土壤固化剂在城市道路建设中的应用

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  [摘要]:土壤固化剂作为一种新型材料代替道路结构中二灰砾石基层应用于城市道路建设,目前正处于推广阶段,暂无成熟的施工经验和完善的工艺流程。本文通过对土壤固化剂基层施工的前期准备、施工过程以及施工完成后的结果验证三个阶段的描述,为土壤固化剂基层施工工艺及质量控制提供了很有价值的参考依据。
  [关键词]:土壤固化剂 施工工艺 作业方法 质量控制
  中图分类号:TU755.2+2 文献标识码: TU 文章编号:1009-914X(2012)32- 0555-02
  一、项目简介
  西安市子午大道工程B标工程南起三环北辅道,北至丈八东路,道路全长980米,规划红线宽40米,三幅路,机动车道为双向六车道,断面为:2X4米人行道+2X4米非机动车道+2X1.5米分割带+21米机动车道。道路设计设计结构组成如下:
  机动车道为:上面层为5cm厚的中粒式改性沥青(SBSⅠ-B),下面层为7cm粗粒式沥青混凝土,基层为25 cm 土壤固化剂稳定土,底基层为30cm石灰土。
  非机动车道为:上面层为4cm厚的中粒式沥青混凝土,下面层为6cm粗粒式沥青混凝土,基层为25 cm 土壤固化剂稳定土,底基层为30cm石灰土。
  以上道路基层中所掺用的固化剂为路邦EN-1型,设计配比为(重量比): 2%石灰+0.018%EN-1土壤固化剂,7天抗压强度≥0.8MPa。
  二、设计配比验证及调整
  为了验证固化剂稳定基层设计强度指标,更好地指导现场施工,施工项目部和西安市市政工程质量检测有限公司对土壤固化剂稳定土做了大量的试验,先按照设计配合比(4%白灰+0.018%EN-1型固化剂)要求作了三组试件,检测其7天无侧限抗压强度,只能达到0.66MPa,明显达不到设计0.8MPa的要求。为此我们又进行了多项配比试验,其中以下三种试验结果数据显示均能达到设计强度要求:①2%白灰+2%水泥+0.018%EN-1型固化剂;②8%白灰 +0.018%EN-1型固化剂;③10%白灰+0.018%EN-1型固化剂。
  根据实验室提出的试验数据,建设单位组织设计单位、监理单位、施工单位及固化剂厂家,针土壤固化剂稳定基层应用于城市主干道召开的专题会议,会议决定:①将土壤固化剂稳定基层设置在k0+000~k0+500段;②土壤固化剂稳定基层设计配合比进行调整至:2% P.O 425水泥+2% 石灰+0.02%EN-1型固化剂;③为该段确保快车道工程质量和固化剂基层施工工艺的合理性,先在该段慢道作为固化剂稳定基层施工的试验段,通过对该段施工过程中的各项数据进行整理分析,确定合理的施工工艺,为机动车道固化剂稳定基层大面积施工提供可靠的技术保证。
  三、施工前期准备工作
  土壤固化剂稳定基层作为一种新型的材料首次在市政重点工程中应用,项目部做了以下几个方面前期准备工作:
  1. 原材料的选择和要求
  依据施工图设计要求和会议纪要内容,固化类道路基层所采用的原材料主要有土、白灰、水泥、EN-1型土壤固化剂和水。按照《固化类路面基层和底基层技术规程》CJJ/T-98的要求,以上几种材料应符合以下要求:
  ①、土:土中有机质含量不宜超过10%(重量比),土中石料的最大粒径不应大于30mm,且压碎值不得大于40%。
  ②、水泥、白灰:普通硅酸盐水泥,采用等级为425号,水泥的终凝时间应大于4小时,禁止使用受潮、变质的水泥。白灰应采用Ⅲ级以上消石灰,且不含有未消解的生石灰颗粒。
  ③、EN-1型土壤固化剂:符合《土壤固化剂》CJ/T3073规范要求,生产厂家应提供必要的技术参数和产品说明书、合格证以及经过国家正规技术鉴定部门出具的检验报告。
  ④、水:饮用水,PH≥6
  2. 原材料的试验内容
  ①、土壤需作如下试验:土壤颗粒分析、液限和塑限指数、含水率、有机质含量等。
  ②、水泥:检测强度标号、安定性、初凝时间、终凝时间。
  ③、白灰:测定有效钙镁含量。
  ④、固化剂 :复检主要性能指标和参数
  四、初步方案的确定
  由于调整后的配比中掺加了水泥,水泥的凝结时间将是制约固化剂稳定基层施工的关键,要在有限的时间(4小时左右)内完成固化剂稳定基层的施工,需要施工现场合理安排、精心组织。根据《固化类路面基层和底基层技术规程》CJJ/T-98和现场机械配置,制定了以下施工工艺和作业内容:
  1、底基层检测:按照道路路基施工及验收规范要求对1:6灰土底基层进行验收,摊铺固化剂稳定基层所需土方前对底基层进行洒水湿润。测量放线确定土壤固化剂稳定基层的施工边线。
  2、摊铺土:选取施工现场的好黄土,按结构层厚度进行运输、摊铺,摊鋪采用推土机进行粗平和挂平机精平相结合,为保证固化剂稳定基层高程准确性,避免土壤固化剂稳定基层中水泥、白灰和固化剂的损失,机械平土的虚厚掌握在2~3cm之间。对于土壤中夹杂的大土块、砖渣以及树根、等有机物派专人进行清理。
  3、测定现场土壤含水量,根据最佳含水量确定土壤固化剂稳定基层需补水量,按照所处的施工气候,考虑到水分蒸发以及水泥水化热反应,补水量要超出最佳含水量1%~2%,以施工现场水车容积确定需洒水的车数。
  4、根据配合比以及最佳干密度,确定单位面积内的各类材料用量,施工现场打上方格网,按用量摆放白灰和水泥,施工作业人员对白灰和水泥的摊铺要均匀。
  5、为保证土壤固化剂稳定基层中各类材料和土能充分拌合均匀,要求拌合机拌合三便:第一便是在白灰和水泥摊铺完成后进行;第二遍是在喷洒完40%固化剂后拌合;第三便是在继续喷洒完40%固化剂后拌合:
  6、在稳定土拌合机拌合过程中须派专人跟机对拌合深度进行检测,禁止出现夹生或夹层现象,对拌合后的灰剂量必须现场跟踪监测。   7、稳压采用推土机进行,为保证水和固化剂稀释液能充分渗透,不宜采用压路机进行稳压。
  8、三遍拌合完成后通过平地机对最后喷洒的固化剂进行拌合,加强稳定基层表面固化效果和封层,碾压先采用震动压路机进行微震,再采用21吨三轮压路机进行静压,碾压参照灰土底基层碾压程序,便数不少于三遍。
  9、土壤固化剂稳定土基层成型后封闭交通,及时进行洒水养生,禁止机动车辆,七天后检测其强度指标。
  五、初步施工方案实施中存在的问题
  通过对慢车道500米施工完成情况,在初步方案实施过程中存在着以下问题和不足:
  1、当时施工的气温在20℃,微风,现场有两台水车,一台专门喷洒固化剂,另一台专门给拌合施工中稳定土基层洒水,现场取水由附近的自来水消防栓获得,每灌满、运输一车水大概需用一个小时左右的时间,现场洒水跟不上,时间耽误较大。
  2、为保证固化剂稀释液喷洒的均匀性,采用自流式水车,按整车满罐水稀释后进行喷洒时间太长,喷洒时间每车需要30分钟,按三次喷洒需要一个半小时,对固化剂稳定土基层施工不利。
  3、由于稳定基层中掺加有水泥,水泥的水化热反应较快,要保证在四个小时内完成对混合料的三次拌合、稳压、整平和碾压,各种机械、材料和劳力等资源配置上完备,各工序流水作业不紧凑。
  六、调整后施工方案
  为保证快车道基层施工质量,针对试验段施工中反映出来的问题和不足,根据施工现场环境和资源配置,对快车道全幅施工按以下方案实施:
  1、每一施工段的作业长度不超过160米;
  2、调整施工工艺为:
  七、改进作业方法
  1、底基层检测:
  按照道路路基施工及验收规范要求对1:6灰土底基层进行验收,内容包括:高程、平整度、横坡、宽度。利用边线控制桩按照技术规范要求:道路两侧外放宽度不小于50cm,确定土壤固化剂稳定基层的施工边线,对灰土底基层进行洒水湿润。
  2、摊铺土:
  选取施工现场的好黄土,按结构层厚度进行运输、摊铺,土壤中不得含有大于35mm的块状物、有机物应,摊铺采用推土机进行粗平和平地机精平相结合的方法,为保证固化剂稳定基层高程准确性,避免土壤固化剂稳定基层中水泥、白灰和固化剂的损失,机械平土的松铺系数掌握在1.1左右,现场土的摊铺应在固化剂稳定基层施工前1~2天内进行。
  3、测定现场土壤含水量:
  为保证土壤固化剂稳定基层有足够的压实度和最佳含水量,在稳定土基层拌合前必须准确地测定现场土壤的含水量,从而可根据最佳含水量确定土壤固化剂稳定基层需补水量,现场用水量按超出最佳含水量2%进行控制。
  4、现场土壤补水
  根据现场测定的含水量和最佳含水量之间的差值,在考虑到稀释固化剂所用的水量前提下,对现场摊铺好的土壤进行补水渗透。现场采用6m3的洒水车进行喷洒,并要让水能够充分渗透到土壤层中。
  5、白灰、水泥的摊铺
  以设计配合比和最大干密度确定单位面积内的各类材料用量,施工现场根据计划作业段长度计算用量,打上方格网,按用量摆放白灰和水泥。考虑到白灰、水泥与水的反应快慢,摊铺时应先将白灰摊铺均匀后,再将水泥摊铺均匀。
  6、稳定拌合机第一遍拌合
  为保证土壤固化剂稳定基层中各类材料和土能充分拌合均匀,整个土壤固化剂稳定基层拌合必须达到三遍:第一遍在白灰和水泥摊铺完成后进行,为充分发挥机械效能,缩短固化剂稳定基层作业时间,按照道路宽度,施工时采取半幅施工即:白灰全幅摊铺完后,先摊铺半幅路宽的水泥,再摊铺另半幅路水泥。
  7、稳压、喷洒固化剂
  为保证喷洒固化剂的水车能在拌合后的土壤上行驶,须对拌合的稳定土使用推土机进行稳压,通常在半幅完成后即开始稳压。在现场固化剂加入量采用磅秤严格计量,每加完一桶均要对其进行清洗,避免污染和浪费,加入水罐内的固化剂需用人工拿铁锨进行搅动,确保均匀性。
  8、第二遍和第三遍拌合
  这两遍的拌合放在喷洒完80%固化剂后进行,主要目的就是将固化剂稀释液与白灰、水泥土充分搅拌均匀,确保固化剂对土的固化作用。这两遍的拌合速度较第一遍的拌合速度快,一般在15米/分钟左右。
  9、第二遍稳压、喷洒固化剂
  按照技术规范《固化类路面基层和底基层技术规程》CJJ/T-98要求,在土壤固化剂稳定基层表面喷洒20%的固化剂进行封层,增强基层表面的固化效果。
  10、平地机整平
  待剩余固化剂稀释液喷洒时,测量员采用标准点法将稳定基层在其断面上测定出标准灰点,以便机械手作业时能确定合理作业顺序。待固化剂稀释液喷洒完毕后,刮平机开始对稳定基层进行找平。同时通过刮平机往返的找平,将表层部分的固化剂与土壤进行了搅拌,达到了均匀效果。
  11、碾压
  对平整好的稳定基层进测量复核无误后,先采用震动压路机对稳定基层进行微震碾压,再用21噸三轮压路机对稳定土基层进行静压。碾压时先轻后重,由道路两侧向中间依次进行,轮迹重合宽度不小于1 /3轮宽,碾压遍数不小于三边。碾压完成后及时检测稳定基层的压实度,以验证碾压效果。
  12、养生
  碾压完成后的固化稳定土基层应及时封闭交通,禁止车辆在成型后的稳定基层上行驶、挑头、停留。同时为保证固化剂稳定基层强度的形成,必须对其进行洒水养生,养生时现场采用塑料薄膜(或养生毯)进行覆盖,减少水分散失和阳光对固化剂基层表面的暴晒。
  八、现场资源配置
  影响土壤固化剂稳定基层施工质量的因素除了与组成材料相关外,还与施工季节的天气状况和资源配置相关联。根据土壤固化剂基层改进后的施工方案和方法,对土壤固化剂稳定基层施工配备资源主要有以下几个方面:
  1、机械设备
  2、主要材料
  根据调整后的设计配比、最佳密实度、最佳含水量和施工现场作业面积,确定本工程土壤固化剂稳定基层施工所需的白灰、P.O 425水泥、EN-1型固化剂以的单位面积用量。   3、人员配置
  针对土壤固化剂基层施工,项目部成立专项课题小组。同时施工作业由两个作业队组成,每个作业队人数不少于20人,主要从事白灰、水泥装卸、摊铺、固化剂稀释以及稳定基层的整平工作。
  九、固化剂基层监测项目
  为保证固化剂基层施工质量达到一次性合格,做好施工过程控制尤其重要。通常需做好以下几项:
  1、现场土壤含水量检测;
  2、水泥、白灰摊铺的单位用量;
  3、固化剂的用量以及稀释固化剂所需的用水量;
  十、施工过程中需要注意事项
  (一)、质量技术方面
  1、水泥的初凝和终凝时间的控制:在选择水泥时一定要弄清楚水泥的型号、 标号,严禁使用快硬性水泥和早强水泥以及变质结块的水泥。
  2、施工前对所使用的土壤应进行含水量的检测,不宜选用过干或过湿的土壤作为固化类基层的土源,应保持在土壤固化类基层的最佳含水量附近。
  3、所配置的土壤固化剂应严格按设计要求进行配比,根据施工段的面积计算所需固化剂的重量和现场所需的洒水量,为加快固化剂的喷洒速度,可将固化剂稀释。
  4、拌合施工过程中应随时检查拌合深度,每次拌合时应略破坏低下层表面深度宜在2cm左右,层与层之间不得留有未掺拌的“夹层”。
  5、严格按照面积量均匀喷洒,禁止漏洒或多洒。
  6、对于施工接缝处应搭接拌合,第一段拌合后,留5~8米不进行碾压,在第二施工段施工时再将前段预留的未碾压段添加石灰、水泥、土壤固化剂重新进行拌合,与第二段相连一起碾压。
  7、在固化剂稳定基层未达到强度要求前,应限制车辆通行,土壤固化类基层养护期不宜少于7天。
  (二)、安全、环境方面
  1、由于所使用的固化剂具有挥发性和强烈的刺鼻味,可能只是人出现头晕、恶心等现象,施工现场应注意对作业人员安全教育和安全防护,尤其对搅拌稀释固化剂的作业人员,一定要配带口罩或防毒面具以及橡胶手套。
  2、固化剂的防治应与其它材料分开放置,设定专门的放置点,要求通风,远离易燃、易爆物品和电源设备,同时做好明显的材料标识。
  3、施工过程中使用大量的机械,安全员要做好各项技术交底工作和现场安全监管工作,避免安全事故的发生。
  4、对固化剂桶内溶液倾倒完时,需用清水进行洗涮,并到入喷洒前水车水罐内。固化剂桶应集中回收,不得随地乱扔。
  5、由于道路施工场地属开放性,对现场需利用的土方进行覆盖,对摊铺好的土层要进行洒水,避免扬尘,做好现场环境保护。
  6、由于固化剂有强烈的刺鼻味,设置专人负责对周边单位居民的疏导,对施工现场作出明显的标识,禁止外界人员、车辆进入施工现场。
  十一、固化剂基层实施后的效果
  (一)、質量效果
  1、现场土壤固化剂稳定基层经7天养生后,应对其强度进行检测,现场采用钻芯取样的方法,按照道路基层强度检测频率1000m2三个点进行取样,做抗压强度试验,经统计分析,其强度为1.30MPa,大于二灰碎石七天无侧限抗压强度0.8MPa要求。(试验结果附后)
  2、为了进一步验证固化剂稳定基层的强度,我们对固化剂基层快、慢车道进行了弯沉试验,通过对其数据的整理,结果显示固化剂稳定基层的道路弯沉值小于二灰碎石基层的弯沉值。表明其强度可以超过二灰碎石基层的强度要求。
  (二)、经济效果
  按照调整后的施工方案,对快车道500米采用土壤固化剂基层与采用二灰碎石基层进行经济对比分析,具体如下:
  由上表可以看出:土壤固化剂基层施工虽在某些费用上较二灰碎石基层费用大,但总体费还是有所降低,平均每平方米降低额达到5.87元。
  参考文献:
  [1]李显.城市道路设计规范.2009.6
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