土壤固化剂在天津空客A320工程道路中的应用研究
                   王晓华，王新岐，李长升
        （1.天津市市政设计研究院，天津300051；2.天津大学建筑工程学院，天津300072）
    摘要：该文介绍了土壤固化剂在道路工程予以应用的一例试验研究。通过室内无侧限抗压强度、CBR承载比、回弹模量试 验，为天津空客A320配套工程公路建设使用土壤固化剂处理路基确定了施工方案和保证施工质量的控制指标。其结果是： 现场土添加4％石灰和土壤固化剂的无机稳定土做路床处理时，当压实度大于90.0％，其抗压强度可大于0.80 MPa。现场土 添加2％水泥、3％石灰和土壤固化剂做底基层无机稳定土时，压实度达到95.5％以上，则无侧限抗压强度可满足1.5 MPa的 要求。现场土添加3％水泥、3％石灰和土壤固化剂做公路基层无机稳定土时，无侧限抗压强度若要达到2.5 MPa，压实度必 须控制在97.6％以上。试验总结出的无侧限抗压强度与压实度的关系曲线，为道路建设质量控制提供了参考值。
     关键词：土壤固化剂；路基处理；道路基层；室内试验
1概述
空中客车公司A320总装线落户天津将大大 提升天津滨海新区开发开放的步伐，搞好配套工 程建设具有重要的意义。通过对A320总装线项 目相关资料的分析、现场察勘，以及参照工业区岩 土工程勘察报告，空客A320总装线配套工程建 设场地属于华北平原东部滨海平原地貌，属海相 与陆相交互沉积地层。厂区处土坑较多，地基土含 水量较高、孔隙比偏大、呈中压缩性。由于软土地 基强度低、沉降大、沉降历时长，特别考虑A320 总装线运输车辆均为运输大件的车辆，对道路等 设施建设的要求更高，软土地基处理[1]的好坏，将 直接影响道路、排水、桥梁的使用质量与使用寿 命。因此软土地基处理成为空客A320总装线厂 区道路、排水、桥梁建设一个首要的关键技术问 题。在道路建设中常规软土地基处理方法[2]是将 现场土换成符合要求的掺有水泥、石灰、粉煤灰或 矿渣等无机辅料稳定土。土壤固化剂是20世纪 90年代由美国和日本传入我国，其特点是可以充 分利用当地土壤，适量添加无机辅料和土壤固化 剂，使土壤由亲水性改变成疏水性，从而提高土壤 的耐水性和抗压强度[3]，最终达到方便施工和降 低成本的目的。目前已陆续在其他省市的一些公 路和城市道路上使用。天津地区由于地下水位高、 土壤特性复杂，单方造价相对较高，至今在市政工 程上较少使用土壤固化剂。本着技术创新、服务社 会的思想，依托空客A320总装线配套工程建设， 天津市政设计院滨海分院与天津大学建筑工程学 院联合，进行土壤固化剂应用于路基处理的试验 研究，通过室内试验和试验路段的验证，率先将土 壤固化剂应用于空客A320总装线配套工程建 设，以提高软土地基承载力的问题，为空客配套工 程建设提供了技术支持。
2室内试验及主要研究过程
目前国内土壤固化剂种类繁多，经过筛选，只 选择几种适于天津滨海地区的土壤固化剂用于室 内试验。由于篇幅所限，以下介绍研究内容仅以某 土壤固化剂为例。这种土壤固化剂是一种内浸性材 料的液体固化剂，它能将土壤中的矿物质和土壤分 子分解，使其重新结晶，产生新的化学键，从而形成 土壤固化层使土壤由亲水性改变成疏水性[3]。辅 料为325＃普通硅酸盐水泥和消石灰。试验过程 中使用一般自来水对液体固化剂进行稀释，土 壤为滨海新区空客总装场地土，土壤特性如表1 所示。
 
首先测定原状土自然密度、自然含水量及土 壤塑限和液限，确定现场土壤物理特性。依据《公 路土工试验规程》（JTJ 051—93）[4]、《公路工程无 机结合料稳定材料试验规程》（JTJ 057—94）[5]等 进行以下试验。
2.1击实试验
对现场土配制不同含水量并击实，分别称重、 测定含水量、计算土壤干密度，通过曲线拟合的方法得出土壤干密度与含水量的关系曲线（见图1）， 确定该土壤的最大干密度为1.81 g/cm3，最佳含水 量为16.52%。用同样的方法得出（现场土95%+ 水泥2%+石灰3%+固化剂）无机辅料稳定土的 干密度与含水量的关系曲线（见图1），其最大干 密度为1.87 g/cm3，最佳含水量为15.64%。为添加 土壤固化剂制作不同配比无机辅料稳定土的试件 提供参考。

2.2无侧限抗压强度
添加固化剂，按照试验规程要求制作不同辅 料配比、不同压实度、不同含水量的￠50×50 mm 试件。试件制作过程中土壤混合料的含水量均比 最佳含水量大1%~2%。养护6 d后浸水24 h，进 行无侧限抗压强度试验。表2为不同辅料配比添 加固化剂后试件的无侧限抗压强度试验结果。由 于试件的抗压强度与压实度有关，将不同辅料配 比试件的无侧限抗压强度试验结果除以各自的压 实度再作比较。试件压实度的计算方法：
 
无侧限抗压强度是随压实度的提高而增大。 为了探讨两者之间的关系，分别对三组不同配比 无机辅料稳定土试件在不同压实度情况下的无侧 限抗压强度进行了试验。为了研究无侧限抗压强 度~压实度的关系，分别制作不同压实度的试件 各三个，然后取平均值，表3是试验结果。图2是 根据表3试验结果绘制的无侧限抗压强度与压实 度关系曲线。通过三条曲线可以看出，无侧限抗压 强度与压实度呈线性关系，无侧限抗压强度随压 实度的提高而增大。空客现场土添加4％石灰和
 
路邦固化剂做路床无机稳定土时，若压实度＞ 90％，其抗压强度可大于0.82 MPa，满足高速公 路或一级公路底基层7d抗压强度大于0.8 MPa 的要求。空客现场土添加2％水泥、3％石灰和路邦 固化剂做底基层无机稳定土时无侧限抗压强度若 要达到1.5 MPa，压实度需要达到95.5％。空客现 场土添加3％水泥、3％石灰和路邦固化剂做基层 无机稳定土时无侧限抗压强度若要达到2.5 MPa， 压实度至少需要达到97.6％。试验结果表明，压 实度对工程质量具有重要的意义。该次试验总结 出的无侧限抗压强度与压实度关系曲线可以为道 路施工中的压实度控制提供参考。

从表2的结果可以看出，95%现场土+2%水 泥+3%石灰+固化剂试件的平均无侧限抗压强
 
度为2.08 MPa，通过曲线拟合计算得出，当压实 度达到95.5％时，可以满足公路底基层无侧限抗 压强度大于1.50 MPa的要求；94%现场土+3%水 泥+3%石灰+固化剂室内试验试件的平均无侧 限抗压强度为2.71 MPa，通过曲线拟合计算得 出，当压实度达到97.6％时，可以满足公路基层 无侧限抗压强度大于2.50 MPa的要求。表4是相 同配比分别养护14 d、28 d后浸水作24 h做无侧 限抗压强度试验的结果，试验结果表明抗压强度 随龄期的增长而提高。

为了验证土壤固化剂在空客区域土壤的使用 效果，分别作了两组相同配比不加固化剂与添加 固化剂的对比无侧限抗压强度试验（均为￠50× 50 mm试件），对比试验结果见表5。 试验结果表明4%水泥+6%石灰+90%空客 土配比添加土壤固化剂试件比不添加土壤固化剂 试件的7 d无侧限抗压强度提高15％左右；3%水 泥+3%石灰+94%空客土配比添加路邦土壤固化 剂试件比不添加土壤固化剂试件的7 d无侧限抗 压强度提高11％左右。而固化剂的作用主要体现 在后期，因此，随着龄期的增长，添加土壤固化剂 可以有效提高土壤的承载力。
2.3 CBR承载比试验和回弹模量试验 按照《公路土工试验规程》选择合适的配比，
 
加入土壤固化剂用击实法制作￠150×150 mm试 件，分别养护6 d，浸水24 h后进行CBR承载比 试验和回弹模量试验，测定这些稳定土配比试件 的力学特性。表6是2％水泥+3％石灰+固化剂 +95％空客土配比和4％石灰+固化剂+96％空客 土配比无机稳定土试件承载比试验结果，表7是 这两种配比试件的回弹模量试验结果。试验结果 表明，上述配比满足高速公路或一级公路底基层 7 d抗压强度大于0.8 MPa的要求以及公路路基 对CBR承载比和回弹模量的要求。


3试验路段检测结果
试验路段位于空客A320厂区内，长200 m， 路基宽21.5 m，对现状土基进行开挖，然后回填碎 石，在碎石层上施作三层土壤固化剂固化石灰土 和土壤固化剂固化水泥石灰土。整个试验段划分 为三段，第一段长50 m；第二段长60 m；第三段长 90 m。
施工过程中严格按照确定的含水量、配比、压 实度和工艺进行施工。从试验路段检测结果看（施 工路段检测结果7 d强度见表8），经土壤固化剂 处理后路基回弹模量最小值为89.7 MPa,平均值 在100～150 MPa之间,已远大于路基顶层回弹模 量的要求（顶层回弹模量要求大于40 MPa）。CBR 值一般在22%～25%之间，远大于道路路基对 CBR的要求。表明应用土壤固化剂处理的路基满 足工程要求，最终可以达到方便施工和降低成本 的目的，并为天津滨海地区使用土壤固化剂处理 软土地基摸索了经验，同时也为天津地区广泛使 用土壤固化剂奠定了良好的基础。

4总结
借助空客总装线配套建设工程，通过大量的试验对土壤固化剂的作用有了深入了解，使用现 场土添加适当辅料和土壤固化剂能够满足处理 路基的各项要求，避免换土，可提高工效，节省筑 路成本。为空客A320配套工程公路建设的路基 处理确定了施工方案和保证施工质量的控制指 标：空客现场土添加4％石灰和固化剂的无机稳 定土做路床处理时，压实度大于90％，其抗压强 度可大于0.80 MPa；空客现场土添加2％水泥、 3％石灰和固化剂做底基层无机稳定土时，压实 度需控制达到95.5％以上则无侧限抗压强度 可满足1.5 MPa的要求；空客现场土添加3％水 泥、3％石灰和固化剂做公路基层无机稳定土 时，无侧限抗压强度若要达到2.5 MPa，压实度必 须控制在97.6％以上。压实度对工程质量具有 重要的意义，试验总结出的无侧限抗压强度与 压实度关系曲线可以为道路施工中的质量控制 提供参考。
施工路段检测结果表明按照上述试验研究确 定的配比和工艺，应用土壤固化剂处理的路基满 足工程要求，最终达到了方便施工和降低成本的 目的。目前道路使用状况较好。
参考文献
[1]Tr Vses Dorozhn Nauch-issled Inst,
Design and construction of roadbeds
on weak ground(In Russian),International
Journal of Rock Mechanics and Mining 
Science&Geomechanics Abstracts,Volume
15,Issue 5,October 1978,Page A115.
[2]段晔新，乔影.高等级公路中的软土地基处理方法[J].黑龙江水 利科技，2005（,6）.
[3]柯劲松.EN-1土壤路基固化剂及应用[J].新型建筑材料，1995，（4）.
[4]JTJ 051-93，公路土工试验规程[S].
[5]JTJ057-94，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].