水泥改善稳定土在东北地区公路施工中的应用

2014-02-10王桂峰

交通科技 2014年1期

王桂峰

（长春市公路管理段长春 130021）

东北地区由于受季节及气候的限制，公路工程施工周期较短。加之七八月份汛期雨水较多，使得年有效施工天数更少，极其不利于土方路基工程及路面底基层、基层施工。如何在有限的施工期限内，利用有效的施工天数，改善土质条件，加快施工进度，快速、高效地完成施工作业任务是工程的重要问题。2009～2010年间，在京哈公路长春至德惠段一级公路02合同段的路基土方施工中，尝试性地采用水泥改善土改良土壤结构，增强路基整体强度，收到较好的效果。

所谓水泥改善土就是指当土的塑性指数或CBR值达不到规定的要求时或土的含水量过大无法迅速碾压成型时，在土中掺加一定剂量的水泥（质量分数为3%～4%，最大不超过6%）而形成的水泥改善细粒土〔也包括水泥改善各种中粒土和粗粒土），使其具有良好的整体性。因为土的矿物组成基本属于硅铝酸盐，其中含有大量的硅氧四面体和铝氧八而体，在通常情况下这些矿物具有较高的稳定性。这些矿物组成和结构具有胶凝能力，生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产物一起，将粘土颗粒凝结成一个整体。

1 水泥改善土对土的要求

对土的一般要求是易于破碎，满足一定的级配，便于碾压成型。高速公路工程用于水泥稳定层的土，通常按照土中组成颗粒（包括碎石、砾石、砂颗粒，不包括土块和土团）的粒径大小和组成，将土分为下列3种。

（1）细粒土。颗粒的最大粒径小于9.5mm，且其中小于2.36mm的颗粒含量不小于90%（如塑性指数不同的各种粘性土、粉性土、砂性土、砂和石屑等）。

（2）中粒土。颗粒的最大粒径小于26.5 mm，且其中小于19.0mm的颗粒含量不小于90%（如砂砾石、碎石土、级配砂砾、级配碎石等）。

（3）粗粒土。颗粒的最大粒径小于37.5 mm，且其中小于31.5mm的颗粒含量不小于90%（如砂砾石、碎石土、级配砂砾、级配碎石等）。

规范要求土的塑性指数为12～20的粘土（亚粘土），实际施工中根据土质而定，塑性指数为12～18的土最为理想。

2 水泥改善土的各项技术经济指标

当采用P.O32.5号水泥时、水泥用量为干土重的5%时，最大干密度为1.92g／m2，最佳含水量为12.9%，7d95%压实度结果为0.7MPa。

当采用其他标号水泥和水泥剂量时，各项指标值通过重型标准击实和无侧限抗压强度试验获得。

3 水泥改善土结构层的施工

水泥改善土结构层的施工宜在春末或气温较高的季节组织。施工期间的日最低温度在5℃以上，在东北等冰冻的地区，应在第一次重冰冻（－3～－5℃）到来之前半个月到1个月完成。

在雨季施工水泥改善土结构层时，应特别注意气候变化，勿使水泥和混合料遭雨淋。降雨时应停止施工。已经摊铺的水泥混合料应在水泥终凝前尽快碾压密实。路拌法施工时，应采取措施排除下承层表面的水，勿使运到路上的集料过分潮湿。

配备足够的拌和、碾压设备，采取分段作业、流水施工的工艺，从水泥与土结合时开始计时，拌和均匀、碾压完成最长不能超过通过试验确定的最迟延长时间。最好是先翻拌素土，使其含水量接近或略大于最佳含水量时铺设水泥，拌和均匀后即整平碾压，在水泥初凝前（约3h内）完成压实，效果更佳。

水泥改善土结构层施工时，应遵守下列规定：

（1）土块应尽可能粉碎，土块最大尺寸不应大于15mm。

（2）配料应准确。

（3）路拌法施工时，水泥应摊铺均匀。

（4）洒水、拌和要均匀。

（5）应严格控制厚度和高程，其路拱横坡应与面层一致。

（6）应在混合料处于或略大于最佳含水量（气候炎热干燥时，混合料含水量较最佳含水量可大1%～2%）时进行碾压，直到达到表1所列按重型击实试验法确定的要求压实度（最低要求）。

表1 压实度要求

由于当前有多种大能量压路机，压实度标准宜提高1%～2%。

4 水泥改善土的施工方法及要求

4.1 施工流程

测量放样→备土（洒水闷料）→推土→ （洒水）拌和→推土机履带稳压→粗略整平→（洒水）撒水泥→拌和→推土机稳压→整平→碾压→养生。

4.2 施工方案

采用装载机或挖掘机装车，自卸汽车运输，推土机和平地机摊铺集料，人工摊铺水泥，稳定土拌和机或五铧犁配合圆盘耙、旋耕机拌和，洒水车补充洒水，平地机整形和轻、重型压路机联合碾压成型的方案。

4.3 工、料、机配备

测工2人，技术员1人，试验员1人，工长1～2人，力工20～30人，稳定土拌和机1台，推土机2～3台，装载机2台，挖掘机2台，平地机1台，振动压路机1台，轮胎压路机1台，三光轮压路机2～3台，加油车1台，15t自卸汽车15～20台，洒水车2台，振动平板夯1台。

4.4 施工方法

（1）下承层准备。①水泥改善土施工要求下承层表面平整、坚实，具有规定的路拱，没有松散的材料和软弱地点，下承层的平整度和压实度符合有关技术规范的要求；②对下承层或基底进行压实度及弯沉测定，一般情况下，每50延米为一断面，每个断面至少测2个点（内外双轮间隙各1个点），凡不符合设计要求的路段，根据具体情况，分别采用补充碾压、换填好的材料、挖开晾晒等措施，使之达到规范规定的标准；③下承层或基底、老路面上的低洼和坑洞，应仔细填补及压实，搓板或辙槽应刮除，松散处耙松洒水并重新碾压，达到平整密实；④新完成的下承层或基底，按相关规范规定进行验收，凡验收不合格的，采取措施使其达到标准后方可铺筑水泥改善土上层；⑤在槽式断面路段，两侧路肩上每隔一定距离（如5～10m）交错开挖泄水沟（或做盲沟）；⑥在集料摊铺前，下承层表面要洒水湿润。

（2）施工放样。在下承层恢复中线，直线段每10～20m设一桩，平曲线段每5～10m设一桩，并在两侧路肩边缘外设指示桩，然后进行水平测量。在两侧指示桩上用明显标记标出水泥改善土层边缘的设计高，施工过程中，边桩如有丢失或移动及时补桩抄平。

（3）备料。①料场选择。先通过肉眼鉴别沿线所有料场的土场，初步选定一些备用料场，从每个料场取有代表性的土样，送试验室进行原土料及混合料的物理力学性质试验，根据试验结果，选定准备开采使用的料场（同时确定水泥剂量）；②料场采集。如料层上有覆盖土、树木、草皮等杂物，则首先使用推土机将其清除干净。在采集集料的过程中，在预定采料深度范围内自上而下不分层开采。避免不合格的土料推入选料堆中，采集如发现土料有明显变化，则及时将有代表性的样品送试验室进行规定的各项试验；③计算材料用量。根据各路段水泥改善土层的宽度、厚度及预定的干密度，计算各段需要的干燥集料数量；根据料场集料的含水量和所有运料车辆的吨位，计算每车粒料的堆放距离；根据水泥改善土层的厚度和预定的干密度及水泥剂量，计算每1m2水泥改善土需要的水泥用量，并计算每袋水泥（通常为50kg）的摊铺面积；④集料的运输和堆放。集料用装载机或挖掘机装车，自卸汽车运输。装车时，注意每车的装载数量基本相等。根据各路段需要的集料数量按计算距离卸料。在料场供应的路段范围内，由远到近将集料堆放在路的一侧，严格掌握卸料的距离。避免集料过多或不够，同时避免集料长时间堆放，造成水分大量蒸发，或遭雨而使含水量过大，甚至造成弹簧现象。如选料中超尺寸的石料颗粒过多，则在料场进行筛除。

（4）摊铺集料。通过试验确定集料的松铺系数（或压实系数，它是混合料的松铺干密度与压实干密度的比值）。摊铺材料在摊铺水泥之前一天进行，摊料长度以日进度的需要量为度，够次日一天完成掺加水泥、拌和、碾压成型即可。雨季施工应及时摊铺料并保证后续工艺在降雨之前全部完成。

采用推土机和平地机将集料均匀摊铺在预定的宽度上，表面力求平整，并有规定的路拱。推料过程中，将土块超尺寸颗粒及其他杂物拣除，同时及时检验松铺材料层的厚度，看其是否符合要求。必要时进行减料或补料工作。

（5）洒水预湿。在运输到下承层上的选料（包括各种砂砾土和细粒土）上洒水预湿。洒水预湿素土，使水在土中分布均匀，以减少摊铺水泥后的洒水工作量。预湿土（特别是预湿中粒土和粗粒土）使拌和过程中水泥立即粘结在砂粒和砾石颗粒上，而不至于漏落到处治层的底部，使土的含水量约为最佳含水量的70%。预湿时，将水均匀地喷洒在土上，如果隔天预湿素土，有可能遭受夜雨而变得过分潮湿，则可以在当天的清晨进行预湿工作。

（6）整平和轻压。集料经过预湿后，采用平地机整平成要求的路拱和坡度，并用轻型压路机碾压1～2遍，使集料层具有平整光滑的表面，同时具有一定的密实度，以便摊铺水泥。

（7）摆放和摊铺水泥。按计算的每袋水泥的纵横间距，用石灰在集料层上做摆放水泥的标记。水泥用汽车直接送到摊铺路段，直接卸在标记地点，并检查有无遗漏和多余，然后开袋将水泥倒在集料层上，并用刮板将水泥均匀摊开，使每袋水泥的摊铺面积相等。水泥摊铺完毕后，做到表面没有空白位置，也没有水泥过分集中的现象。

（8）干拌。用稳定土拌和机或五铧犁配合圆盘耙、旋耕机进行拌和。拌和的第一、二遍通常进行“干拌”，预防加水过程水泥成团。拌和深度达到改善层底，拌和时设专人跟踪拌和机。随时检查拌和深度并配合拌和机操作员调整拌和深度。严禁在拌和层底部留有“素土”夹层。利用拌和机略破坏（约1～2cm）下承层表面，以利上下层粘结。

（9）加水并湿拌。①在上述拌和过程结束时，如果混合料含水量不足，用喷管式洒水车补充洒水。洒水车起洒处和另一端“调头”处都超过拌和段2m以上，禁止洒水车在正在进行拌和或当天计划拌和的路段上“调头”和停留，以防局部含水量过大；②补充洒水后，再次进行拌和，使水分在混合料中分布均匀。拌和机械紧跟在洒水车后面进行拌和，尤其在纵坡大的路段上更要配合紧密，减少水分流失；③洒水及拌和过程中，及时检查集料的含水量。含水量宜略大于最佳值，改善中粒土和粗粒土，较最佳含水量大0.5%～1%，改善细粒土，较最佳含水量大1%～2%；④混合料拌和均匀后，做到色泽一致、没有灰条、灰面和花面，没有粗细集料“窝”，且水分适合均匀；⑤在洒水拌和过程中，配合人工拣出超尺寸颗粒，消除粗细集料“窝”以及局部过分潮湿或过分干燥的集料。

（10）整形。混合料拌和均匀后，立即用平地机进行初平。在直线段，平地机由两侧向路中心进行刮平；在曲线段，平地机由内侧向外侧进行刮平。需要时，再返回刮1～2遍，用轻型压路机立即在刚初平的路段上快速碾压1遍，以暴露潜在的不平整；然后再用平地机整平1次，每次整平都按要求的坡度和拱度进行，特别注意接缝处的整平，使接缝顺适平整。

水泥改善土层表面的低洼处，严禁用薄层水泥混合料找补。摊铺时，按“宁高勿低”的原则；最后整平（终平）时，按“宁刮勿补”的原则处理。

（11）碾压。①根据路宽、压路机的轮宽和轮距的不同，制定碾压方案。以求各部分的碾压次数尽量相同（通常路面两侧要多压1～2遍）；②水泥改善土层整平满足要求后，混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时，立即用三轮压路机、重型轮胎压路机或振动压路机在全宽内进行碾压。碾压时，重叠1／2轮宽，后轮超过两段的接缝处。压路机的碾压速度头两遍采用1.5～1.7km／h，以后采用2.0～2.5km／h；③严禁压路机在己完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，保证改善土层表面不受破坏；④碾压过程中，水泥改善土层的表面始终保持湿润。如水分蒸发过快，应及时补洒少量水；⑤碾压过程中，如发生“弹簧”、松散起皮等现象，应及时翻开换以新的混合料或添加适量水泥重新拌和，使其达到质量要求；⑥经过拌和、整形的水泥改善土，在水泥初凝前和试验确定的延迟时间内完成碾压，并达到要求的密实度，同时无明显轮迹。

（12）接缝和“调头”处的处理。①同时施工的2工作段衔接时，采用搭接。前一段拌和整形后，留5～8m不进行碾压，后段施工时，前段留下来未碾压部分加部分水泥重新拌和，并与后一段一起碾压；②在已碾压完成的水泥改善土层末端，沿改善土挖一条横贯铺筑层全宽的宽约30 cm的槽，直挖到下承层顶面。此槽与路的中心线垂直，靠改善土的一面切成垂直面，并放2根与压实厚度等厚、长为全宽一半的方木紧贴其垂直面；第二作业段拌和后，除去木方，用混合料回填，靠近方木未能拌和的一小段人工进行补充拌和。整平时，接缝处的水泥改善土较己完成断面高约5 cm，以利形成一个平顺的接缝；③水泥改善土层的施工避免纵向接缝。在必须分2幅施工时，纵缝采用垂直相接。在前一幅施工时，靠中央一侧用方木或钢模板做支撑。方木或钢模板的高度与改善土层的压实厚度相同。混合料拌和结束后，靠近支撑木（或板）的一部分人工进行补充拌和，然后整形和碾压；养生结束后，在铺筑另一幅之前，拆除支撑木（或板）；第二幅混合料拌和结束后，靠近第二幅的部分人工补充拌和，然后进行整形和碾压。

（13）养生及交通管制。水泥改善土经过拌和、压实成型后，立即养生。用潮湿的帆布、粗麻袋、稻草麦秸或其他合适的潮湿材料覆盖。无上述条件时，采用洒水车经常洒水养生。每天洒水的次数视气候而定，整个养生期间始终保持改善土层表面潮湿。养生期不少于7d，养生期间禁止一切车辆通行。

4.5 工艺措施

（1）质量措施。①严格按技术规范标准和监理程序选择性地准备水泥改善土原材料，做好混合料配合比设计。水泥改善土用做基层时，颗粒的最大粒径不超过37.5mm（高等级公路不超过31.50mm。在水泥改善土用做高级道路的路面基层时，采用不含塑性细土的集料；②严格执行合同规范和监理程序。做到前道工序未经检查认可，后道工序不施工。施工过程中，成立专职的质检机构，严格按施工质量检查验收标准进行自检；③开工前，在技术规范规定的时间内，按监理工程师批准的试验段实施方案铺筑规范规定长度的试验段。对计划用于本工程的材料、配合比、松铺系数、最佳含水量、稳定土拌和机等压实设备和施工工艺进行试验，取得满足规范要求并经监理工程师批准的实验数据，以指导施工；④当气温低于5℃或雨天时，应停止施工。水泥改善土施工必须在第一次重冰冻（－3～5℃）到来前1个月完成；⑤施工前，对下承层的浮土、杂物必须全部清除；⑥严格按技术规范要求施工。做到级配、水泥剂量、压实度、强度均达到规范规定的标准；⑦严禁洒水车在洒水段停留和“调头”；⑧采用稳定土拌和机进行拌和，拌和深度一定要达到改善土层底。严禁在拌和层底部留有“素土”夹层；⑨严格控制摊铺厚度，充分碾压，不采用薄层贴补的办法进行找平。摊铺时，按“宁高勿低”的原则；最后整平时，按“宁刮勿补”的原则处理；⑩在整形过程中，严禁任何车辆通行，并配合人工消除粗细集料窝；○11经过拌和、整形的水泥改善土，在水泥初凝前和试验确定的延迟内完成碾压；○12任何压路机不得在己完成的或正在碾压的路段上“调头”或急刹车。以避免破坏基层表面。碾压过程中如发生“弹簧”、松散起皮等现象，及时换新材料或重新拌和；○13养生期7d完成后，方可安排进行下道工序施工；○14养生和交通管制，严格按规范要求进行。需要过冬的水泥改善土层应封闭交通，禁止任何车辆通行；○15严格按施工组织设计中明确的施工顺序、施工方法、施工工艺和保证质量的措施组织实施，确保水泥改善土的施工质量。

（2）安全措施。①施工现场全体人员严格执行《公路工程施工安全技术规范》《建筑安装工程安全技术规范》及《建筑安装工人安全技术操作规程》；②机械操作手、电工等工种，按GB5036－85《特种作业人员安全技术考核管理规定》，经过技术培训、考试合格、发给操作证后单独作业。严禁无证操作；③配备专职医务人员和常用的救急药品，对施工中出现的伤害能立即处理；④压路作业时，必须在确保机械前后左右无障碍物和人员时才能启动，靠近路堤边缘时，根据路堤高度留有必要的安全距离；下坡时严禁脱档滑行；2台以上压路机同时作业时，前后间距不得小于3m；⑤需夜间施工时，施工现场必须设有足够的照明设备，消除黑暗死角；⑥高温作业时，及时做好防暑措施。