固化土路堤填筑施工工艺研究

汪焕锋　吴安平　刘志强　邵吉林

摘要 为了解决固化土路堤填筑产生的环境污染和施工质量控制问题，文章以某高速公路互通工程（具有典型地下水位高特征）为依托，采用一套行之有效的厂拌填筑工艺，并进行试验路的铺筑，对固化土路堤填料的现场压实工艺开展了试验研究，最后对固化土路堤填筑效果进行观察。结果表明：固化土填筑路基开挖板结效果好、强度高、水稳性强，可作为路堤填料代替宕渣。

关键词 固化土；路堤；施工工艺

中图分类号 U416.212文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）16-0162-03

0 引言

随着我国城镇化建设的迅猛发展，每年建筑业产生的废弃土达数亿立方，占用大量土地资源进行消纳的同时还可能对环境造成污染。与此同时，由于公路建设的需要，对于优质路堤填料的需求日益增大，而可供开采的宕渣数量越来越少。这种供不应求的关系造成传统路堤填料变得紧缺且昂贵。所以，开展废弃土的资源化循环利用，将废弃土进行生石灰、水泥固化处理后作为筑路材料，应用到路堤填筑中，不仅缓解了宕渣来源不足的问题，同时解决了城市建设废弃土处理和公路建设筑路材料紧缺的难题。

生石灰（水泥）固化土用作填料，可广泛应用于各等级公路和城镇道路的路堤填筑工程中。但传统的路堤填筑多采用路拌法，会对環境造成一定污染。同时，关于路基的压实，影响因素较多，缺乏系统性的指导意见。尤其浙江地区，梅雨季节较长，全年降水丰富，导致该地填料含水量较高，在施工过程中路基压实度难以控制、长期稳定性难以保证，如何控制施工质量，是该地公路工程施工中迫切需要解决的一大问题。

1 固化机理

石灰固化机理是通过石灰与土体混合时会发生一系列的物化反应完成的，主要为氢氧化钙结晶反应、离子交换反应、火山灰反应和碳酸化反应。

石灰中有游离的Ca²⁺和OH^?离子。Ca²⁺可以和K⁺、Na⁺发生离子交换反应，从而减薄黏土颗粒吸附水膜厚度，促使土粒凝集和凝聚，并形成稳定的团粒结构。离子交换反应是石灰土获得初期强度的主要原因。在石灰硬化过程中得到的氢氧化钙和碳酸钙晶体相互结合，并把土粒结成整体，从而使石灰土的稳定性得到提高[1]。黏土颗粒表面少量的活性氧化硅、氧化铝在石灰的碱性激发作用下，与氢氧化钙发生火山灰反应.生成不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙等。这些物质遍布于黏土颗粒之间，形成凝胶、棒状及纤维状晶体结构，将土粒胶结成整体。随着时间的推移，棒状和纤维状晶体不断增多、致使石灰土的刚度不断增大，强度与水稳性不断提高。由于火山灰反应是在不断吸收水分的情况下逐渐发生的，速度较慢；石灰中氢氧化钙的碳酸化反应缓慢且过程较长，所以石灰硬化及火山反应是石灰土后期强度增长的主要原因[2]。

水泥固化土主要是通过水化反应形成的水泥石起骨架作用，并通过Ca（OH）2的理化作用来发挥效力。

2 固化土路堤施工工艺

固化土路堤施工工艺流程主要包括拌和、运输、摊铺、碾压、养护和检测，其关键工序为拌和、摊铺及碾压。

2.1 固化土拌和施工工艺

传统路堤施工多采用路拌法，但是存在拌和不均匀、土块粉碎不彻底、环境污染大等问题，所以，更绿色环保、经济高效、适应性强的厂拌法工艺随之发展起来[3]。

厂拌法是指设置全封闭集中固化土拌和基地，对路基用土集中脱水、破碎和拌和等机械化工艺，制备固化土的施工方法。

（1）功能分区。拌和基地应全封闭且合理划分，功能区如图1所示。

（2）拌和流程。第一次采用挖掘机对土源进行掺生石灰块，翻拌焖料2～7 d，使混合料含水量降至可进行输送条件，再将其挖装至下沉式储料斗，经输送带传送至第一道破碎机预破碎，使混合料破碎为粒径约为20～60 mm 的粗粒土。第二道粉碎机将大多粗粒土粉碎成细砾土，拌和机前端，设置振动筛（最大粒径不大于20 mm），对二次破碎后的固化土进行筛分，保证符合粒径要求的固化土通过自动称重机装置进入强制式拌和机，和磨细生石灰粉（石灰罐自动计量添加）进行均匀拌和出料。固化土厂内集中拌和流程见图2～3。

2.2 全封闭运输

固化土装料后全程采用绿皮箱型渣土车进行全封闭运输，坚持“不漏灰、不超载、不超速”原则，把绿色、环保、安全放在首位。

2.3 摊铺工艺

摊铺前，先对下承层表面进行清理和洒水湿润处理。由于在水网地带进行第一、二层固化土施工，故第一层固化土掺4%水泥用以提高路基强度和水稳性，同时摊铺机因摊铺厚度、作业条件受限，故第一层固化土填筑采用网格法，运料车在已上料区域后退卸料、推土机初平和平地机精平施工工艺；第二层固化土填筑同样采用网格法，运料车在未上料区域后退卸料、推土机初平和平地机精平施工工艺；第三层及以上为了提高摊铺厚度的均匀性及路面顶层的平整度，采用摊铺机摊铺和平地机精平施工工艺。

2.4 压实工艺

压实工艺按照相关规定及试验段批准工艺具体要求执行[4]。初压时，宜采用双钢轮压路机静压2～3遍，碾速宜为20～30 m/min；固化土初步稳定后，再用激振力大于35 t的重型振动压路机、18～21 t三轮压路机或25 t以上的轮胎压路机继续碾压密实，碾速宜为30～40 m/min，碾压遍数不宜少于6遍；终压时，采用双钢轮压路机碾压1～2遍，消除轮迹，碾速宜为50～60 m/min。

碾压过程中，如有“弹簧土”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和或用其他方法处理，使其达到质量要求[5]。

2.5 路基养护

固化土路堤间隔铺筑时，每铺筑完一层后，采取覆盖土工布洒水保湿养护7 d。养护期间如遇雨天，应在固化土路堤表面铺设塑料薄膜等，同时加强场外排水，以减少雨水对路堤的影响。

3 工程应用

3.1 试验路段设计

某高速公路互通工程，根据现场条件，该项目选择其中250 m填方路基作为固化路基试验段。固化土采用厂内集中拌和、全封闭运输和摊铺机摊铺工艺，分三层填筑固化土至路床顶标高。通过固化土试验段填筑，取得了固化土掺灰量、最佳含水量、松铺系数、采用设备组合及压实遍数等技术参数。固化土摊平整形后及时进行碾压。掺灰设计见表1，填层压实度与碾压遍数关系见表2。

从表2可知，累积沉降量在最初碾压时随着碾压遍数的增加变化较快，随后增加变慢并趋于平缓，碾压层的密实性增加变形达到稳定状态，说明在一定程度上可以通过两者间接控制压实质量避免过压[6]。

按照设计要求，路堤路面底面以下深度0～30 cm，一级公路要求压实度≥96%，三层压实度检测结果分别为96.1%、96.4%和96.4%，均满足设计要求；路基弯沉验收值要求＜353.7 mm，三层弯沉值分别为345.43 mm、316.75 mm和123.45 mm，均合格。

3.2 填筑效果

参照试验段成果进行后续规模化施工，发现固化土填筑路基开挖板结效果好、强度高、水稳性强，对其他同类型高速公路有指导和借鉴意义。如图4～5所示。

此外，选择两段便道，分别进行固化土填筑和宕渣填筑，如图6～7所示。通过约半年重载施工车辆通行后，可以清晰地判断出用固化土填筑的便道路堤的稳定性明显优于用宕渣填筑的便道路堤。

4 结论

（1）采用厂拌法工艺，固化土填筑路堤质量控制更为简单，且不受地形条件限制，能充分保证灰土拌和的均匀性与环保性。

（2）固化土装料后全程采用绿皮箱型渣土车进行全封闭运输。固化土填料现场摊铺：摊铺第1、2层可预先画出网格，采用推土机和平地机联合施工；第3层及以上采用摊铺机和平地机联合施工。通过两种不同的摊铺工艺对比发现，两种摊铺工艺都能达到施工工效高、质量好的摊铺效果，采用摊铺机工艺摊铺厚度更均匀、现场更整洁环保。

（3）初压时，宜采用双钢轮压路机静压2～3遍；固化土初步稳定后，再用重型振动压路机、18～21 t三轮压路机或25 t以上的轮胎压路机继续碾压密实；终压时，采用双钢轮压路机碾压1～2遍，消除轮迹。

（4）固化土填筑路基开挖板结效果好、强度高、水稳性强，可作为路基填料代替宕渣。但考虑到不同路基填筑性能要求，需结合项目需求、材料特点及周边环境敏感性等因素，综合分析利用可行性。

参考文献

[1]史彩霞. 浅谈公路石灰稳定土的施工技术[J]. 科学之友， 2011（11）： 86-87.

[2]申爱琴. 道路工程材料[M]. 北京：人民交通出版社， 2019.

[3]《公路路面基层施工技术细则》2015年8月1日起施行[J]. 石油瀝青， 2015（4）： 12.

[4]皇甫风雷， 蔡月青. 石灰土场拌法和路拌法的优劣分析[J]. 江西建材， 2015（19）： 94+97.

[5]贺隽. 浅谈二灰稳定土底基层施工[J]. 交通科技， 2008（S1）： 81-83.

[6]赵海杰. 路基压实质量评价指标的研究[D]. 西安：长安大学， 2015.