水泥稳定土在路床处治中的应用

1、水泥稳定土在路床处治中的应用马波摘要：本文论述了用无机结合料加固土壤的机理与方法，并以济南建邦黄河公路大桥道路工 程路床处治为背景，介绍了围绕无机结合料种类与掺量进行的试验研究，通过对水泥稳定土 试验段与实际施工情况的总结，说明了路床处治施工的技术要求、施工工艺以及施工过程中 易出现的问题和解决方法。关键词：水泥稳定土；路床处治；试验研究；施工工艺The Application of Cement Stabilized Soil in Treating Road BedAbstract: This paper discussed the principles and methods of re

2、inforcing soil with inorganic binder. Based on the treatment of road bed in road engineering of Jinan JianBang Yellow River Highway Bridge, the paper introduced the experimental study on the selection of inorganic binder and its mixing amount. By summarizing the test section and the construction of

3、road bed treating with cement stabilized soil, workmanship and technical requirements are discussed, as well as the problems occurred during the construction and its solutions .Keywords: cement stabilized soil; stabilization of road bed; experimental study; workmanship工程背景济南建邦黄河公路大桥工程第四合同段含道路工程2.742

4、公里，设计为双向六车道。由 于受项目所在地具体情况限制，路基填土采用了黄河沿线粉砂土。根据设计单位提出的要求， 在施工路面结构层之前，将对上路床进行处治，这对改善路床的水稳定性与温度稳定性、提 高路床强度、减小路基应力与变形具有重要意义。针对土壤加固的研究2.1加固机理土壤加固的方法按技术措施的不同可以分为机械方法、物理方法和掺加固化剂等方法。 机械方法主要措施是压实；物理方法主要是加入沥青或焦油等物质；掺加固化剂的方法是在 土体中加入有机、无机结合料，高分子合成材料或盐溶液等外加剂，通过产生一系列的物理 化学反应，如离子交换作用、火山灰反应等，增强土粒之间的连接强度与内摩擦力，从而达 到综合

5、提高土体强度、刚度和稳定性的目的。本文着重研究用无机结合料加固土壤的原理与 方法，目前此类固化稳定主要采用水泥、石灰、粉煤灰或这些材料的混合物等方法。以下对 无机结合料在土中所发生的物理化学反应作简要介绍：离子交换作用：当水泥系或石灰系组分与土拌合后，会发生强烈的水解、水化反应， 溶液中析出大量的Ca2+，这些Ca2+等当量替换土中的Na+、K+等一价金属离子，使土体的结 合力增强。火山灰反应：当Ca2+的数量超出离子交换的需要量后，在碱性环境中，Ca2+就会同 土壤中的活性SiO2、Al2O3等进行火山灰反应，生成具有胶结作用的水化硅酸钙凝胶和水化 铝酸钙晶体。这些生成物进一步使颗粒相互结合

6、，使土的塑性减小，强度增大。碳酸化反应：液相中的Ca(OH)2可以与气相中或溶解在溶液中的CO2反应，发生碳 化作用，生成CaCO3。碳酸钙具有较高的强度和水稳性，能够增强土颗粒之间的胶结性， 增大稳定土中的固相成分，有利于强度的提高。2.2方法评价国内对于粉土固化方面的研究比较多，研究结果表明采用无机结合料来稳定土壤可以取 得较好的效果，但由于土质不同等因素的影响，不同的研究者所得出的结论常有差异。根据 内蒙古赤峰市敖汉旗对粉土及其改性土的研究，采用石灰及石灰基CLG固化剂加固的土体， 其强度及回弹模量随龄期的增长幅度大于水泥及水泥基SS-10固化剂1；而对于安徽某高速 公路粉土的试验研究则

7、表明，同条件下水泥的加固效果优于石灰2；对单县一虞城高速公路 石灰稳定粉土的研究则证实，当石灰剂量超过一定范围后，过多的石灰不能与土很好地结合， 对石灰土强度形成有一定的影响3。综合而言，目前加固土体的方法主要有以下三种：石灰类：作为固化剂掺合到土中之后，石灰与土之间发生强烈的物理化学作用，从 而使土的性质发生根本的改变。石灰稳定初期表现在颗粒间产生胶结，土的塑性降低，后期 则表现在结晶结构的形成。石灰用于加固土的历史较长、规模较大、范围较广，但其干缩大、 易软化、水稳性差、抗冻稳定性差等缺点亦不容忽视。水泥类：水泥稳定土是指粉碎的土、水泥和水的混合物，经压实产生的一种新的建 筑材料。掺加后发

8、生的化学效应，部分是水泥与土颗粒的相互作用，部分则是因水泥特有的 性质而产生。水泥土具有强度高、变形特征良好、抗水、耐温效果好等优势，但其能固化的 土壤类别有限，且具有干缩较大、易开裂、成本高等不足。二灰类：粉煤灰具有低火山灰活性，可促使水化硅酸钙和水化铝酸钙的生成，且粉 煤灰能够增强土体的长期强度，因此，工程中常将石灰与粉煤灰按比例掺配后作为固化剂。 但二灰土的早强低且水稳性差。三种方法各有利弊，实际施工中则需综合比较土性、经济、技术等各方面因素，制定合 适的土体加固方案，并通过严谨的试验确定固化剂的种类与掺加比例。路床处治方案的制定3.1室内试验为制定本工程路床处治的最佳方案，分别选用不同

9、的结合料及掺量进行了室内试验，试 验方案与结果如下：选用石灰作结合料。对路基土掺加8%、9%、10%、12%、14%不同剂量的石灰， 分别进行标准击实试验，并根据击实试验结果，按照配合比分别制作试件，将其标准养护6 天，浸水养护1天，测定其7天无侧限抗压强度。试验过程中发现，试件在制作的过程中极 不易成型，标准养护6天后浸水时试件出现了明显的裂缝，浸水后没有任何强度。究其原因， 主要是土质粘性较差所致，虽然石灰剂量已高达14%，但由于土的塑性指数基本在10左右， 缺少粘性成分，强度依然很低，不能满足工程需要。选用石灰与粉煤灰作结合料。对路基土掺加10%、12%、14%、16%不同剂量的石 灰、

10、粉煤灰，石灰、粉煤灰比例为1:3,进行标准击实试验，制作试件，并采用与(1)条中相 同的养护方案测定7天无侧限抗压强度。试验结果表明，由于掺加了大量的石灰粉煤灰，土 的性质得到了较大改善，试件更易成型，但浸水时试件也出现了裂缝，7天无侧限抗压强度 很低。另外做了一些试件，测试了 15天强度，浸水时还是会出现裂缝，强度没有明显增长。(3)选用水泥作结合料。对路基土掺加4%、6%、8%、10%不同剂量不同品种的水泥， 进行标准击实试验，制作试件，并采用与(1)条中相同的养护方案测定7天无侧限抗压强度。 试验结果表明，掺加水泥之后，7天无侧限抗压强度可以得到有效提高，且随着水泥剂量的 增大，强度提高

11、明显，但是，在水泥剂量太少的情况下，试件也不易成型，且强度比较低。 相关试验数据如表1所示。表1水泥稳定土击实试验与7天无侧限抗压强度试验结果水泥剂量水泥型号最佳含水量()最大干密度(g/cm3)强度平均值(Mpa)4%P.C32.514.21.640.31P.O42.513.91.650.576%P.C32.512.51.660.61P.O42.513.81.670.798%P.C32.513.81.650.64P.O42.513.51.650.8210%P.C32.513.41.670.92P.O42.513.91.640.98经研究，拟采用水泥稳定土作为路床处治层材料，并分别选用6%、8

12、%的水泥剂量进行 试验段施工，确定最终水泥掺量与其它工艺参数。3.2试验段施工现场试验段的水泥品种采用了 P.C32.5,掺量分别为6%、8%，宽度取单幅三车道，长 度各50m。施工过程中，对混合料随机取样，进行灰剂量和含水量检测，均在允许误差之内； 对已施工段落检测压实度，均满足设计要求。试验段施工完成后，采用贝克曼梁法检测路床 处治层的弯沉，其中8%水泥土处治层测试了 48个点，其弯沉平均值132.9(0.01mm)，标准 差21.2，弯沉代表值175.3(0.01mm)，6%水泥土处治层测试了 40个点，其弯沉平均值 166.4(0.01mm)，标准差44.1，弯沉代表值254.6(0.

13、01mm)，均小于设计要求的323(0.01mm)。通过对试验段施工的总结，最终确定用6%水泥稳定土处治路床，路床处治层厚度确定 为20cm，松铺系数为1.23，这既可以满足规范与设计要求的指标，又在一定程度上节约了 水泥的用量，降低了工程造价，减轻了环境污染。路床处治层施工4.1工艺流程准备工作面一摊铺水泥一拌合(检测含水量确定是否补水再拌合)一整形一碾压一养生 4.2施工要点准备工作面：用全站仪放样，每隔10米定出中桩、边桩。预压土卸载时预留到比 路床顶高程高4.6cm，先采用推土机进行整理，再使用平地机进行整平。进行整平时，路基 土含水量宜控制在最佳含水量的-1%+5%之间，若含水量较高

14、，则翻起晾晒，如果含水量 过小，则洒水闷料。摊铺水泥：在工作面上画出方格以控制水泥用量，要求水泥用量不小于97.6kg/m3。 采用人工撒布保证均匀，避免出现个别点水泥的含量过高或过低，影响土的整体质量。拌合：用拌合机由边部向中心拌合，要求纵向重叠10-20cm，并注意检查拌合深度， 严禁在拌和层底部留有“素土”夹层。拌和完成后混和料应色泽一致，没有灰条、灰团和花面， 且水分合适和均匀，拌和第一遍时应及时检查混合料含水量，其值宜大于最佳含水量的 1-2%。若水分较低，则应用洒水车洒水，起洒处应超出拌合段2m以上，并于补足水后拌和 第二遍。整形：水泥土拌合均匀后用推土机稳压两遍，再用平地机初步整

15、形，局部低洼处用 新拌水泥土找平。以松铺面高程比设计高程多4.6cm为标准进行高程测量，之后进行精平整 理，对不合适的点进行刮平。碾压：使用BWG219压路机由边部向路中心碾压，碾压时压路机重叠1/3轮宽。 采用低振频高振幅组合方式碾压，先静压一遍，再前振后静碾压，每次振动碾压完成后进行 压实度检测，通常第二遍振动碾压后即可达到96%的设计压实度要求。严禁压路机在已完 成的或正在碾压的路上急刹车、急转弯。在碾压过程中，如有松散起皱现象，及时翻开，重 新拌合，压实后表面不能出现位移、隆起、裂缝或松散。碾压完成后，重新测量各断面高程。养生：碾压完成后立即进行养生，养生时间不少于7天，并使路面保持湿润状态。 养生期间封闭交通，养护车辆在路上行驶时，应将车速限制在15km/h以内，并禁止急刹车、 急转弯。总结本文论述了用无机结合料加固土壤的机理与方法。通过室内试验研究，选择了水泥稳定 土作为路床处治层材料，并通过试验段的施工检测，最终确定了水泥品种、掺量与其它工艺 参数。施工实践