趙 鋒

（山西路橋集團(tuán) 榆和高速公路有限公司，山西 晉中 030600）

火力發(fā)電是我國主要發(fā)電方式，發(fā)電廠每年會(huì)產(chǎn)生大量的粉煤灰，若處治不及時(shí)將會(huì)浪費(fèi)土地資源來存放廢棄粉煤灰，同時(shí)造成環(huán)境污染。二灰穩(wěn)定土是將石灰與粉煤灰作為膠凝材料摻入到土體中，三者相互作用形成一定強(qiáng)度的整體。目前二灰土多用于路面的底基層材料中，不僅較好解決了粉煤灰的污染，又提高了道路基層的強(qiáng)度與耐久性，可謂一舉兩得[1-2]。

國外自20世紀(jì)60年代開始對(duì)二灰土進(jìn)行相關(guān)研究，對(duì)二灰土強(qiáng)度形成的原因及影響因素進(jìn)行了分析，同時(shí)通過一系列的試驗(yàn)推薦了二灰的摻入比[3]。我國的相關(guān)研究起于20世紀(jì)70年代，丁庭[3]通過試驗(yàn)對(duì)二灰土作地基填料的配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì)；孔繁龍與王新明[4-5]結(jié)合各自的工程經(jīng)驗(yàn)分別提出了二灰土作為底基層材料施工時(shí)應(yīng)注意的技術(shù)要求及質(zhì)量控制要點(diǎn)。但目前，國內(nèi)外對(duì)于二灰土作為道路底基層材料時(shí)的工程特性尚不明確，同時(shí)在工程應(yīng)用中二灰摻入比多采用經(jīng)驗(yàn)法確定，缺乏理論支撐。

本文對(duì)二灰土作道路底基層材料的工程特性進(jìn)行了研究，并依托工程實(shí)際對(duì)鋪筑效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

a）石灰 二灰土中的石灰選用消石灰，其作用是利用自身堿性特性激發(fā)混合料反應(yīng)。消石灰的細(xì)度為2 mm（過2 mm方孔篩，廢棄不能過篩的石灰），其相關(guān)化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見表1。

b）粉煤灰 粉煤灰就近選用某發(fā)電廠生產(chǎn)的三級(jí)干灰，化學(xué)組成見表2。

c）土 試驗(yàn)所用黃土取自工地施工現(xiàn)場(chǎng)，為擾動(dòng)黃土，表觀顏色為淡黃色，較為松散。在路基范圍內(nèi)按照1 m、3 m、5 m的深度分別取10個(gè)土樣，去除雜質(zhì)后檢測(cè)相關(guān)性質(zhì)如表3所示。

1.2 二灰土配合比

以往相關(guān)研究成果表明二灰土中，石灰∶粉煤灰=1∶2～1∶4時(shí)可以取得較好的強(qiáng)度與穩(wěn)定性[3]。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，該次研究二灰土的體積配合比分別取石灰∶粉煤灰∶土=1∶2∶7或1∶3∶6或1∶4∶5。

1.3 試驗(yàn)方案

參照相關(guān)規(guī)范[6]，按確定的3種二灰土配合比分別制備相關(guān)試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)方案見表4。

表4 室內(nèi)試驗(yàn)方案及條件

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果分析

土體的壓實(shí)度是控制土體強(qiáng)度和整體性能的重要指標(biāo)，而壓實(shí)度又在一定程度上取決于土體的含水量。由擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果得到二灰土干密度與含水量的關(guān)系如圖1所示，由此確定不同配比下二灰土最大干密度與最佳含水量如表5所示。

圖1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

表5 不同配比下二灰土的最佳含水量、最大干密度

由圖1可知，一方面，3種配合比下的二灰土含水量與干密度的關(guān)系曲線變化趨勢(shì)基本一致，在達(dá)到最佳含水率前，曲線的上升幅度均不明顯，呈緩慢上升趨勢(shì)，但是當(dāng)含水量達(dá)到最佳后，曲線下降幅度開始增大，下降趨勢(shì)明顯，表明在工程應(yīng)用中應(yīng)控制含水量，控制在最佳含水量附近以達(dá)到較好的強(qiáng)度。另一方面，二灰土的干密度與含水量均在粉煤灰摻量增大后出現(xiàn)了降低，這是因?yàn)橄啾扔邳S土顆粒，粉煤灰顆粒的親水性相對(duì)較差，比重也相對(duì)較小。3種配合比相比，1∶2∶7配合比的二灰土干密度受含水量的影響最為明顯，當(dāng)加大粉煤灰摻量后，這種影響開始變得平緩，工程應(yīng)用中應(yīng)對(duì)此現(xiàn)象引起重視。

2.2 滲透試驗(yàn)結(jié)果分析

滲透試驗(yàn)結(jié)果如圖2，由圖2可知3種配合比二灰土的滲透系數(shù)均在齡期增加的情況下出現(xiàn)了一定程度的降低，這是因?yàn)榉勖夯仪捌陔y以在水中溶解生成較多數(shù)量的膠凝物，但隨著時(shí)間的增加，二灰土中的Ca2+與OH-促進(jìn)了粉煤灰的反應(yīng)生成足夠的膠凝物填補(bǔ)了二灰土中空隙使得滲透性降低。另一方面，3種配合比下的二灰土均屬于低滲透性土，在粉煤灰摻量增大的情況下，二灰土的滲透系數(shù)逐漸出現(xiàn)一定程度降低。

圖2 滲透試驗(yàn)結(jié)果

2.3 壓縮試驗(yàn)結(jié)果

二灰摻入到黃土中后，使得土體的孔隙率降低，整體強(qiáng)度增強(qiáng)，土體壓縮性減小，能夠有效控制黃土的濕陷性。壓縮試驗(yàn)結(jié)果得到壓縮模量與齡期的關(guān)系如圖3所示。

圖3 壓縮試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，不同齡期下，不同配合比下的二灰土的壓縮模量均大于20 MPa，土體抗壓性能較強(qiáng)屬于低壓縮性材料。3種配合比下二灰土的早期壓縮模量基本一致，且均隨著齡期的增長壓縮模量逐漸增大，其中1∶3∶6配合比的二灰土后期壓縮模量最大，抗壓縮性能最好。

2.4 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

不同配合比下二灰土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)得到內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角與齡期的關(guān)系分別如圖4、圖5所示，不同配比下二灰土在50 d齡期時(shí)的剪切應(yīng)力與位移關(guān)系如圖6所示。

圖4 二灰土內(nèi)聚力與齡期的關(guān)系

圖5 二灰土內(nèi)摩擦角與齡期的關(guān)系

由圖4、圖5可知，在齡期增加的情況下，不同配比下二灰土的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角均得到了明顯提高，其中以1∶3∶6配合比下二灰土增長最為明顯。由圖6可知，50 d齡期時(shí)，1∶3∶6配合比下二灰土的抗剪強(qiáng)度最大，最大達(dá)到了3.3 MPa，具有一定的塑性變形能力，而1∶4∶5配合比下二灰土抗剪強(qiáng)度最差。

圖6 二灰土剪應(yīng)力與剪切位移的關(guān)系（50 d齡期）

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某新建高速公路全長約122 km，采用瀝青路面，該道路K56+834—K102+643段跨越濕陷性黃土區(qū)域，黃土表面顏色呈淡黃色，較為松散。該K56+834—K102+643段路面底基層設(shè)計(jì)采用二灰穩(wěn)定土，現(xiàn)場(chǎng)所用石灰與粉煤灰均同室內(nèi)試驗(yàn)，二灰土配合比為石灰∶粉煤灰∶土=1∶3∶6。采用路拌法進(jìn)行施工，粉煤灰現(xiàn)場(chǎng)路面底基層鋪筑過程中嚴(yán)格控制施工工藝與施工質(zhì)量并及時(shí)做好試驗(yàn)檢測(cè)。

3.2 壓實(shí)度檢測(cè)

待K56+834—K102+643段底基層鋪筑完成后，參照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG 3450—2019）[7]《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80-1—2017）[8]采用灌砂法對(duì)該路段壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明現(xiàn)場(chǎng)二灰穩(wěn)定土底基層的最小壓實(shí)度為98.1%，最大壓實(shí)度為99.5%，平均壓實(shí)度為98.5%，滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)效果較好。

3.3 彎沉檢測(cè)

路面底基層施工完成后，參照標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，選取具有代表性的斷面，采用貝克曼梁法對(duì)K56+834—K102+643段底基層的彎沉值進(jìn)行檢測(cè)，以檢驗(yàn)該路段二灰土底基層的強(qiáng)度，檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6 二灰土底基層的彎沉檢驗(yàn)結(jié)果

表6所示檢測(cè)結(jié)果表明二灰土底基層的彎沉值滿足相應(yīng)要求。

3.4 鉆芯取樣檢測(cè)

試驗(yàn)段二灰土底基層施工完成養(yǎng)護(hù)28 d后，對(duì)其進(jìn)行了鉆芯取樣檢測(cè)，檢測(cè)得到試驗(yàn)段路面底基層50 d平均抗剪強(qiáng)度為3.2 MPa，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果吻合度較好。

3.5 長期監(jiān)測(cè)

該高速公路建成通車后，對(duì)K56+834—K102+643段進(jìn)行了持續(xù)兩年的觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明該路段路基無沉陷、位移等病害產(chǎn)生，瀝青路面沒有反射裂縫出現(xiàn)，表明二灰土作為路面底基層材料的實(shí)際應(yīng)用效果較好。

4 結(jié)語

a）二灰土的最大干密度與最佳含水量均隨粉煤灰摻量增加而降低。

b）二灰土的壓縮性能、抗?jié)B性能、抗剪強(qiáng)度良好，均隨齡期的增加而增加。

c）3種配合比相比，1∶3∶6配合比下二灰土的抗剪強(qiáng)度最大，具有一定的塑性變形能力;而1∶4∶5配合比下二灰土抗剪強(qiáng)度最差。

d）綜合考慮二灰土的工程特性與經(jīng)濟(jì)效益，建議工程應(yīng)用中二灰土的配合比取石灰∶粉煤灰∶土=1∶3∶6。

e）工程實(shí)例表明：路面底基層選用二灰土材料后具有較好的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，應(yīng)用效果良好。