高速公路水泥稳定风化岩路床处治技术

2022-12-06

1 工程概述

信南高速公路信泌段N O.8合同段, 起讫里程K63+200～K71+000, 全长7.89km (其中长链90m) , 路基宽度为34.5m, 我标段路基填料全部采用强风化岩。根据设计要求填方路基和土质挖方路基路床进行全宽改良处治, 路床处治设计厚度为80cm, 路床处治原设计采用8%～10%石灰土处治。后业主根据路基实际施工情况, 考虑本项目挖方主要为强风化岩, 石灰处治风化岩效果不佳, 将路床处治方案变更为下路床50cm采用风化石掺3%水泥处治, 上路床30cm采用风化石掺5%水泥处治, 填料采用筑路拌和机拌和, 振动压路机压实。

2 掺水泥处治方案的选择

(1) 原设计路床处治全部采用8%～10%的石灰改良土施工, 因石灰用量大, 受地材供应商限制, 用量不能满足现场施工需要, 而我标段路基填料全部采用强风化岩, 因此, 在工期紧的情况下, 为保证原材料供应, 经变更申报批复对路床处治由石灰变更为水泥改良。

(2) 石灰在消解、过筛、布灰等过程中容易污染环境, 而且石灰价格与水泥价格差异不大, 在确保工程质量标准不降低的情况下, 选择水泥改良风化岩。

(3) 石灰对提高低液限粘土强度效果非常好, 但对于处治风化岩效果并不佳。生石灰与土拌和过程中引起水份蒸发, 生石灰的水化吸水作用, 也就是氧化钙转换为氢氧化钙的过程, 它将吸收超过25%～35%的水份, 可相应地减少土中含水量, 使含水量降低。而强风化岩石本身含水量较低, 掺入石灰容易使拌合物由于过干而难于拌合压实。要达到规定的压实标准, 除了控制碾压厚度、碾压遍数和碾压机械吨位之外, 最关键的是要保证填料碾压时的含水量在最佳含水量±2%的范围内, 显然采用石灰不能保证含水量要求。而且由于缺水石灰不能充分水化, 强度达不到要求。此外, 石灰土改善路床的压实度会出现衰减, 如文献[2]采用石灰土, 第十天开始压实度检测就达不到规范要求, 出现压实度不合格现象, 压实度最大衰减为3%。而采用水泥改善风化岩就不存在压实度衰减的情况。

综合以上考虑, 选用水泥处治风化岩的方案。

3 水泥改良风化岩的技术优点与经济分析

3.1 技术优点

水泥稳定土方案的可行性受路床含水量影响较大, 含水量较大时可能需要较大剂量的水泥, 而且该方案有一定的适应范围, 雨季施工时, 采用低剂量水泥稳定土或级配碎石方案处理路床难以满足设计要求, 其计算路表弯沉高于设计弯沉值。而文献[5]经试验对比指出, 路床经过水泥稳定碎石换填处理后, 弯沉有所减少, 97.5%保证率下的弯沉值完全满足设计要求;换填后的压实度也达到了设计要求 (>96%) , 同时施工完毕后该方案受天气影响相对较小, 表明该方案是可行的, 施工质量有一定保障。该文献同时指出, 路床处理层厚度在20cm以上时, 处理方案有2%～4%水泥稳定碎石, 3%以上水泥稳定石屑和水泥稳定土方案。

3.2 技术要点

用洒水湿拌的方式拌和。先用拌和机将铺好水泥的风化石料翻拌两遍, 使水泥分布在风化石中, 但不翻拌到底, 以防止水泥落到底部, 第一遍由路中心开始, 同时机械应慢速前进, 第二遍相反由两边开始, 接着用拌和机再拌和两遍后, 并随时检查和调整翻拌深度, 使水泥土全部翻透。

拌和结束后, 及时检测混合料的含水量, 含水量不够时用洒水车进行洒水补湿, 拌和机应紧跟在洒水车后面进行拌和, 并随时快速检测含水量, 水份较最佳含水量大0.5%～1%, 以补偿施工过程中水份蒸发, 并有利于减轻延迟时间的影响, 在施工中, 人工配合捡出大块及超尺寸的风化岩石, 当混合料没有灰条、灰团和花面时, 没有粗细颗粒“窝”, 水份应适时 (含水量大于最佳含水量0.5%～1%) , 则已拌和均匀。

在拌和结束后, 及时进行灰剂量检测, 不够时及时加水泥再重新拌和。

3.3 经济分析

水泥稳定碎石相对于水泥稳定土和石灰稳定土而言, 造价要高。原因主要在于水泥和风化岩碎石的原材料比相应取石灰和土时要高, 但其技术性能保证率高。由于本项目所用碎石为强风化岩, 本身价格不高, 因此, 利用水泥改良强风化碎石可以减少工程造价。

4 水泥稳定风化岩的前景分析

水泥稳定风化岩的强度主要来源于水泥自身的水化反应, 反应产生出具有胶结能力的水化产物, 水化产物分散于碎石颗粒之间并逐渐硬化, 同时碎石中存在着大量的SiO2、Al2O3、Na2O等, 水泥水化产生的Ca2+与碎石中的Na+离子交换反应, 当Ca2+较多时还会与SiO2、Al2O3、发生硬凝反应, 从而使混合料逐渐胶结在一起形成强度。因此, 用水泥稳定风化岩可以有效地提高基层强度, 提高高速公路的承载能力。

对路面基层及底基层而言, 水稳性是一项很重要的指标, 水稳性直接关系到路面基层及底基层抑制水损害的能力。有文献指出, 当水泥稳定风化岩龄期90d后, 水稳性系数在85%左右, 说明水泥稳定岩抵抗水损害的能力较强。而且, 水泥稳定风化岩试件的冻稳性良好, 不同龄期的水泥稳定风化岩抗冻性系数均在80%以上。随着龄期的增长, 抗冻性增强。由此看出, 水泥稳定风化岩水稳性和抗冻性能良好, 可以有效地提高公路运营后的耐久性能。

综上所述, 虽然风化岩本身强度较低, 但经过水泥稳定后其强度增长很大, 完全能够满足规范规定的底基层的强度要求, 水泥稳定风化岩水稳性和冻稳性均较好, 温缩系数及干缩系数较小, 因此它是较好的底基层材料。充分了解风化岩的各种性能, 适当添加结合料改善其路用性能, 使其在公路修筑中大量应用, 必将大大降低工程造价, 保护环境, 促进公路事业更快地发展。

摘要：介绍了信南高速公路水泥稳定风化岩的路床处治施工概况, 论述了选择水泥改良风化岩的原因, 并分析了水泥改良风化岩的技术优点与经济性对比, 最后, 对水泥稳定强风化岩对于提高公路的承载力和耐久性做了分析。实践表明水泥稳定风化岩是切实可行的路床处治技术。

关键词：路床处治,水泥稳定风化岩,经济性,技术优点,前景