固化剂稳定粉土路基的应用研究

赵 晋 锋

(山西省交通科学研究院，山西 太原　030006)



固化剂稳定粉土路基的应用研究

赵 晋 锋

(山西省交通科学研究院，山西 太原030006)

通过室内试验，对固化粉土的无侧限抗压强度、回弹模量等性能进行了分析，并结合工程实例，评价探讨了SEU-2型固化剂加固粉土路基的效果，经实践表明：SEU-2型固化剂的掺入能够有效的控制粉砂土路基的沉降，增加路基的抗压强度。

固化剂，粉土路基，抗压强度，回弹模量

粉土广泛的分布于我国各地区，土体颗粒组成以细砂粒和粉粒为主，其比表面积小，塑性低，颗粒之间的内聚力弱，水稳定性差，是一种介于砂性土与粘性土之间的特殊土体[1]。粉土强度低，土体稳定性差，在工程应用中，必须对其加以处治。通常采用固化剂来稳定粉土路基，固化剂一般以水泥、石灰、粉煤灰等混合物组成[2]。但此种固化剂的加固效果往往差强人意，主要表现为稳定性差、收缩大、早期强度低等。因此，改善固化剂的加固性能，研究新型高效的粉土固化剂具有十分重要的意义。20世纪70年代开始，美国、日本、德国对固化剂开始展开了研究。Medina等[3]通过研究发现，可用磷酸来稳定红土，并取得了不错的效果。Tomohisa S等[4]针对软土路基，研制出一种离子类固化剂，并对其性能进行了评价。S.Kolias等[5]对固化细粒粘土展开了研究，研究发现，固化土的抗压强度随着水泥与粉煤灰掺入总量的增加而增加，塑性随之降低。国内学者对土壤固化剂也进行了深入的研究，并取得了不错的成果。朱志铎等[6]通过试验对SEU-2型固化剂、水泥石灰固化粉土的性能展开了研究，研究结果表明，SEU-2型固化剂的加固性能要优于水泥石灰固化剂。王振军等[7]对石灰与矿渣粉加固粉土的路用性能进行了研究，得出掺入矿渣粉后的粉土，其抗压强度、水稳定性等性能比石灰加固土要好。但目前，国内外对不同固化剂加固粉土路基的工程特性及路用性能研究尚有欠缺。本文通过室内试验，对不同固化剂加固粉土的抗压强度、回弹模量进行了研究，对不同固化剂加固粉土的效果进行了比较分析。通过工程实例对SEU-2固化剂加固粉土路基的效果进行了分析与评价。

1　室内试验

1.1试验材料

1)粉土：该试验所采用的粉土取自某新建一级公路施工现场，为黄河地区典型粉土。其物理性能指标如表1所示，试验前，将所取粉土土样自然风干并过2 mm筛。

表1　粉土的物理性能参数

2)石灰与水泥：试验用水泥采用海螺CONCH牌普通325号硅酸盐水泥，选用Ⅰ级钙化消解石灰作为本试验用石灰，石灰的成分及含量如表2所示。

3)固化剂：本文选用SEU-2固化剂，该固化剂为粉末固化剂，其主体原料为水泥、矿粉、粉煤灰，并掺入一定比例的膨胀组分、表面活性剂及碱性激发成分。

1.2试验方案

表2　石灰的组成成分及含量

试验以水泥与石灰的掺入比、SEU-2的掺入量、龄期为试验因素，并利用正交试验法制定水泥与石灰的配合比及掺入量、SEU-2的掺入量。具体试验方案如表3所示。

表3　室内试验设计方案

1.3试验内容及方法

1)击实试验：采用数控电动击实仪对混合料进行击实试验。参照相关规范标准[8]，按表3设计方案制备混合料，每种方案制备6个不同含水率的试样，每个相邻试样的含水量变化为1%～2%，对拌合均匀后的混合料试件分层击实，选用重4.5Kd的击锤，每层击实30次。绘制混合料干密度与含水量的关系曲线，确定最佳含水量。2)无侧限抗压强度试验：本文以混合料的无侧限抗压强度与水稳定系数作为固化剂加固粉土的评价指标。该试验仪器采用YSH-2型无侧限压力仪，参照相关规范标准[8,9]，按表3配合比方案，将混合料拌合均匀，并在最佳含水量条件下，掺入适量的蒸馏水。采用静力压实法制备直径为5 cm，高为10 cm的圆柱体试样，对试样进行标准养护与浸水养护，养护龄期分别为7 d,28 d，90 d，养护温度为20 ℃±2 ℃，湿度为100%，其中标准养护是指养护6 d，27 d，89 d后，再对试样浸水养护24 h后进行试验。浸水养护是将试样标准养护3 d,7 d,28 d后，分别再进行4 d,21 d,83 d的浸水养护后试验。试验时压缩速率为每分钟1%，应力环系数取21 N/0.01 mm。3)回弹模量试验：本试验采用承载板法对固化粉土混合料进行回弹模量的测定，参照相关规范标准[9]，按最佳含水率配制不同方案下的混合料试件，采用重型击实压实方法使得混合料压实度达到99%，标准养护28 d。试验时，对混合料试样进行5级加载，每次加载与卸载后均静置1 min，读取千分表读数，计算混合料的回弹模量值。

2　室内试验结果分析

2.1击实试验结果分析

按照相关规范标准[9]，对不同配合比下的固化粉土混合料进行击实试验。根据试验结果绘制试验方案A1,B1,C2的固化粉土击实曲线如图1～图3所示。

由图1～图3可知，方案A1，B1，C1的最大干密度分别为1.624 g/cm3，1.632 g/cm3，1.653 g/cm3，最佳含水量分别为18.9%，17.7%，17.9%。同理，由击实试验结果绘制其他方案下固化粉土的击实曲线，可得各方案下固化粉土的最大干密度、最佳含水量如表4所示。

表4　固化粉土的击实试验结果

2.2无侧限抗压强度试验结果分析

不同方案下，固化粉土在各龄期下的水稳定系数如表5所示。由表5可知，石灰固化粉土的水稳定系数在90 d时最大但仅有0.76，因此，石灰固化粉土的水稳定性很差，无法适用于一些对路基固化强度要求较高的工程；水泥石灰固化砂土的水稳定系数在0.93～0.98之间，明显大于石灰固化粉土，具有较好的稳定性；SEU-2固化粉土的水稳定性好，28 d龄期时，SEU-2掺量为4%时，其稳定系数达到了1.28。因此，SEU-2固化剂可用于粉土路基的处理。

不同龄期下，固化粉土的无侧限抗压强度试验结果如表6，图4所示。由图4可知，不同方案下固化粉土的无侧限抗压强度随着龄期的增加均有不同程度的增长。

表5　不同固化粉土的水稳定系数

表6　固化粉土标准养护下的无侧限抗压强度　MPa

对比各加固方案，掺入石灰的固化粉土，固化效果最差，石灰掺量为6%，8%，10%时，90 d抗压强度仅为0.218 MPa，0.233 MPa，0.145 MPa，7 d龄期时，石灰掺量为8%的固化粉土强度仅比石灰掺量6%的固化粉土增加了2.46 kPa，90 d龄期时也仅增加了14.72 kPa，当石灰的掺量大于8%后，固化粉土的无侧限抗压强度反而降低。

对于掺入水泥石灰的固化粉土，其无侧限抗压强度要大于相同掺量下的石灰固化粉土，且随着固化剂掺入总量的增加，各龄期的强度有较好的增长；相同龄期下，随着水泥石灰掺入总量的增加，固化粉土的强度逐渐增加。7 d～28 d龄期时，方案B1与方案B2的固化粉土强度相近，方案B3下的强度明显要大于前面两个方案。这是因为随着水泥掺入量的增加，水泥的水化反应增强，致使固化粉土的早期强度增加；90 d后，对于方案B2，随着石灰掺量增加到4%，固化粉土的强度提高了30.76%，方案B3与方案B2相比，水泥掺入量增加了2%，但固化粉土的强度仅提高了11.19%。因此，仅加大水泥的掺入量并不能有效的提高固化粉土的后期强度。

掺入SEU-2型固化剂后的固化粉土加固效果最好，随着SEU-2型固化剂的掺入量的增加，固化粉土的无侧限抗压强度迅速增加，28 d与90 d时，强度随SEU-2固化剂掺量的增加呈线性增长；当SEU-2固化剂的掺入量到达6%后，SEU-2固化粉土在各龄期的无侧限抗压强度均大于其他加固粉土。考虑到经济效益，工程应用中，建议SEU-2的最佳掺入量取6%。

2.3回弹模量试验结果分析

由不同方案下固化粉土的28 d龄期回弹模量试验，可得到如表7所示试验结果。由表7可知，SEU-2固化粉土的回弹模量值最高，在162.3 MPa～252.3 MPa之间，其强度完全满足粉土公路路基的填筑的要求；石灰固化粉土的回弹模量值最高仅为85.8 MPa，水泥+石灰固化的回弹模量值在110.2 MPa～127.4 MPa，其应用受到限制。因此，SEU-2固化粉土的变形性能好，其回弹模量与无侧限抗压强度有一定的正相关关系。

表7　固化粉土的28 d回弹模量值

3　SEU-2固化粉土路基的工程应用实例

3.1工程概况

本文依托某跨越黄河区域的新建一级公路项目展开研究，该公路K213+220～K214+220为试验路段，该路段颗粒组成较为单一，土质多为黄河地区典型粉土。作为试验路段，采用SEU-2稳定粉土路基，其掺入量取6%，施工过程中，以室内测得的最佳含水量17.9%配制固化粉土混合料，并采用大型机械设备将混合料拌合均匀，压实并铺筑，路基施工完成后对其进行标准养护。

3.2压实度检测

路基压实后，按照相应的规范及标准[10],采用灌砂法对K213+220～K214+220段路基进行压实度检测。由检测结果可知，该路段的路基压实平均值为98%，部分桩号压实度超过了102%，且各桩号的压实度均大于96%。因此，该试验路段的路基压实度满足施工要求。

3.3钻芯取样分析

路基施工完成后，对其进行90 d的标准养护。90 d龄期过后，对K213+220～K214+220段进行钻芯取样分析，测定其无侧限抗压强度。取样时，每间隔100 m取3个试样，共取30个试样，分别测定各试样的无侧限抗压强度。检测结果表明，该SEU-2固化粉土路基试验路段的90 d无侧限抗压强度平均值为0.653 MPa，部分试样最大值达到了0.685 MPa，且各试样的无侧限抗压强度值均大于室内试验所测值0.612 MPa。因此，该试验路段的SEU-2固化粉土路基具有较好的抗压强度，满足相关标准。

3.4沉降观测

待路基养护90 d后，选取具有代表性的横断面对试验路段进行弯沉检测，参照相应的规范及标准[11],对选取的横断面埋设沉降板，观测并纪录各横断面的路基沉降量，可得如表8所示检测结果。由表8可知，SEU-2固化粉土路基的沉降量均满足相关沉降量控制标准。因此，SEU-2固化剂的掺入能够有效的控制粉土路基的沉降，增加路基的强度。

表8　K213+220～K214+220段路基沉降量观测表

4　结语

1)石灰加固粉土的水稳定性差，无法适用于固化强度要求高的工程；SEU-2固化粉土的水稳定性好，可用于粉土路基的处理。2)7 d龄期时，石灰掺量为8%的固化粉土强度仅比石灰掺量6%的固化粉土增加2.46 kPa，90 d龄期时也仅增加了14.72 kPa，当石灰掺量大于8%后，固化粉土的无侧限抗压强度反而降低。3)对于掺入水泥+石灰的固化粉土，其无侧限抗压强度大于相同掺量的石灰固化粉土；相同龄期下，随着水泥石灰掺入总量增加，固化粉土强度逐渐增加。4)掺入SEU-2的固化粉土加固效果最好，随着SEU-2固化剂的掺入量增加，固化粉土的无侧限抗压强度增加；工程应用中，建议SEU-2的最佳掺入量取6%。5)实例表明：SEU-2固化剂的掺入能控制粉土路基的沉降，增加路基的抗压强度。

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[9]JTG E51—2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[10]JTG F80/1—2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[11]JTG/T F20—2015，公路路面基层施工技术细则[S].

Study on the application of silt subgrade stabilized by solidified agent

Zhao Jinfeng

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

This paper analyzes the properties of the unconfined compression strength and resilience modulus of solidified silt by laboratory tests. Combining with projects, the paper the consolidation effect of the silt basement with SEU-2 curing agent. The engineering example shows that: the mixing of SEU-2 solidified agent can effectively control the settlement of silt subgrade and increase the compressive strength of subgrade.

solidified, silt subgrade, compressive strength, resilient modulus

1009-6825(2016)25-0154-03

2016-07-01

赵晋锋(1978- )，男，工程师

U416.1

A