杨晓鹏

(陕西水利水电工程集团有限公司　陕西　渭南　714000)

摘　要　LZSS土壤固化剂经过在工业一路固化土基层的使用,效果明显。它替代了传统的石灰土和二灰碎石基层,达到了 设计要求,满足使用要求。采用LZSS土壤固化剂固化土基层,可缩短工期,降低成本,环保,非常适合市政道路 施工。

关键词　LZSS土壤固化剂;固化土基层;施工

1工程概况

工业一路是西安市阎良区国家航空高技术产业基地的一条市 政道路。产业基地位于西安市东北端,距西安市中心50km。本道 路工程沿线地貌属石川河二级阶地,地势平坦,地形呈北高南低态 势。地面标高变化为385.3m~387.1m。地下水埋深较深,埋深一 般为10.4m~10.7m,主要靠大气降水和地下径流补给,排泄方式主要为蒸发和地下径流,水位年变化一般小于1.0m。 道路沿线地貌单一,地质结构简单,无不良地质,总体工程 性质较好,地层分布稳定、均匀;场地为非自重湿陷性黄土场地, 湿陷等级为(轻微)~Ⅱ(中等)级。路基土为中湿,最大冻土深 度45cm。

工业一路起点与蓝天路相接,路线由北向南延伸,终点与创 业二路相接。按城市次干道(Ⅱ级)标准设计,设计车速采用40km/h,道路红线宽30m,采用双幅路形式,道路全长369.5m。

本工程车行道采用双层沥青砼路面,路面结构计算荷载采 用标准轴载BZZ-100,设计年限15年,设计年限内一个行车道 上的标准轴次400万次。设计容许回弹弯沉值L=0.0287cm。 路面结构组成

中粒式沥青砼(AC-16Ⅰ)　5cm

粗粒式沥青砼(AC-25Ⅱ)7cm

透层沥青1kg/m2

碎石层7kg/m2~9kg/m2

LSZZ固化土基层40cm

路面总厚度52cm。

道路40cmLSZZ固化土基层采用添加重量比为4%的石灰 和1/10000的LZSS固化剂,并在基层表面撒布一层碎石 (7kg/m2~9kg/m2),厚度约1cm~2cm,此碎石厚度计入 基层。

基层的7天无侧限抗压强度≥0.8MPa。

2LZSS固化剂

2.1LZSS固化剂的介绍

LZSS固化剂是一种由石油裂解产物加以磺化所得到的化 学剂,系腐蚀性强酸。LZSS固化剂常态下为黑色液体,略粘于 水,易溶于水,溶于水后迅速离子化而使溶液呈高导电性。LZSS 固化剂加入到土壤或路基材质中,使土壤由亲水性变为憎水性, 从根本上将土壤内部的吸附水全部去掉,可用来改变无机土壤 的化学与物理性质,在常规压实机械的碾压后,能有效改进土壤 工程性质,包括增加压实度、密度、承载能力、聚集力,减小土壤 的水敏感性(通过改变土壤的含水量、减少进入土壤的水量、改 进防水性等),提高土壤的防渗性等。

2.2LZSS固化剂的特点

2.2.1固化作用持续有效

不像石灰或水泥那样的粘合剂,LZSS固化剂是一种催化 剂,只要有水分存在,它就会通过其自身的离子交换作用改变土 壤性质。在固化过程中,固化剂不参与土壤的胶结或化合作用, 再通过施工过程的有效压实挤密作用,其分子与土壤颗粒能够 紧密结合而不易分离。因此,一旦加入到土壤中,其总量不会随 时间而消耗减少,因而功效将持续有效发挥,土壤将得到永久 强化。

2.2.2优良的抗裂性能

目前,道路基层和底层广泛采用半刚性材料作为其材料,但 由于半刚性材料的高收缩开裂的特点,所以解决抗裂性成为路 面基层的主要科技攻关难题。由于LZSS固化剂的加入,使得土 壤颗粒间的自由水排出,颗粒间的各种力得到加强,这样大幅度 提高了土壤的抗拉和抗弯性能,从而大幅度提高了土壤的抗收 缩和开裂能力。试验和工程实践证明,其抗裂性能较传统的半刚性材料提高了2倍左右,因此该材料固化的基层也可以作为 半柔性基层,它解决了道路基层的抗裂问题。

2.2.3良好的水稳性能

LZSS固化剂具有亲水和疏水二重结构,这样可以阻止水分 进入土壤体系,即使有微量的水流过,也不会被处理过的材料吸 收,而是自然蒸发,从而从承载能力,最终可以延长道路的使用 年限。同时,由于LZSS固化剂的加入,破坏了土基中的毛细管 结构,阻碍了地面水对土体的侵入和结合,又阻挡了地下水的上 升,从而可以有效的解决道路的冻胀和翻浆问题,降低冻胀及春 融对公路质量的影响。

2.2.4良好的抗冻性能

冻胀作用力主要是由于水结冰体积增大产生较大毛细管压 力引起的,水减少了,冻胀压力随之减小了,抗冻性能得到了提 高。由于LZSS固化剂加固土存在的胶体及结晶具有疏水效果, 外界自由水较难进入土体内部,而只有少量结合水存在于晶体 内部,因此其具有良好的抗冻性能。

2.2.5较好的强度和刚度

由于LZSS固化剂作用并不产生象化学强化剂那样的胶结 和凝固,因此,经过其处理过的道路既坚硬又有一定柔性,可以 承受道路荷载的作用。

2.2.6简单的施工工艺

和传统半刚性基层施工相比,LZSS固化土的施工工艺简 单,不需要添加任何额外的设备(本文将详细论述),这对于降低 施工造价,保证工程质量是非常有益的。

2.2.7环保型材料

LZSS固化剂经稀释后为无毒无害溶液,且无副作用,是一 种绿色环保产品,经实践检查,对道路两旁的植物和地下水均 无害。

2.2.8经济效益明显

LZSS固化土的经济效益明显,就材料费比较,可比二灰土 降低了10%左右,比二灰碎石降低了50%~70%;同时在施工 和后期的养护上也可比传统基层施工节省费用。

2.2.9缩短工期

目前,传统半刚性基层施工养生10d~14d后方可进行下 一道工序的施工,而LZSS固化土材料在施工的第二天可以进行 下一道工序的施工,可以缩短工期10d~14d。 3LZSS复合固化土基层施工

3.1工艺流程

3.1.1施工放样

在整修并经过检验合格的路床上恢复中线,在路外两侧设 指示桩,在指示桩上标出底基层的设计标高。

3.1.2备料

所用土、外加剂、LZSS土壤固化剂须符合质量要求。外加 剂符合有关质量要求,土有机物含量小于等于10%,水为一般饮 用水或不含油、杂质的水。

3.1.3施工机械的要求、运输及摊铺 稳定土拌和机的功率应不小于250马力,拌和厚度大于 30cm;平地机不能用推土机代替;撒水车应具有机械加压的喷 洒功能;压路机最少配备2台,一台为10至12t的光轮压路机 一台为大于16t轮胎振动压路机。

运料时对下层先洒水湿润,控制每车料的数量基本相等,根 据基层的宽度、厚度、预定的压实度及现场集料含水量、车辆吨 位计算每车料堆放距离,以保证均匀地摊铺厚度。土中杂物应 去除。按照1.53~1.58的松铺系数铺土,土的摊铺在外加剂加 入的前一天进行。外加剂的添加剂量应精确控制。

3.1.4第一次拌和

在最佳含水量左右采用稳定土拌和机拌和,拌和深度应达 到稳定土层底,设专人跟机检查拌和深度,严禁在拌和层层底留 有素土夹层,拌和破坏下承层表面约1cm左右,以利上下层粘 结。拌和完成的标志是:混合料色一致,水分合适均匀。拌和过 程及时检查含水量,水分不足应及时补洒。拌和完成后及时检 查外加剂剂量,以保证外加剂剂量达到设计要求。

3.1.5初步整型和稳压

混合料拌和均匀后,用平地机初步整平和整型。整型的方 法是直线段由两侧线路中心刮平,转弯处由两侧向外刮平;初步 整型后用光轮震动压路机碾压1~2遍。

3.1.6喷洒LZSS土壤固化剂

按计算好的添加量将LZSS土壤固化剂加入洒水车中并搅 拌均匀,然后在拌和均匀的基层土上用洒水车均匀洒布,严格控 制用料配比,保证含水量,以达到设计要求。

3.1.7喷洒LZSS土壤固化剂过程中的拌和

为了保证混合料的配比、均匀性,对固化剂的喷洒应分两次 进行,并在每次喷洒结束后都要进行拌和及其整平。在该过程 结束后,设专人跟机检查拌和深度,确保固化剂与土拌和均匀 及时检测土、固化剂、含水量、添加剂等剂量,如发现不足,应及 时采取相应的技术措施;拌和完成的标志是:混合料色一致,水 分合适均匀。

3.1.8最终拌和

为了保证混合料的配比、均匀性达到设计要求,并对基层再 一次拌和。

3.1.9整型和碾压

混合料拌和均匀后,用平地机初步整平和整型,整型的方法 是直线段由两侧线路中心刮平,转弯处由两侧向外刮平;初步整 型后用轻型压路机碾压1~2遍,以暴露潜在的不平整,再用平 地机精平,人工配合找补,标高略高于设计1cm~2cm,避免薄 层贴补。每次整型都要按照规定的坡度和路拱进行。整型时禁 止车辆和机械通行。

整型后,在最佳含水量左右时碾压。碾压前应在基层表面用碎 石撒布1cm~2cm碎石一层(大约7kg/m2~9kg/m2)。碾压机具 组合是:先轻后重;碾压速度先慢后快;碾压路线:由两侧向路在碾 压。碾压注意两侧多压2~3遍;碾压表面保持湿润。严禁在已完成 的或正在碾压的路段上“调头”和“急刹车”。碾压结束之前,用平地 机再进行一次调平,使纵向顺适,路拱符合要求。

3.1.10养生

成型后洒水养生,保持表面潮湿,不予破坏。

3.1.11接缝处理

两工作段搭接部分应采用对接形式,预留30cm~50cm不 进行压实,以便衔接。

3.1.12下道工序

在基层施工结束后应立即进行乳化沥青稀浆封层或透层油 撒布的施工。这样就可以不用再洒水养生,如果不能及时做封 层,则必须进行洒水养生。

在施工中,除满足以上要求外,其余未设计的内容应符合 JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》中石灰稳定土的相 关规定要求。

3.2注意事项

对已完成的路床素土结构层应进行检查报验,经监理工程 师和甲方代表同意后,方可进行底基层的施工工序。 施工放样选择合适的压实系数,(压实系数与碾压机具,土 的性质,土的含水量等因素有关),掌握好虚铺厚度。 配备好主要施工机械(机械使用状况良好)。

稳定土拌和机:功率足够(不小于250马力),拌和厚度要大 于30cm。平地机:不能用推土机替代。洒水汽车:具有机械加 压喷洒功能。压路机:至少配备两台,一台轮胎震动压路机,一 台12t~15t三轮压路机。

压实厚度20cm为一层结构层,40cm厚LZSS固化灰土层 按两次进行路拌法施工。

先铺松土,摊平后打方格,按计算的石灰量摊铺石灰,铺土 过程中捡除草皮、树根、塑料纸、编制袋等杂物。 第一次拌和(灰土拌和)用功率足够的稳定土拌和机拌和。 要跟机检查拌和深度,防止“素土”层存在,拌和幅度要达20cm 左右,防漏拌。

测土壤含水量(至少测两次)。在喷洒LZSS固化剂作业段, 取三处土样,现场测定土的含水量。

LZSS土壤固化剂的用量计算(每平方米的用量)。

1500×0.2×1/10000=0.03kg

根据所测土的含水量,与最佳含水量比较,再加2%~3%考 虑,计算出每平方米所加水的量。

例:土的含水量为12%,最佳含水量为15%

所加含水量15+2-12=5(%)

每平方米加水量1500×0.2×0.05=15kg

每平方米需加水量15×1000=1500kg=15t

先测洒水汽车空车重,以装5t、6t、7t、8t、9t水分别标记。 按装水的重量,算出应喷洒多少平方米(确定作业段),按每 平方米LZSS用量加到洒水车罐中。

喷洒前将已拌和好的用平地机粗平其灰土层并用震动压路 机粗压1~2遍,便于洒布汽车进行均匀喷洒。

第一次喷洒40%LZSS土壤固化剂溶液后开始进行第二次 拌和,拌和遍数视混合料颜色和水分均匀合适而定,通常为2~3 遍,完后同样用震动压路机粗压1~2遍,仍然进行整平。

第二次喷洒40%LZSS土壤固化剂溶液后同样按第一次洒 固化剂的工序进行第三次拌和,整平、碾压,使其混合料均匀,含 水量接近或达到最佳含水量。

整型与碾压

用平地机整平,边整边平边测高程,压路机进行碾压,振动 压路机先初压2~3遍,平地机精平后用三轮12~15t压路机排 压,直到检测压实度合格为止。

成型好的作业段喷洒20%LZSS土壤固化剂溶液封层。 按作业段以流水作业法向前推进。

管制好来往交通车辆,以避免因重车通行影响施工质量和 进度。

3.3检测结果

2007年7月9日西安公路研究所公路工程试验检测中心对 所送的LZSS固化土进行了7天无侧限抗压强度检测。检测要 求压实度为96%,试件数量为9个,试件尺寸(直径×高)5cm× 5cm,龄期7天。试验结果的最小值为0.8MPa,试验结果的最 大值为0.96MPa;抗压强度为Rc0.88MPa;标准差S为0.058; 偏差系数CV为6.6%;Rc0.90(Rc-1.282S)为0.80;Rd(0. 80)/(1-1.282CV)为0.87;Rc≥Rd(0.80)/(1-1.282CV)符合 要求。最大干密度为1.84g/cm3;最佳含水量为14%。

4结论

经过工业一路的施工实践,LZSS固化土基层替代传统的石 灰土和二灰碎石基层是可行的,是有相当优势的。