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行业新闻
 
 

生物酶土壤固化筑路技术在高速公路底基层中的应用研究

2016-7-27 点击次数：[4667]
 
    0· 前言
    我国公路建设中，底基层、基层的形式经常用半刚性材料，如: 水泥稳定碎石( 砂砾) 、石灰粉煤灰碎石( 砂砾) 及石灰稳定土等。虽然半刚性基层能满足一定的强度及刚度要求，但在长期的建设过程中，也逐渐显现出一些缺陷，如: 早期强度低，易产生收缩裂缝，受材料影响较大，对环境造成较大破坏，建设成本高等。因此，发展一种新型的土壤固化技术，利用就地取材的土资源取代传统基层材料中的砂、碎石等，对降低公路建设投资和环境保护是极其重要的，有利于公路建设的可持续发展。
    本文通过对生物酶固化土在高速公路底基层中的应用进行研究，确定生物酶道路的路面结构以及施工工艺，修筑生物酶试验路，并分析其固化效果以及该固化技术的适用性，从而更好的为湖南地区的公路建设服务。
    1· 依托工程概况
    湖南省某高速公路是湖南省“五纵七横”高速公路网重要组成部分，是交通运输部科技示范高速公路。项目主线全长约74． 9 km，主线采用双向六车道高速公路标准设计，设计车速120 km/h，路基宽度34． 5 m。 
    本文依托该高速公路的互通连接线，该连接线长2． 28 km，交通量大，重载多，沿线土质资源丰富，砂、石材料分布较广、整体性好、抗压强度高，修筑生物酶试验段，并进行现场检测，检验生物酶在高速公路中的应用效果，进一步丰富和发展生物酶土壤固化筑路技术。
    2· 试验路设计方案
    本设计采用生物酶固化层代替原来的水泥稳定碎石底基层，经过计算，确定生物酶试验路设计方案为:
    ① 公路等级: 平原微丘地区二级公路;
    ② 设计荷载: 公路Ⅱ级;
    ③ 设计速度: 60 km/h;
    ④ 路基宽度: 路基宽12 m，路幅布置为: 2 ×3． 75 m 行车道+ 2 × 1． 5 m 硬路肩+ 2 × 0． 75 m 土路肩;
    ⑤ 路面结构: 5 cm SMA—16 上面层+ 6 cm AC—16 中面层+ 1 cm SBS 改性沥青同步碎石封层、透层+ 36 cm 水泥稳定碎石基层+ 22 cm 生物酶骨架密实型底基层( 路面结构见图1) 。
    
    ⑥ 生物酶底基层材料设计配合比: 土∶ 碎石=25% ∶ 75%;
    ⑦ 设计载荷标准: BZZ—100;
    ⑧ 路面使用年限: 12 a。
    3· 试验路施工工艺及质量控制研究 
    3． 1 生物酶固化层施工工艺研究
    生物酶筑路技术的施工方法，分为2 种: 路拌法和厂拌法。为提高施工效率，保证生物酶固化层施工质量，根据现场条件，最终采用路上分段厂拌法。
    3． 1． 1 准备下承层
    ① 必须首先清除干净土基表面的石块等杂物。
    ② 土基必须按照规范对进行验收。凡验收不合格的路段，必须采取措施，使其达到标准后，方可铺筑生物酶底基层。
    3． 1． 2 测量放样   ① 在路基上恢复中线，直线段每15 ～ 20 m 设一桩，平曲线段没10 ～ 15 m 设一桩。  ② 在两侧指示桩上用明显标记出水泥稳定土层边缘的设计高。
    3． 1． 3 备料
    ① 按照每堆料摊铺40 m 的距离，计算每堆料所需碎石、土和水泥的用量。
    ② 通过运输车分别把碎石、土和水泥卸载到将要铺筑生物酶固化层的路基上。
    3． 1． 4 拌合
    ① 干拌和: 挖掘机将碎石、土和水泥整体翻拌，拌和要求达到物料松散、土色一致均匀后，进入生物酶溶液喷施。在拌合过程中，配合人工将水泥袋、大颗粒碎石和土团拣出。
    ② 生物酶溶液配制: 在湿拌合进行前，首先测定干拌合后的混合料的含水量，然后按照混合料最佳含水量计算确定加水量; 按每升生物酶11X 原液固化处理混合料25 m3 ( 松方) ，确定生物酶原液的用量。
    ③ 湿拌和: 向干拌和达到要求的料堆，边拌和边喷施计算好定量的生物酶溶液，之后为了保证生物酶溶液的分布均匀性，再进行一次整体拌合。在拌合过程中，应配合人工拣出超尺寸颗粒，消除粗细颗粒“窝”及局部过分潮湿或过分干燥之处，混合料拌和均匀后应色泽一致，没有灰条、灰团和花面，无明显粗细集料离析现象。
    3． 1． 5 摊铺及整形
    ① 混合料湿拌后，先用推土机摊铺，再平地机整平，按照设计宽度摊铺混合料，摊铺厚度根据现场试验段测定的松铺系数确定。
    ② 摊铺前，应预先搅拌部分细料，对局部物料离析、鼓包、凹陷等局部问题，进行处理; 避免薄层贴补。
     ③ 摊铺初步达到高程后，须定桩拉线，按设计的纵、横坡及高程要求，进行精确找平。
    ④ 压实操作开始前，存在表面或者局部过干的现象，将准备一定数量的1 ∶ 1 000 的生物酶稀溶液局部补充水分并翻拌。同样，如果局部过湿或土过多，将导致碾压粘轮时，可及时人工清理并局部撒铺天然级配料并翻拌处理。压实后复查材料含水量，确保处于最佳含水率± 1%范围内。
    3． 1． 6 碾压
    ① 首先用18 ～ 20 t 光轮振动压路机，先静压1～ 2 遍; 然后，强振碾压3 ～ 5 遍，达到压实并振动提浆为最后收光作好准备; 最后静压1 ～ 2 遍，压实结构层上部，收光道路表面。使路面质量达到合格要求。
    ② 实际碾压遍数可根据现场压实效果确定，未达到压实效果，继续重复以上步骤，直至达到设计及规范要求。
    ③ 在碾压过程中，出现局部凹陷时要及时补充物料，保证结构的内部密实和外部平整; 如局部过干，要适量喷施1 ∶ 1 000 的生物酶溶液。
    ④ 当日完成的摊铺面积，当日必须完成压实、收光等工序，防止天气变化导致损失。对于碾压完成路段及时根据设计及规范要求进行现场试验检测。
    3． 1． 7 养生
    ① 洒酶溶液养生: 为防止生物酶固化层干燥开裂，需喷洒酶溶液养生，根据现场实际情况，每天早晚各喷洒1 ∶ 1 500 生物酶溶液一次，保持生物酶固化层表面湿润，养生期间土壤不能过湿，也不能忽干忽湿。养生期不小于7 d，养生期间应控制车辆通行，前3 d 为养生初期，禁止大型车辆通行碾压，3 d 后可正常开放交通。
    ② 限制车辆行驶路线: 养生初期过后，可以开放交通，根据生物酶固化土特性，固化路段需要通过车辆碾压才能充分发挥生物酶效果，所以在开放交通后要设置引导车辆行驶的路障，并及时更换位置，引导车辆全面碾压生物酶层。
    3． 2 生物酶固化层施工质量控制要求
    ① 生物酶固化层为主要的承重结构，去除其中腐殖质后，按设计配方获得混合料，对混合料进行筛分质检。
    ② 生物酶的稀释比例，视混合料需要的加水量而定。混合料加水的量应以不超过混合料的最佳含水量为限，理想的加水量为最佳含水量－ 1%。
    ③ 底基层混合料的最大粒径不应超过53 mm;基层混合料的最大粒径不应超过37． 5 mm。集料的压碎值应不大于30%。
    ④ 水: 当地天然水，均可使用。
    ⑤ 为保证改良层边缘施工质量，改良层应适当宽布料，并宽铺足够的路肩，并注意路肩的高程、尺寸，碾压塌陷的补料，注重边沿压实。
    ⑥ 摊铺时要注意消除粗细粒料离析现象，要求各处都达到拌和均匀、色泽调和。碾压时应按照先静压后振压; 先两边后中间，先慢后快的顺序进行，达到要求的压实度。
    ⑦ 混合料拌和、摊铺、碾压和修整各工序应安排紧凑，确保连续性。
    ⑧ 生物酶层施工完毕后必须洒水养生后，才能进行下一结构层的施工。养生期内除洒水设备外，可开放轻交通，养生期过后，应立即铺筑下一层。
    4· 试验路现场检测
    项目分别对生物酶固化层进行了弯沉、压实度、CBＲ、回弹模量等现场检测，检测结果汇总如下。
    4． 1 生物酶固化层弯沉检测
    对试验路生物酶底基层进行了弯沉检测( 结果见表1) ，按照《公路路基路面现场测试规程》( JTGE60 － 2008) 采用5． 4 m 贝克曼梁法进行，试验车辆采用BZZ—100 标准车，车辆后轴重100 kN。
    
    由以上现场检测结果可知:
    ① 生物酶底基层顶面代表弯沉值最大为65． 6( 0． 01 mm) ，最小为43． 7( 0． 01 mm) ，均小于设计弯沉值100． 3( 0． 01 mm) ，满足设计要求。
    ② 与铺筑生物酶固化层前的路基弯沉相比，生物酶固化层顶面弯沉远远小于原路基的弯沉值，说明生物酶对土的性质有明显的改善，能够显著提高道路的承载能力。
    4． 2 生物酶固化层压实度检测
    对生物酶底基层进行压实度检测，由于选用传统的灌砂法测压实度费时费力，课题组在传统灌砂法的基础上，按照《公路路基路面现场测试规程》( JTG E60 － 2008) 进行，采用ＲMT － 5112 型核子密度仪对全线进行检测，现场共检测60 个点( 见图2，表2) 。
    
    4． 3 生物酶固化层CBＲ 检测
    在生物酶固化层养生7 d 后，采用cleeg 锤对生物酶固化层进行了CBＲ 检测，现场采用标准配置即锤重4． 5 kg、落高45 cm。现场主要检测步骤为:
    ① 首先进行仪器检查，确保仪器完好，读数表能正常工作。
    ② 将数据连接线两端分别连接落锤把手一侧接口和数字式读数表接口，并旋转连接线接口使之连接固定。
    ③ 选择测点，测点应选择在具有代表性的位置，宜选择车辆轮迹带处，每一个断面测定3 点。
    ④ 测试前在每个测点处做好标记，保持测点的平整与清洁，检测时将落锤在导管中提起一定高度，然后自由落下冲击被测试表面。
    ⑤ 连续锤击4 次，第一次锤击的读数不读，读取第2 次～ 第4 次锤击读数的平均值作为该测点的CIV 值。
    ⑥ 通过下式将CLEGG 锤显示的CIV 值与CBＲ值进行换算: CBＲ = ( 0． 24 × CIV 值+ 1) 2。将各路段CBＲ 值汇总见图3。
    
    从图3 可看出: 生物酶固化层的CBＲ 值主要分布范围为20% ～ 60%，最大可达80% 以上，说明生物酶固化层承载能力较高，生物酶的固化效果明显。
    4． 4 生物酶固化层回弹模量检测
    采用PFWD 对生物酶底基层进行现场测试，分别检测了底基层回弹模量，每100 m 检测一个断面，每个断面测3 个点，采用如下的PFWD 标准配置: 落锤重量10 kg、承载板直径30 cm、落高85 cm、位移传感器1 个。
    PFWD 的测试规程主要分为3 个步骤: 准备、测试和结束，见图4。现场进行PFWD 的组装，启动PFWD 及计算机电源，并启动计算机上的数据采集程序，在进行测试前，尚需进行必要的检查，以保证各部件连接稳固，并确保测试数据的准确性和可靠性( 测试结果见表3) 。
    
    5· 结论
    本文得到以下主要结论:
    ① 通过对试验路沿线的反复调查，并考虑技术经济要求，最终确定了生物酶试验路的材料配合比及路面结构设计。
    ② 根据现场施工条件，提出了路上分段厂拌法，在施工作业面上按一定距离堆料，采用挖掘机或装载机拌合，再摊铺、压实。
    ③ 通过对生物酶固化层进行了弯沉、压实度、CBＲ、回弹模量等现场检测，现场检测结果表明，生物酶固化层的弯沉满足设计要求，并比路基的弯沉大幅下降; 生物酶固化层的CBＲ 值基本大于30%，最大可达到80%，生物酶固化层的回弹模量可以达到1 200 MPa 左右，说明生物酶的固化效果明显。
    ④ 通过试验路的施工、现场试验及检测，积累了宝贵的试验数据，进一步丰富和发展了生物酶土壤固化筑路技术，为生物酶土壤固化技术在高等级公路的应用提供了重要的研究基础。
 
 
 
 
 
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