陸惠平，邢 淵，肖景平,江訓(xùn)利,黃志義

（1.華匯工程設(shè)計集團有限公司，浙江 紹興 312000；2.浙江大學(xué)交通工程研究所，浙江 杭州 310058）

1 概述

隨著我國礦山資源保護力度的增大以及建筑工程的增多，許多地區(qū)傳統(tǒng)筑路材料（宕渣、塘渣等）大量短缺。利用土壤固化技術(shù)將大量建筑棄土進行固化，用作道路路基及基層填料，成為解決筑路填料短缺的有效途徑。土壤固化技術(shù)是指在土壤中添加一定量的增強土顆粒黏結(jié)和固化的材料，改善和提高土壤工程技術(shù)性能。至今為止，土壤固化技術(shù)已形成了一門綜合結(jié)構(gòu)力學(xué)、膠體化學(xué)、土壤化學(xué)等理論的綜合性交叉學(xué)科。通常土的固化劑按土壤固化劑材料種類來分，可以分為無機固化劑、有機固化劑、離子類固化劑和生物酶類固化劑等。無機類土壤固化劑主要指采用水泥、石灰、粉煤灰、高爐礦渣、電石渣等無機結(jié)合料為主固化劑而組成。當(dāng)前我國路基土的無機固化劑主要采用水泥和石灰以及礦渣等，但由于水泥土存在收縮較大、容易開裂等弱點，土石灰土早期強度相對較低、水穩(wěn)定性較差。文章介紹一種HCL新型的無機固化材料，克服了傳統(tǒng)無機固化劑的容易開裂和水穩(wěn)定性差等弱點，具有很好的工程應(yīng)用價值。

HCL無機復(fù)合固化劑是以水泥、石灰等為主要固化組分，通過引入活性激發(fā)組分、抗裂組分、水穩(wěn)定性組分以及土壤修復(fù)組分（可選，針對重金屬污染土），以降低黏土礦物反應(yīng)活化能，增強膠凝材料在各類土體中水化硬化反應(yīng)活性，提高水化硅酸鈣（CSH）和水化鋁酸鈣（CAH）等凝膠相含量。該材料與傳統(tǒng)水泥土、石灰土相比，水穩(wěn)定性和開裂性能具有較為明顯的增強，能較好地適用于南方多雨地區(qū)或地下水位較高的地區(qū)。HCL固化劑還具有適用性廣、對土質(zhì)要求低的特點，能固化淤泥質(zhì)土、粉土、尾礦以及各類建筑棄土等，具有較好的市場推廣前景。

2 材料試驗及方法

2.1 試驗材料

試驗用土取自紹興某工地建筑棄土，取土深度為2m以下，為粉土。經(jīng)50℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒重，過4.75mm篩后得到試驗備用土樣。根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）測試其基本的物理指標(biāo)，測試結(jié)果如表1所示。

表1 試驗段土樣基本指標(biāo)

固化劑材料為HCL系列中粉土類無機復(fù)合固化劑，主要為水泥和石灰以及其它外加劑。試驗用水泥為“錢潮牌”325號普通硅酸鹽水泥，石灰為杭州拓海新材料有限公司生產(chǎn)的磨細的熟石灰粉，其化學(xué)具體組成如表2所示，微觀形貌圖如圖1所示。從圖1中可以看出，水泥和石灰主要由不同顆粒大小、形狀不規(guī)則的碎屑狀顆粒組成。

表2 水泥、石灰化學(xué)組成 單位：%

2.2 試驗方法

（1）試件制作及養(yǎng)護。根據(jù)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51—2009）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進行制樣，試樣采用50mm×50mm的圓柱型試模。根據(jù)高速公路、一級公路的壓實度要求，試驗壓實度選擇95%。制樣完成后，將試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護至齡期。

（2）力學(xué)性能試驗。無側(cè)限抗壓強度試驗參照《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007），采用萬能試驗機，控制軸向應(yīng)變速率為1mm/min。養(yǎng)護至齡期時，提前1d取出浸水，浸水24h后再進行無側(cè)限抗壓。本次試驗測定7d和28d齡期固化土的無側(cè)限抗壓強度。間接抗拉強度試驗（劈裂試驗）參照相關(guān)規(guī)程進行，試驗用的劈裂夾具壓條寬度為6.35mm，半徑為25mm。試件養(yǎng)護至27d取出并浸水，浸水1d后取出，試驗過程保持加載速率為1mm/min。

3 力學(xué)性能試驗結(jié)果

圖1 水泥、石灰微觀形貌圖

為了驗證HCL固化劑的有效性并確定最佳固化劑摻量，進行了無側(cè)限抗壓強度和劈裂強度試驗。試驗共測試了3%、5%、7%和9%四種固化劑摻量下的固化土強度。通過室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗和劈裂試驗，能初步反應(yīng)HCL固化劑在道路路基中應(yīng)用效果。

3.1 無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果分析

通過無側(cè)限抗壓強度試驗測得了不同固化劑摻量及不同齡期條件下HCL固化土的強度，如表3、圖2所示。由圖2可看出，隨著HCL固化劑摻量的增加，固化土的強度明顯增強。隨著養(yǎng)護齡期的增大，固化土的強度保持持續(xù)增長。對比7d和28d齡期強度，可看出7d齡期強度能達到28d的在50%以上，說明HCL固化劑早期強度發(fā)展較快。

3.2 劈裂（間接拉伸）試驗結(jié)果分析

為了進一步分析固化土的抗開裂性能，對28d齡期的試件進行了劈裂試驗。試驗測得的代表性曲線如圖3所示，其開裂強度大小如表3所示。從圖3可以看出隨著固化劑摻量的增加，固化土的劈裂強度不斷增強，同時從圖中試驗曲線直線段還可以發(fā)現(xiàn)，隨著固化劑的增加，直線部分的斜率逐漸增大，這間接表明，隨著固化劑量的增加，固化土的劈裂回彈模量不斷增大。

表3 無側(cè)限抗壓強度及劈裂試驗結(jié)果表 單位：MPa

圖2 HCL固化土無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

圖3 HCL固化土28d開裂強度試驗曲線

4 試驗段施工工藝

試驗段依托紹興市某區(qū)新建道路工程，用以驗證固化廢棄細粒土路基填料的路用性能，并總結(jié)了固化廢棄細粒土路基填料的施工工藝流程、施工機械設(shè)備和施工過程控制要點等。試驗段在路床頂以下60cm厚度路基采用HCL固化土，共分3層鋪筑，每層20cm，采用分層連續(xù)施工工藝。

4.1 施工工藝過程

施工順序：挖機配合自卸車轉(zhuǎn)運土—挖機粗平—鏵犁和旋耕機翻曬（人工清除土中大的塊石和雜物）—含水率和粒徑檢測（含水率在高于最佳含水率2%～3%時進行固化劑撒布，粒徑不大于4.75mm）—挖機配合人工進行固化劑撒布—旋耕機配合鏵犁拌和固化土—固化劑均勻度檢測（目測，拌和至土的顏色均勻）—振動壓路機碾壓—壓實度檢測（灌砂法，壓實度不小于95）—膠輪壓路機消除輪?。▋H最后一層）。

（1）備土和上料。根據(jù)填筑厚度和松鋪系數(shù)，采用挖掘機配合自卸車，將填料土運輸至指定位置并進行初平，松鋪厚度為25cm；用挖掘機進行翻曬后進行含水率檢測；挖機配合人工撒布固化劑，保證固化劑灑鋪均勻。

（2）現(xiàn)場拌和。土和固化劑攤鋪結(jié)束后，開始用旋耕機進行拌和。旋耕機從兩邊向中間依次翻拌，每次拌和重疊翻拌1/3，拌和遍數(shù)3遍以上。拌和時設(shè)專人跟隨旋耕機隨時檢查拌和深度和有無夾層，及時指揮旋耕機操作人員調(diào)整拌和深度。拌和深度應(yīng)打入下層5～10mm，以利于下層黏結(jié)。

（3）碾壓和精平。拌合均勻后，立即輕壓整平。考慮施工季節(jié)環(huán)境較為干燥，當(dāng)固化土含水量在最佳含水量或略高于最佳含水量1～2個百分點時，進行碾壓。碾壓時先碾兩側(cè)，再碾壓中間，輪跡搭接一般不小于20cm。壓路機的碾壓速度，開始2遍采用1.5～2.0km/h，之后采用2.5～3.5km/h。壓路機不可在已完成地段調(diào)頭和急剎車。每鋪筑一層測量標(biāo)高并檢測壓實度滿足設(shè)計要求，一層碾壓完成后，繼續(xù)下一層施工，直到頂層施工完成。

（4）養(yǎng)生。固化土路基碾壓成型后濕養(yǎng)不宜少于7d，以土工布或塑料薄膜覆蓋并經(jīng)常灑水保濕養(yǎng)生。固化土路基成型后其未達到設(shè)計強度要求之前，除灑水車以外，不得通行其他載貨車輛。

（5）質(zhì)量檢查驗收。按照《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2017）進行路基填料施工質(zhì)量的檢測及驗收工作，主要測試指標(biāo)包括壓實度、彎沉和回彈模量等。本試驗段結(jié)果檢測路基頂面回彈彎沉均在30～38（mm1/100），完全達到路基強度和剛度設(shè)計要求。

4.2 施工控制要點

施工前需制定完善的施工方案，落實人員與機械設(shè)備安排。為保證施工質(zhì)量，需要注意以下幾點：（1）做好路基排水與防水；（2）控制好壓實時最佳含水率；（3）控制估計、固化劑與土的拌合均勻度；（4）進行合理和充分碾壓。其他控制要點如保證路基兩側(cè)碾壓施工余寬不小于50cm，確保每批次拌合到成型需控制在3h內(nèi)完成等。路基碾壓成型后，需及時進行充分濕養(yǎng)。

5 結(jié)束語

（1）無機復(fù)合固化技術(shù)能有效將建筑廢棄土固結(jié)形成具有足夠強度和穩(wěn)定性的筑路材料，滿足道路路基填筑要求，不僅能當(dāng)前緩解筑路材料短缺問題，同時也為大量建筑棄土的資源化處理提供有效途徑。

（2）HCL固化劑是一種無機復(fù)合固化劑，可固化各類建筑取土和疏浚淤泥，能有效固化粉土用于路基填筑，具有早期強度發(fā)展較快，抗開裂性能較強和水穩(wěn)定性好等優(yōu)點，能適應(yīng)南方多雨及地下水位較高地區(qū)的路基環(huán)境。

（3）HCL無機復(fù)合固化土路基施工的關(guān)鍵點，是要在合理固化劑劑量條件下，嚴(yán)格控制施工含水率和拌料均勻性，控制成本和攤鋪成型時間，及時進行充分濕養(yǎng)，可以采用分層連續(xù)施工工藝保證施工層間連續(xù)性質(zhì)量。