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                                            行業新聞
                                             
                                             

                                            生物酶土壤固化筑路技術在高速公路底基層中的應用研究

                                            2016-7-27 點擊次數：[3997]
                                             
                                                0· 前言
                                                我國公路建設中，底基層、基層的形式經常用半剛性材料，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足一定的強度及剛度要求，但在長期的建設過程中，也逐漸顯現出一些缺陷，如: 早期強度低，易產生收縮裂縫，受材料影響較大，對環境造成較大破壞，建設成本高等。因此，發展一種新型的土壤固化技術，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境保護是極其重要的，有利于公路建設的可持續發展。
                                                本文通過對生物酶固化土在高速公路底基層中的應用進行研究，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的適用性，從而更好的為湖南地區的公路建設服務。
                                                1· 依托工程概況
                                                湖南省某高速公路是湖南省“五縱七橫”高速公路網重要組成部分，是交通運輸部科技示范高速公路。項目主線全長約74． 9 km，主線采用雙向六車道高速公路標準設計，設計車速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，該連接線長2． 28 km，交通量大，重載多，沿線土質資源豐富，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，并進行現場檢測，檢驗生物酶在高速公路中的應用效果，進一步豐富和發展生物酶土壤固化筑路技術。
                                                2· 試驗路設計方案
                                                本設計采用生物酶固化層代替原來的水泥穩定碎石底基層，經過計算，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 生物酶骨架密實型底基層( 路面結構見圖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
                                                生物酶筑路技術的施工方法，分為2 種: 路拌法和廠拌法。為提高施工效率，保證生物酶固化層施工質量，根據現場條件，最終采用路上分段廠拌法。
                                                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，直線段每15 ～ 20 m 設一樁，平曲線段沒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 通過運輸車分別把碎石、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，進入生物酶溶液噴施。在拌合過程中，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，再進行一次整體拌合。在拌合過程中，應配合人工揀出超尺寸顆粒，消除粗細顆�！案C”及局部過分潮濕或過分干燥之處，混合料拌和均勻后應色澤一致，沒有灰條、灰團和花面，無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、凹陷等局部問題，進行處理; 避免薄層貼補。
                                                 ③ 攤鋪初步達到高程后，須定樁拉線，按設計的縱、橫坡及高程要求，進行精確找平。
                                                ④ 壓實操作開始前，存在表面或者局部過干的現象，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，如果局部過濕或土過多，將導致碾壓粘輪時，可及時人工清理并局部撒鋪天然級配料并翻拌處理。壓實后復查材料含水量，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 光輪振動壓路機，先靜壓1～ 2 遍; 然后，強振碾壓3 ～ 5 遍，達到壓實并振動提漿為最后收光作好準備; 最后靜壓1 ～ 2 遍，壓實結構層上部，收光道路表面。使路面質量達到合格要求。
                                                ② 實際碾壓遍數可根據現場壓實效果確定，未達到壓實效果，繼續重復以上步驟，直至達到設計及規范要求。
                                                ③ 在碾壓過程中，出現局部凹陷時要及時補充物料，保證結構的內部密實和外部平整; 如局部過干，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、收光等工序，防止天氣變化導致損失。對于碾壓完成路段及時根據設計及規范要求進行現場試驗檢測。
                                                3． 1． 7 養生
                                                ① 灑酶溶液養生: 為防止生物酶固化層干燥開裂，需噴灑酶溶液養生，根據現場實際情況，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濕，也不能忽干忽濕。養生期不小于7 d，養生期間應控制車輛通行，前3 d 為養生初期，禁止大型車輛通行碾壓，3 d 后可正常開放交通。
                                                ② 限制車輛行駛路線: 養生初期過后，可以開放交通，根據生物酶固化土特性，固化路段需要通過車輛碾壓才能充分發揮生物酶效果，所以在開放交通后要設置引導車輛行駛的路障，并及時更換位置，引導車輛全面碾壓生物酶層。
                                                3． 2 生物酶固化層施工質量控制要求
                                                ① 生物酶固化層為主要的承重結構，去除其中腐殖質后，按設計配方獲得混合料，對混合料進行篩分質檢。
                                                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^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53 mm;基層混合料的最大粒徑不應超過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。
                                                ⑥ 攤鋪時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。碾壓時應按照先靜壓后振壓; 先兩邊后中間，先慢后快的順序進行，達到要求的壓實度。
                                                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，才能進行下一結構層的施工。養生期內除灑水設備外，可開放輕交通，養生期過后，應立即鋪筑下一層。
                                                4· 試驗路現場檢測
                                                項目分別對生物酶固化層進行了彎沉、壓實度、CBＲ、回彈模量等現場檢測，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行了彎沉檢測( 結果見表1) ，按照《公路路基路面現場測試規程》( JTGE60 － 2008) 采用5． 4 m 貝克曼梁法進行，試驗車輛采用BZZ—100 標準車，車輛后軸重100 kN。
                                                
                                                由以上現場檢測結果可知:
                                                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，說明生物酶對土的性質有明顯的改善，能夠顯著提高道路的承載能力。
                                                4． 2 生物酶固化層壓實度檢測
                                                對生物酶底基層進行壓實度檢測，由于選用傳統的灌砂法測壓實度費時費力，課題組在傳統灌砂法的基礎上，按照《公路路基路面現場測試規程》( JTG E60 － 2008) 進行，采用ＲMT － 5112 型核子密度儀對全線進行檢測，現場共檢測60 個點( 見圖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行了CBＲ 檢測，現場采用標準配置即錘重4． 5 kg、落高45 cm�，F場主要檢測步驟為:
                                                ① 首先進行儀器檢查，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，并旋轉連接線接口使之連接固定。
                                                ③ 選擇測點，測點應選擇在具有代表性的位置，宜選擇車輛輪跡帶處，每一個斷面測定3 點。
                                                ④ 測試前在每個測點處做好標記，保持測點的平整與清潔，檢測時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的CIV 值。
                                                ⑥ 通過下式將CLEGG 錘顯示的CIV 值與CBＲ值進行換算: CBＲ = ( 0． 24 × CIV 值+ 1) 2。將各路段CBＲ 值匯總見圖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 對生物酶底基層進行現場測試，分別檢測了底基層回彈模量，每100 m 檢測一個斷面，每個斷面測3 個點，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。
                                                PFWD 的測試規程主要分為3 個步驟: 準備、測試和結束，見圖4�，F場進行PFWD 的組裝，啟動PFWD 及計算機電源，并啟動計算機上的數據采集程序，在進行測試前，尚需進行必要的檢查，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( 測試結果見表3) 。
                                                
                                                5· 結論
                                                本文得到以下主要結論:
                                                ① 通過對試驗路沿線的反復調查，并考慮技術經濟要求，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 根據現場施工條件，提出了路上分段廠拌法，在施工作業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。
                                                ③ 通過對生物酶固化層進行了彎沉、壓實度、CBＲ、回彈模量等現場檢測，現場檢測結果表明，生物酶固化層的彎沉滿足設計要求，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，說明生物酶的固化效果明顯。
                                                ④ 通過試驗路的施工、現場試驗及檢測，積累了寶貴的試驗數據，進一步豐富和發展了生物酶土壤固化筑路技術，為生物酶土壤固化技術在高等級公路的應用提供了重要的研究基礎。
                                             
                                             
                                            		 
                                             
                                             
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