调到100mm时液塑限值下降幅度较大，从100mm调到150mm时液塑限值变化不大。因此根据以上试验结果的对比，选定粒径为100mm为C级料生产的料源。

3.3、 参入沙丘沙进行改良

由于生产的C料液塑限无法满足规范要求，因此决定在C级料中分别参入25%、20%、15%的沙丘沙进行改良，该沙丘沙是由当地政府部门提供的，0.425mm筛上通过率是99%，0.075mm筛上通过率是2%，验结果见表3。

表3掺入沙丘沙的底基层C级料改良试验结果

从表3试验结果看，液塑限值明显的随着沙丘沙含量的增大而减小，但级配仍不满足C级配料的要求。所以，我们建议提高道路底基层标准，将采用B级配料。

3.4 、提高底基层标准

之所以提高底基层标准，正是基于C级配料无法满足规范的条件下，采取的方法之一。因此，项目部派专人到多哈新建的机场以及CP2道路施工的现场进行实地考察，考察结果发现这两个在建的项目设计的道路底基层与CP1道路底基层基本相似，但区别在于他们均使用B级配料，而CP1所使用的C级料。按照《卡塔尔施工技术规范》（QCS2002）的规定，沥青道路底基层级配分为A、B、C三个等级，如果C级配在未满足设计要求时可以提高等级，采用B级配料。因此，我们与监理和业主沟通、协商，并达成一致，将CP1项目的道路底基层（SUB-BASE）由B级配料替代C级配料，其试验结果见表4。

表4底基层（SUB-BASE）B级料试验结果

通过表4试验结果和表1试验结果对比发现，当B级配料代替C级配料时，CBR值略微增大，膨胀率略减少，其液塑值和塑性指数明显下降（液限值从54%降到30%，塑性指数从29降到8）。其原因，材料的最大粒径从25mm提高到50mm，这使得开挖料在破碎过程中粒径小于0.075mm的细料含量逐渐减少，从而液塑限值下降，但是试验结果仍然不满足设计要求。因此，进一步采用参入沙丘沙方法进行改良。

根据以上试验结果，在已破碎好的B级料中，按照体积比分别参入20%、10%、8%沙丘沙进行试验，试验结果见表5。

表5掺入沙丘沙改良B级料试验结果

验结果看出，在底基层（SUB-BASE）B级料中参入8%和10%的沙丘沙时，集料的液塑限值、级配和其它设计指标均满足设计要求，但为了确保工程质量将沙丘沙参量确定为10%。

4 、现场施工情况

4.1、 料堆的混合方法

在实际施工中首先用孔径100mm的筛子对开挖料进行筛选，然后对粒径大于100mm的开挖料破碎成底基层（SUB-BASE）B级集料，再按照一层破碎料摊铺一层沙丘沙的方法掺入10%沙丘沙形成一个集料堆。在即将使用时一边用反铲充分搅拌集料堆一边喷洒一定量的饮用水，在确定集料含水率达到最优含水量时在运到施工现场进行摊铺碾压。

4.2 、现场检测情况

为了验证B级配料改良后的可靠性，碾压前在现场监理工程师的监督下，按照规范要求进行取样检测，检测结果见表6。

表6 现场取样检测结果统计

从表6碾压前的检测统计结果看出，采用粒径大于100mm的破碎料，在掺入10%的沙丘沙改良后，所有的物理力学性能指标完全满足设计要求。另外，在确保料堆含水率达到最优含水率的情况下，按照碾压试验提供的参数进行摊铺和碾压，等碾压完后用核子密度仪进行压实度检测，检测结果见表7。

表7现场压实度检测结果统计

从表7试验结果看，用改良后的B级集料摊铺的底基层（SUB-BASE）压实度完全满足设计要求。总之，从以上现场取样检测结果和压实度检测结果，说明这种改良方法是可行的。

5、改良后的经济效益

1）、对改良后的Sub-base公路基层改良料进行单价进行计算，计算结果见表8.

表8改良后的Sub-base公路基层料单价

2、租赁设备单价（QR/月）=租金（含人工）+燃料动力费。

3、自购设备单价（QR/月）=折旧费+修理费+安拆及辅助设施费。

4、改良后的Sub-base料的单价（QR/m3）=总计成本÷成品料的方量。

从表8计算结果看，改良后的Sub-base公路基层料成本单价为39.54（QR/m3）。（QR是卡塔尔货币“里亚尔”的表示符号）。

2）、市场购置每方SUB-BASE料一顿的市场单价46.00(QR/T)，则转化为一方SUB-BASE料的单价为：46.00(QR/T) ×1650（Kg/m3) =75.90（QR/m3）。该单价指的是材料运到施工现场的单价，包含了材料出厂价和运杂费。

3）、经济效益=成品料总方量×（当地市场购买单价 – 改良后的单价）：则每方可节约成本：则可节约成本：135000×(75.9-39.54)=4,908,779.76（里亚尔）（QR），折算成人民币：4,908,779.76×1.78（外汇牌价）=8,737,627.97 (元)。

6 、结语

1）、通过对环海地区底基层材料试验研究发现，导致材料液塑限偏高的主要原因是由于长期受到海水的侵蚀，风化比较严重所造成的。因此，在确保道路底基层集料级配满足设计要求的前提下，采用掺入沙丘沙来增大粒径为0.425mm到0.075mm之间的颗粒含量的方法，是可以有效的降低底基层集料液塑限值。

2）、通过试验证明，用底基层（SUB-BASE）B级集料替代C级集料时，不但所有的物理力学性能指标完全能满足设计要求，而且集料的液塑限值也有所降低。

3）、根据现场取样检测和压实度检测结果表明，在底基层（SUB-BASE）B级料采用掺入10%的沙丘沙进行改良后，所有的试验指标均满足设计要求，该改良方法是可行的。

4）改良后的经济效益十分可观，大大降低了施工成本，同时，通过现场组织施工和现场检测结果表明该改良方法较简单，工程质量有保证，值得推广。。

参考文献

[1]《卡塔尔施工技术规范》QCS -2002；

[2] 《卡塔尔路赛CP1工程特殊规范》

[3]《公路土工试验规范》JTGE40-2007；

[4]《公路基层路面现场测试规程》JTGE60-2008。

作者简介：蔡进旺（1978~），男，青海海东，工程师，QC经理，研究方向：工程质量控制与建筑材料。