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    行業(yè)新聞

     
     

    生物酶土壤固化筑路技術(shù)在高速公路底基層中的應用研究

    2016-7-27 點(diǎn)擊次數:[4360]
     
        0· 前言
        我國公路建設中,底基層、基層的形式經(jīng)常用半剛性材料,如: 水泥穩定碎石( 砂礫) 、石灰粉煤灰碎石( 砂礫) 及石灰穩定土等。雖然半剛性基層能滿(mǎn)足一定的強度及剛度要求,但在長(cháng)期的建設過(guò)程中,也逐漸顯現出一些缺陷,如: 早期強度低,易產(chǎn)生收縮裂縫,受材料影響較大,對環(huán)境造成較大破壞,建設成本高等。因此,發(fā)展一種新型的土壤固化技術(shù),利用就地取材的土資源取代傳統基層材料中的砂、碎石等,對降低公路建設投資和環(huán)境保護是極其重要的,有利于公路建設的可持續發(fā)展。
        本文通過(guò)對生物酶固化土在高速公路底基層中的應用進(jìn)行研究,確定生物酶道路的路面結構以及施工工藝,修筑生物酶試驗路,并分析其固化效果以及該固化技術(shù)的適用性,從而更好的為湖南地區的公路建設服務(wù)。
        1· 依托工程概況
        湖南省某高速公路是湖南省“五縱七橫”高速公路網(wǎng)重要組成部分,是交通運輸部科技示范高速公路。項目主線(xiàn)全長(cháng)約74. 9 km,主線(xiàn)采用雙向六車(chē)道高速公路標準設計,設計車(chē)速120 km/h,路基寬度34. 5 m。 
        本文依托該高速公路的互通連接線(xiàn),該連接線(xiàn)長(cháng)2. 28 km,交通量大,重載多,沿線(xiàn)土質(zhì)資源豐富,砂、石材料分布較廣、整體性好、抗壓強度高,修筑生物酶試驗段,并進(jìn)行現場(chǎng)檢測,檢驗生物酶在高速公路中的應用效果,進(jìn)一步豐富和發(fā)展生物酶土壤固化筑路技術(shù)。
        2· 試驗路設計方案
        本設計采用生物酶固化層代替原來(lái)的水泥穩定碎石底基層,經(jīng)過(guò)計算,確定生物酶試驗路設計方案為:
        ① 公路等級: 平原微丘地區二級公路;
        ② 設計荷載: 公路Ⅱ級;
        ③ 設計速度: 60 km/h;
        ④ 路基寬度: 路基寬12 m,路幅布置為: 2 ×3. 75 m 行車(chē)道+ 2 × 1. 5 m 硬路肩+ 2 × 0. 75 m 土路肩;
        ⑤ 路面結構: 5 cm SMA—16 上面層+ 6 cm AC—16 中面層+ 1 cm SBS 改性瀝青同步碎石封層、透層+ 36 cm 水泥穩定碎石基層+ 22 cm 生物酶骨架密實(shí)型底基層( 路面結構見(jiàn)圖1) 。
        
        ⑥ 生物酶底基層材料設計配合比: 土∶ 碎石=25% ∶ 75%;
        ⑦ 設計載荷標準: BZZ—100;
        ⑧ 路面使用年限: 12 a。
        3· 試驗路施工工藝及質(zhì)量控制研究 
        3. 1 生物酶固化層施工工藝研究
        生物酶筑路技術(shù)的施工方法,分為2 種: 路拌法和廠(chǎng)拌法。為提高施工效率,保證生物酶固化層施工質(zhì)量,根據現場(chǎng)條件,最終采用路上分段廠(chǎng)拌法。
        3. 1. 1 準備下承層
        ① 必須首先清除干凈土基表面的石塊等雜物。
        ② 土基必須按照規范對進(jìn)行驗收。凡驗收不合格的路段,必須采取措施,使其達到標準后,方可鋪筑生物酶底基層。
        3. 1. 2 測量放樣   ① 在路基上恢復中線(xiàn),直線(xiàn)段每15 ~ 20 m 設一樁,平曲線(xiàn)段沒(méi)10 ~ 15 m 設一樁。  ② 在兩側指示樁上用明顯標記出水泥穩定土層邊緣的設計高。
        3. 1. 3 備料
        ① 按照每堆料攤鋪40 m 的距離,計算每堆料所需碎石、土和水泥的用量。
        ② 通過(guò)運輸車(chē)分別把碎石、土和水泥卸載到將要鋪筑生物酶固化層的路基上。
        3. 1. 4 拌合
        ① 干拌和: 挖掘機將碎石、土和水泥整體翻拌,拌和要求達到物料松散、土色一致均勻后,進(jìn)入生物酶溶液噴施。在拌合過(guò)程中,配合人工將水泥袋、大顆粒碎石和土團揀出。
        ② 生物酶溶液配制: 在濕拌合進(jìn)行前,首先測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計算確定加水量; 按每升生物酶11X 原液固化處理混合料25 m3 ( 松方) ,確定生物酶原液的用量。
        ③ 濕拌和: 向干拌和達到要求的料堆,邊拌和邊噴施計算好定量的生物酶溶液,之后為了保證生物酶溶液的分布均勻性,再進(jìn)行一次整體拌合。在拌合過(guò)程中,應配合人工揀出超尺寸顆粒,消除粗細顆!案C”及局部過(guò)分潮濕或過(guò)分干燥之處,混合料拌和均勻后應色澤一致,沒(méi)有灰條、灰團和花面,無(wú)明顯粗細集料離析現象。
        3. 1. 5 攤鋪及整形
        ① 混合料濕拌后,先用推土機攤鋪,再平地機整平,按照設計寬度攤鋪混合料,攤鋪厚度根據現場(chǎng)試驗段測定的松鋪系數確定。
        ② 攤鋪前,應預先攪拌部分細料,對局部物料離析、鼓包、凹陷等局部問(wèn)題,進(jìn)行處理; 避免薄層貼補。
         ③ 攤鋪初步達到高程后,須定樁拉線(xiàn),按設計的縱、橫坡及高程要求,進(jìn)行精確找平。
        ④ 壓實(shí)操作開(kāi)始前,存在表面或者局部過(guò)干的現象,將準備一定數量的1 ∶ 1 000 的生物酶稀溶液局部補充水分并翻拌。同樣,如果局部過(guò)濕或土過(guò)多,將導致碾壓粘輪時(shí),可及時(shí)人工清理并局部撒鋪天然級配料并翻拌處理。壓實(shí)后復查材料含水量,確保處于最佳含水率± 1%范圍內。
        3. 1. 6 碾壓
        ① 首先用18 ~ 20 t 光輪振動(dòng)壓路機,先靜壓1~ 2 遍; 然后,強振碾壓3 ~ 5 遍,達到壓實(shí)并振動(dòng)提漿為最后收光作好準備; 最后靜壓1 ~ 2 遍,壓實(shí)結構層上部,收光道路表面。使路面質(zhì)量達到合格要求。
        ② 實(shí)際碾壓遍數可根據現場(chǎng)壓實(shí)效果確定,未達到壓實(shí)效果,繼續重復以上步驟,直至達到設計及規范要求。
        ③ 在碾壓過(guò)程中,出現局部凹陷時(shí)要及時(shí)補充物料,保證結構的內部密實(shí)和外部平整; 如局部過(guò)干,要適量噴施1 ∶ 1 000 的生物酶溶液。
        ④ 當日完成的攤鋪面積,當日必須完成壓實(shí)、收光等工序,防止天氣變化導致?lián)p失。對于碾壓完成路段及時(shí)根據設計及規范要求進(jìn)行現場(chǎng)試驗檢測。
        3. 1. 7 養生
        ① 灑酶溶液養生: 為防止生物酶固化層干燥開(kāi)裂,需噴灑酶溶液養生,根據現場(chǎng)實(shí)際情況,每天早晚各噴灑1 ∶ 1 500 生物酶溶液一次,保持生物酶固化層表面濕潤,養生期間土壤不能過(guò)濕,也不能忽干忽濕。養生期不小于7 d,養生期間應控制車(chē)輛通行,前3 d 為養生初期,禁止大型車(chē)輛通行碾壓,3 d 后可正常開(kāi)放交通。
        ② 限制車(chē)輛行駛路線(xiàn): 養生初期過(guò)后,可以開(kāi)放交通,根據生物酶固化土特性,固化路段需要通過(guò)車(chē)輛碾壓才能充分發(fā)揮生物酶效果,所以在開(kāi)放交通后要設置引導車(chē)輛行駛的路障,并及時(shí)更換位置,引導車(chē)輛全面碾壓生物酶層。
        3. 2 生物酶固化層施工質(zhì)量控制要求
        ① 生物酶固化層為主要的承重結構,去除其中腐殖質(zhì)后,按設計配方獲得混合料,對混合料進(jìn)行篩分質(zhì)檢。
        ② 生物酶的稀釋比例,視混合料需要的加水量而定;旌狭霞铀牧繎圆怀^(guò)混合料的最佳含水量為限,理想的加水量為最佳含水量- 1%。
        ③ 底基層混合料的最大粒徑不應超過(guò)53 mm;基層混合料的最大粒徑不應超過(guò)37. 5 mm。集料的壓碎值應不大于30%。
        ④ 水: 當地天然水,均可使用。
        ⑤ 為保證改良層邊緣施工質(zhì)量,改良層應適當寬布料,并寬鋪足夠的路肩,并注意路肩的高程、尺寸,碾壓塌陷的補料,注重邊沿壓實(shí)。
        ⑥ 攤鋪時(shí)要注意消除粗細粒料離析現象,要求各處都達到拌和均勻、色澤調和。碾壓時(shí)應按照先靜壓后振壓; 先兩邊后中間,先慢后快的順序進(jìn)行,達到要求的壓實(shí)度。
        ⑦ 混合料拌和、攤鋪、碾壓和修整各工序應安排緊湊,確保連續性。
        ⑧ 生物酶層施工完畢后必須灑水養生后,才能進(jìn)行下一結構層的施工。養生期內除灑水設備外,可開(kāi)放輕交通,養生期過(guò)后,應立即鋪筑下一層。
        4· 試驗路現場(chǎng)檢測
        項目分別對生物酶固化層進(jìn)行了彎沉、壓實(shí)度、CBR、回彈模量等現場(chǎng)檢測,檢測結果匯總如下。
        4. 1 生物酶固化層彎沉檢測
        對試驗路生物酶底基層進(jìn)行了彎沉檢測( 結果見(jiàn)表1) ,按照《公路路基路面現場(chǎng)測試規程》( JTGE60 - 2008) 采用5. 4 m 貝克曼梁法進(jìn)行,試驗車(chē)輛采用BZZ—100 標準車(chē),車(chē)輛后軸重100 kN。
        
        由以上現場(chǎng)檢測結果可知:
        ① 生物酶底基層頂面代表彎沉值最大為65. 6( 0. 01 mm) ,最小為43. 7( 0. 01 mm) ,均小于設計彎沉值100. 3( 0. 01 mm) ,滿(mǎn)足設計要求。
        ② 與鋪筑生物酶固化層前的路基彎沉相比,生物酶固化層頂面彎沉遠遠小于原路基的彎沉值,說(shuō)明生物酶對土的性質(zhì)有明顯的改善,能夠顯著(zhù)提高道路的承載能力。
        4. 2 生物酶固化層壓實(shí)度檢測
        對生物酶底基層進(jìn)行壓實(shí)度檢測,由于選用傳統的灌砂法測壓實(shí)度費時(shí)費力,課題組在傳統灌砂法的基礎上,按照《公路路基路面現場(chǎng)測試規程》( JTG E60 - 2008) 進(jìn)行,采用RMT - 5112 型核子密度儀對全線(xiàn)進(jìn)行檢測,現場(chǎng)共檢測60 個(gè)點(diǎn)( 見(jiàn)圖2,表2) 。
        
        4. 3 生物酶固化層CBR 檢測
        在生物酶固化層養生7 d 后,采用cleeg 錘對生物酶固化層進(jìn)行了CBR 檢測,現場(chǎng)采用標準配置即錘重4. 5 kg、落高45 cm,F場(chǎng)主要檢測步驟為:
        ① 首先進(jìn)行儀器檢查,確保儀器完好,讀數表能正常工作。
        ② 將數據連接線(xiàn)兩端分別連接落錘把手一側接口和數字式讀數表接口,并旋轉連接線(xiàn)接口使之連接固定。
        ③ 選擇測點(diǎn),測點(diǎn)應選擇在具有代表性的位置,宜選擇車(chē)輛輪跡帶處,每一個(gè)斷面測定3 點(diǎn)。
        ④ 測試前在每個(gè)測點(diǎn)處做好標記,保持測點(diǎn)的平整與清潔,檢測時(shí)將落錘在導管中提起一定高度,然后自由落下沖擊被測試表面。
        ⑤ 連續錘擊4 次,第一次錘擊的讀數不讀,讀取第2 次~ 第4 次錘擊讀數的平均值作為該測點(diǎn)的CIV 值。
        ⑥ 通過(guò)下式將CLEGG 錘顯示的CIV 值與CBR值進(jìn)行換算: CBR = ( 0. 24 × CIV 值+ 1) 2。將各路段CBR 值匯總見(jiàn)圖3。
        
        從圖3 可看出: 生物酶固化層的CBR 值主要分布范圍為20% ~ 60%,最大可達80% 以上,說(shuō)明生物酶固化層承載能力較高,生物酶的固化效果明顯。
        4. 4 生物酶固化層回彈模量檢測
        采用PFWD 對生物酶底基層進(jìn)行現場(chǎng)測試,分別檢測了底基層回彈模量,每100 m 檢測一個(gè)斷面,每個(gè)斷面測3 個(gè)點(diǎn),采用如下的PFWD 標準配置: 落錘重量10 kg、承載板直徑30 cm、落高85 cm、位移傳感器1 個(gè)。
        PFWD 的測試規程主要分為3 個(gè)步驟: 準備、測試和結束,見(jiàn)圖4,F場(chǎng)進(jìn)行PFWD 的組裝,啟動(dòng)PFWD 及計算機電源,并啟動(dòng)計算機上的數據采集程序,在進(jìn)行測試前,尚需進(jìn)行必要的檢查,以保證各部件連接穩固,并確保測試數據的準確性和可靠性( 測試結果見(jiàn)表3) 。
        
        5· 結論
        本文得到以下主要結論:
        ① 通過(guò)對試驗路沿線(xiàn)的反復調查,并考慮技術(shù)經(jīng)濟要求,最終確定了生物酶試驗路的材料配合比及路面結構設計。
        ② 根據現場(chǎng)施工條件,提出了路上分段廠(chǎng)拌法,在施工作業(yè)面上按一定距離堆料,采用挖掘機或裝載機拌合,再攤鋪、壓實(shí)。
        ③ 通過(guò)對生物酶固化層進(jìn)行了彎沉、壓實(shí)度、CBR、回彈模量等現場(chǎng)檢測,現場(chǎng)檢測結果表明,生物酶固化層的彎沉滿(mǎn)足設計要求,并比路基的彎沉大幅下降; 生物酶固化層的CBR 值基本大于30%,最大可達到80%,生物酶固化層的回彈模量可以達到1 200 MPa 左右,說(shuō)明生物酶的固化效果明顯。
        ④ 通過(guò)試驗路的施工、現場(chǎng)試驗及檢測,積累了寶貴的試驗數據,進(jìn)一步豐富和發(fā)展了生物酶土壤固化筑路技術(shù),為生物酶土壤固化技術(shù)在高等級公路的應用提供了重要的研究基礎。
     
     
     
     
     
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