CN108018751A - 采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，为了实现以往无法被利用的湿陷性黄土作为路基填料而设计。本发明采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺包括：施工测量放样、上料、初次整平、水泥撒布、机械拌合、二次整平、碾压、压实度检测、利用有限元软件ABAQUS，建立三维有限元模型，对所建的路基模型进行弯沉验证。本发明实现耕地、生态保护与废物再利用可持续发展的有机结合，同时对治理黄土地区路基工程具有重大的意义。

Description

采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺

技术领域

本发明涉及公路施工领域，具体是一种采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺。

背景技术

黄土是一个复杂而巨大的地质系统，关于黄土成因的研究，已有百余年的历史，中外学者先后提出了十多种不同成因的假说，其中主要是风成说、水成说和多种成因说三 大类型。目前，以黄土地质特征和以黄土湿陷特性为基础的分类体系都在广泛地应用， 而以颗粒组成特性为基础的分类体系也引起了研究者的重视。以地质特征(地层、年代、 成因)为基础的黄土分类体系，将黄土分为老黄土、新黄土和新近堆积黄土(O₄ ²)。不 同的名称传达给人们不同的特性信息：形成时代越早，地层位置越深，黄土的密实度越 高，工程性质越好。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种更为简单、便捷、有效的对黄土改良并将改良后的黄土填料作为路基填料的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺。

本发明采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，包括：施工测量放样、上料、初次整平、水泥撒布、机械拌合、二次整平、碾压、压实度检测、利用有限元软件ABAQUS， 建立三维有限元模型，对所建的路基模型进行弯沉验证，其中，水泥采用外掺法掺入黄 土中，掺和料掺量为4％、5％或6％；还包括对路基填料进行质量检测，所述检测包括： 选择一段测试路段，在路基填料完成后，进行弯沉测试以及承载板土基回弹模量测试； 还包括：在测试路段施工完成第二层水泥改良黄土后反开挖25cm埋设沉降观测板，沉 降观测板设置在距路线中心线6m处，每隔20m左右对称埋设1对，每层施工完成后反 开挖安装沉降观测管，路基施工完成后每7天观测1次沉降情况。

进一步地，所述的施工测量放样具体包括：

按施工要求对原坐标点、高程点、加密导线点、水准点进行复核，恢复路线中线，增设临时水准点；

利用水准仪检测填前碾压后地面标高，根据实测标高和设计标高确定填方坡脚线， 使用全站仪放出路基坡脚线，同时使路基宽度要比其设计宽度多出30㎝，使用白灰划出路基的填筑边线，在每20m直线段的路基两侧边线外30cm各设一边桩，并用红漆标 记以确定一横断面，根据试验段平面布置图布设测点，实测各点碾压后顶面标高；

根据填筑前后高程差计算压实厚度，推算松铺系数，其中，松铺系数＝(松铺高程-下承层高程)/(压实后高程-下承层高程)。

进一步地，所述的上料包括：

进行黄土摊铺，按照布料的堆放间距画方格后，填料按水平分层，先低后高、先两侧后中央进行卸料，路堤填筑时根据设计断面采用纵向全断面水平分层填筑，从最低处 起分层填筑、逐层压实不应超过25cm；

填料的摊铺使用装载机，将填料均匀地摊铺在预定的宽度上，通过对实测填料的含 水率与最佳含水率进行比较，摊铺后的填料如果含水率过小，则在填料层上进行洒水，直至达到要求的含水率，洒水量经计算确定；如果含水率过大，则应进行翻晒，使其达 到最佳含水率；

路基每层填筑严格执行“画格上土”，在填土前用石灰线撒出方格网，摊铺时松铺系数采用1.2控制，松铺厚度30cm，确定的方格网大小为10m×10m，自卸车卸土时优 先采用倒退上土的方式，即自卸车辆卸土后，立即用装载机将新倒的土方推开；下一辆 自卸车在刚摊好土层上倒退，采用填土进占的方式卸土；根据松铺厚度用标尺法或堆灰 台的方法控制填筑高度。

进一步地，所述的初次整平具体包括：

计算出黄土和水泥的用量后，设立高度控制线来控制松铺厚度，填料先通过装载机 进行粗平，再用平地机进行精平，其中，松铺厚度不超过30cm；

平地机精平时应由一侧向另外一侧进行刮平，要做到层面平整、均匀，必要时可再返回刮一遍，精平后静压1遍；

所述的二次整平具体包括：水泥土混合料拌和均匀后再进行稳压一遍，随即用平地 机再次初平，平地机由一侧向另一侧进行刮平，然后用压路机立即在刚初平的路段上快速静压一遍，再用平地机精平一次。

进一步地，所述的水泥撒布具体包括：采用外掺法进行水泥的撒布，设定撒布车水泥撒布量为23kg/m²，撒布水泥前，根据处理宽度，用白灰划好宽度为2.3m，两侧搭接 5cm的跑道指引水泥撒布车撒布水泥，不足2.3m宽度的采用人工画方格进行布灰。

进一步地，所述的机械拌合具体包括：

在含水率满足要求的情况下，采用路拌机进行水泥土拌合，实时检查拌合深度并配 合路拌机操作员调整拌合深度，拌和时破坏l0cm下承层的表面；路拌机正常拌和两次，拌合均匀后，进行含水率、灰剂量的取样测定；若石灰剂量不满足要求时，根据检测数 据计算出需要补加的水泥用量，均匀撒布后再次进行拌和；

在拌合结束时，如果混合料的含水率不足，用洒水车补充洒水；洒水后，再次进行拌合，使水分在混和料中分布均匀；拌合机械应紧跟在洒水车后面进行拌合，减少水分 流失；洒水拌合过程中，实时检查混合料的含水率，混合料拌和均匀后应色泽一致，没 有水泥团和花面，且水分均匀适宜。

进一步地，所述的碾压过程具体包括：

整型后当填料的含水率等于或大于最佳含水率1-2％和水泥剂量EDTA滴定合格时， 立即按照拟定的压实程序进行碾压，实时检测压实度，使得压实度大于设计和规范值以 上；整个碾压工作要控制在不超过缓凝水泥失效前完成，碾压完成后，经检验合格后进行下一道施工；试验段采用“1-1-N-1”组合方式进行碾压，即一遍静压、一遍弱振、N 遍强振、一遍静压，碾压步骤具体如下：

先用压路机静压和弱振，压实时先压两侧即靠路肩部分后压中间，根据静压后的表 面压实情况，对低洼地段人工补料，使表面达到均匀压实的程度；

然后用重型压路机进行第一遍和第二遍振动压实。当重型压路机碾压第二遍完成后，在标识的白灰点附近分别用灌砂法测定压实度及使用全站仪测量三维坐标。将测量、检测结果按照编号及层次、振动压实遍数记录在相应的记录表中；

进行压实度检测，如压实度满足要求，再进行一遍静压；如压实度不满足要求，则重复第二步程序，每次强振碾压之后进行一次压实度检测，直至压实度检测合格后停止 强振；

如果振动碾压遍数超过8遍，仍不能达到设计要求压实度，则要求更换碾压设备，使本层压实度达到设计要求；

压路机静压行走速度控制在2.3km/h左右，振动碾压行走速度控制在3.7km/h左右； 碾压时重叠宽度静压为1/4轮宽，振压为1/3轮宽；压路机在改变行驶方向、减速或停驶前应先停止振动，平稳的改变运行方向，不允许压路机在惯性滚动的状态下变换方向。

进一步地，采用滴定测定路基的水泥剂量，具体包括：

EDTA配制：称取EDTA37.23克；用40～50的蒸馏水溶解，冷却后定容至1000ml；

氯化铵溶液配制：称500克氯化铵，加蒸馏水4500ml溶解；

氢氧化钠配制：称18克氢氧化钠，放入洁净的烧杯中，加1000ml蒸馏水使其全部溶解，待冷却后加入2ml三乙醇胺，搅拌均匀后储存在玻璃罐中；

钙红指示剂配制：将0.2克钙试剂羧酸钠与20克预先在烘箱中烘1小时的硫酸钾混合，放入研钵中研细，储存于棕色广口瓶中待用；

取样1000克，加氯化铵溶液2000ml，搅拌5分钟，静置10分钟；

将上部清液转移至300ml的烧杯内搅匀加盖待用；

用移液管吸取上面清液10ml，放入200ml的三角瓶内，用量管吸取氢氧化钠50ml，加入三角瓶内，此时测溶液的PH值为12.5～13；

加入0.2克钙红指示剂摇匀；

滴定管中加入EDTA溶液并记录体积V₁；

开始滴定，边滴定边摇匀，仔细观察溶液颜色，溶液颜色变为紫色时，放慢滴定速度、摇匀，直到纯蓝色为终点，记录EDTA的体积V₂；

计算V₂-V₁，查标准曲线表确定水泥剂量。

进一步地，所述的压实度的测量具体包括：

S1在试验地点，选一块平坦表面，并将其清扫干净，其面积不得小于基板面积；

S2将基板放回清扫干净的表面上，沿基板中孔凿洞，孔凿洞洞的直径与灌砂筒一致； 试洞的深度应等于测定层厚度，但不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取 出；对土基或基层，分几次称取材料的质量；全部取出材料的总质量为m_w，准确至1g； 当需要检测厚度时，应先测量厚度后再进行这一步骤；

S3从挖出的全部材料中取出样品，放在铝盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水量；样品的数量如下：用小型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于100g；对于各种中粒土，不 少于500g；用大型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于200g；对于各种中粒土，不少 于1000g；对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定材料，宜将取出的全部 材料烘干，且不少于2000g，称其质量m_d，准确至1g；

S4将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板中间，储砂筒内放满砂质量m₁，使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内；直到储砂筒 内的砂不再下流时，关闭开关；取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量m₄，准确到1g；

在试洞挖好后，将灌砂筒直接对准放在试坑上，中间不需要放基板；打开筒的开关， 让砂流入试坑内；直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关，小心取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量m₄’，准确至1g；

S5仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用；若量砂的湿度已发生变化或量砂中 混有杂质，则应该重新烘干、过筛，并放置一段时间，使其与空气的温度达到平衡后再用；

S6按下式计算填满试坑所用的砂的质量m_b(g)：

灌沙时，试坑上放有基板：

m_b＝m₁－m₄－(m₅－m₆)

灌沙时，试坑上不放有基板：

m_b＝m₁－m₄’－m₂

式中：m_b—填满试坑的砂的质量(g)；

m₁—灌砂前筒内砂的质量(g)；

m₂—灌砂筒下部圆锥体内砂的质量(g)；

m₄、m₄’—灌砂后，筒内剩余砂的质量(g)；

(m₅－m₆)—灌砂筒内下部圆锥体内及基板和粗糙表面间砂的合计质量(g)；

按下式计算试坑材料的湿密度ρ_w(g/cm³):

ρ_w＝m_w/m_b×ρ_s

式中：m_w—试坑中取出的全部材料的质量(g)；

ρ_s—量砂的松方密度(g/cm³)；

按下式计算试坑材料的干密度ρ_d(g/cm³)：

ρ_d＝ρ_w/(1+0.01w)

式中：w—试坑材料的含水率(％)；

当为水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土的场合，按下式计算干密度ρ_d(g/cm³)；

ρ_d＝m_d/m_b×ρ_s

式中：m_d—试坑中取出的稳定土的烘干质量(g)；

按下式计算施工压实度；

K＝ρ_d/ρ_c×100

式中：K—测试地点的施工压实度(％)；

ρ_d—试样的干密度(g/cm³)；

ρ_c—由击实试验得到的试样的最大干密度(g/cm³)；

m₄、m₄’—灌砂后，筒内剩余砂的质量(g)。

进一步地，利用杠杆原理制成的杠杆式弯沉仪测定轮隙弯沉，具体包括：

在测试路段布置测点，其距离随测试需要而定；测点应在路面行车车道的轮迹带上， 并用白油漆或粉笔划上标记；

将试验车后轮轮隙对准测点后约3-5cm处的位置上；

将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处，与汽车方向一致，梁臂不得碰到轮胎，弯沉仪测头置于测点上，并安装百分表于弯沉仪的测定杆上，百分表调零，用手指轻轻叩打 弯沉仪，检查百分表是否稳定回零；弯沉仪可以是单侧测定，也可以是双侧同时测定

测定者吹哨发令指挥汽车缓缓前进，百分表随路面变形的增加而持续向前转动；当 表针转动到最大值时，迅速读取初读数L₁汽车仍在继续前进，表针反向回转，待汽车驶出弯沉影响半径后，吹口哨或挥动指挥红旗，汽车停止；待表针回转稳定后，再次读取 终读数L₂汽车前进的速度宜为5km/h左右；

通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值， 具体包括：

用千斤顶开始加载，注视测力环或压力表，至预压0.05Mpa，稳压1min，使承载板与土基紧密接触，同时检查百分表的工作情况是否正常，然后放松千斤顶油门卸载，稳 压1min后，将指针对零或记录初始读数；

测定土基的压力-变形曲线；用千斤顶加载，采用逐级加载法，用压力表或测力环控制加载量，荷载小于0.1Mpa时，每级增加0.02Mpa，以后每级增加0.04Mpa左右；每 次加载至预定荷载后，稳定1min，立即读记两台弯沉仪百分表数值，然后轻轻放开千斤 顶油门卸载至0，待卸载稳定1min后，再次读数，每次卸载后百分表不再对零；当两台 弯沉仪百分表读数之差小于平均值的30％时，取平均值；如超过30％，则应重测；当回 弹变形值超过1mm时，即可停止加载；

各级荷载的回弹变形和总变形，按以下方法计算：

回弹变形(L)＝(加载后读数平均值-卸载后读数平均值)

×弯沉仪杠杆比

总变形(Lˊ)＝(加载后读数平均值－加载初始前读数平均值)

×弯沉仪杠杆比

测定汽车总影响量a；最后一次加载卸载循环结束后，取走千斤顶，重新读取百分表初读数，然后将汽车开出10m以外，读取终读数，两只百分表的初、终读数差之平均 值乘以弯沉仪杠杆比即为汽车总影响量a；

在试验点下取样，测定材料含水量；

在紧靠试验点旁边的适当位置，用灌砂法或环刀法等测定土基的密度；

各级压力的回弹变形值加上该级的影响量后，则为计算回弹变形值；是以后轴重60kN的标准车为测试车的各级荷载影响量的计算值；当使用其它类型测试车时，各级压 力下的影响量a_i：

式中：T₁——测试车前后轴距(m)；

T₂——加劲小梁距后轴距离(m)；

D——承载板直径(m)；

Q——测试车后轴重(N)；

P₁——该承载板压力(Pa)；

a——总影响量(0.01mm)；

a_i——该级压力的分级影响量(0.01mm)；

2)将各级计算回弹变形值点绘于标准计算纸上，排除显著偏离的异常点并绘出顺滑的P～L曲线；

3)算相应于各级荷载下的土基回弹模量Ei值：

式中：E_i——相应于各级荷载下的土基回弹模量(Mpa)；

μ₀——土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；

D——承载板直径750px；

p_i——承载板压力(Mpa)；

L_i——相对于荷载pi时的回弹变形(cm)；

4)取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法计算土基回弹模量E0值：

式中：E₀——土基回弹模量(Mpa)；

μ₀——土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；

L_i——结束试验前的各级实测回弹变形值；

p_i——对应于Li的各级压力值。

借由上述方案，本发明采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺至少具有以下优点：

1、确定水泥撒布控制方法和数量标准；确定改良黄土填筑的工艺标准和操作要点； 确定改良黄土适宜的摊铺厚度、拌合方法、压实厚度、碾压遍数及机械压实方式等工艺参数；确定边通车边施工路段重载交通对改良黄土路基的影响；确定改良黄土路基质量 验收、养护、检测方法。

2、引入数值软件进行水泥改良路基建模分析。利用有限元软件ABAQUS6.10版本，建立三维有限元模型，主要说明模型建构过程，然后对所建的路基模型进行弯沉验证。

3、用水泥对湿陷性黄土进行改良，选择合理的施工工艺，解决湿陷性黄土不能直接作路基填料的问题。就地取材，将黄土改良后可以作为路基填料，既解决大量黄土弃 方处理的问题，减少换填灰土工程量，方便施工，同时减少运距，从而体现节省工程成 本与保护生态环境相结合的施工理念。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如 后。

附图说明

图1为本发明采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺的流程图；

图2碾压遍数与压实度关系图；

图3沉降观测曲线图；

图4ABAQUS分析流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例 用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

水泥改良黄土的改良机理：

用少量水泥掺入土中就能改变土的性质，其原因是水泥分布在土中构成坚固的核心，在所有的 空隙中形成水化水泥的骨架，借以约束土粒的结果。赫佐格(Herzog)指出，在蒙脱土中，低剂量 水泥时的应力-应变特性表明，水泥首先在土中构成核心，当水泥用量增加时，水泥则成为骨架结构， 在2.5％的水泥用量时便构成了连续的骨架结构。水泥与土拌和后，水泥矿物与土中的水分发生强烈 的水解和水化反应，同时从溶液中分解出Ca(OH)₂并形成其它水化物，它们有的自行继续硬化形成水 泥石骨架，有的则与土相互作用，其主要的作用形式如下:

1、离子交换及团粒化作用

在水泥水化后的胶体中，Ca(OH)₂和Ca²⁺、OH^-共存。而黏土矿物以SiO₂为骨架而合成的板状或针 状的结晶是其主要构成部分，通常其表面会带有Na⁺和K⁺等离子。析出的Ca²⁺离子会与土中的Na⁺和 K⁺离子进行当量吸附交换，导致双电层厚度变薄，使土颗粒靠得更紧密。其结果使大量的土粒形成 较大的土团。由于水泥水化生成物Ca(OH)₂具有强烈的吸附活性，而使这些较大的土团粒进一步结合 起来，形成水泥上的链条状结构，有封闭土团间孔隙的作用，形成稳定的联结结构。

2、硬凝反应

随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的Ca²⁺，当Ca²⁺的数量超过上述离子交换的需要量后， 则在碱性的环境中与组成黏土矿物的部分Ca²⁺和Al₂O₃发生化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶矿 物。

根据电子显微镜、X射线衍射和差热分析得知，这种结晶化合物大致是:

(1)CaO-Al₂O₃-H₂O系列水化物，如3CaO-Al₂O₃-16H₂O；

(2)CaO-SiO₂-H₂O系列硅酸石灰水化物，如4CaO-5SiO₂-5H₂O；

(3)CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂O系列。

值得注意的是水泥的这种硬凝反应需在强碱环境中进行，用水泥改良含粉粒或黏粒较多并塑性 指数较大的黏性土时，Ca(OH)₂首先与粉粒或黏粒作用致使这种强碱环境中不能顺利进行，从而妨碍 了水泥水化物的正常硬化，继而强度降低，此水泥不适合改良塑性指数较大的黏性土。

3、碳酸化作用

水泥水化物中的游离Ca(OH)₂不断地吸收空气中的CO₂与水蒸气一起作用生成碳酸钙，这种反应 能使土团结，起粗粒化作用，提高土的强度，但比硬凝反应的作用较差一些。

4、结晶作用

结晶形成的同时，结晶的析出端，也就是析出晶边的Al³⁺离子正电荷将吸引结合于已析出晶面 的OH^-离子负电荷，而晶面之间则发生排斥，从而形成所谓的“晶边-晶面结合”的蜂窝状结构，而 土中的矿物颗粒包覆于蜂窝状结构中，这就是水泥改良土的结构。水泥土中的晶体起着重要的骨架 作用；水泥水化生成的水化硅酸钙凝胶起着连结晶体、土团、土粒的重要粘结作用，这种粘结力来 源于范德华力、氢键、表面能的综合，它比软土中主要的范德华力大得多，使水泥土强度远高于软 粘土强度。结晶过程还包含团粒化的状态，不同于阳离子物理交换团粒化，结晶过程是阴阳离子的 磁性激发，其最终是形成连续的晶体，同样起到骨架的作用。

实际上，在加固黄土时，总不可避免地会留下一些未被粉碎的各种大小的土团粒。所以，在拌 制水泥土时将出现由水泥浆包裹土颗粒现象，在土的团粒间或砂粒间的大孔隙基本上被水泥颗粒填 满，而在土团内部却没有水泥。只有在长时间扩散过程的作用下，土团内部才能被水泥水解产物渗 入而改变其原有性质。在水泥土中不可避免地会产生具有较高强度和水稳性的水泥区域和未完全被 水泥加固的强度较差的区域。两者在空间相互交替，从而形成一种独特的水泥土骨架。在水泥较多 的大团粒区域中，水泥的水解和硬化过程占优势；而在水泥与个别微粒或团粒接触的地方，则物理- 化学过程占优势，这种作用以物理吸附和化学吸附的相互作用形式产生，并不可逆地吸收水泥水解 作用的个别产物。

综上所述，水泥改良黄土是水泥石骨架作用下Ca(OH)₂的物理化学共同作用的结果，后者使黄土 微粒和微团粒形成稳定的团粒结构，而水泥则把这些团粒包覆和连接成坚固的整体。

实施例1

如图1所示，本实施例采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，包括：施工 测量放样、上料、初次整平、水泥撒布、机械拌合、二次整平、碾压、压实度检测，其 中，填料为掺入了水泥的黄土，其中水泥采用外掺法掺入黄土中，掺和料掺量为4％、5％ 或6％，掺合料掺量是指掺合料质量与土质量的百分比，即按质量百分比计算，见下式：

本实施例的具体方法：

施工施工测量放样:

1、根据设计文件及《公路勘测规范》所要求的精度，按施工要求对原坐标点、高 程点、加密导线点、水准点进行复核。恢复路线中线，增设临时水准点，以便于施工过 程中对高程随时进行控制，对重要的控制桩进行加固保护。

2、利用水准仪检测填前碾压后地面标高，根据实测标高和设计标高确定填方坡脚线。使用全站仪放出路基坡脚线，同时使路基宽度要比其设计宽度多出30㎝。使用白 灰划出路基的填筑边线，在每20m直线段的路基两侧边线外30cm各设一边桩，并用红 漆标记以确定一横断面。根据试验段平面布置图布设测点，实测各点碾压后顶面标高， 以便进行松铺厚度的计算。

3、根据填筑前后高程差计算压实厚度，推算松铺系数。松铺系数＝(松铺高程-下承层高程)/(压实后高程-下承层高程)。

备料:

1、水泥土(以6％为例)：根据总监办试验室批复的土工试验结果，按照外掺法计算需要掺入的水泥用量，结合施工进度按需进购水泥并按照标准化施工要求进行存放。

2、水泥用量按外掺法，每压实1m3水泥土用水泥量约为：M＝(1.87×1000/1.06)×0.06＝105.85kg；试验段压实22cm厚每平米水泥用量约为105.85/(1/0.22) ＝23.287kg；试验段压实22cm厚每平米土用量约为(1870/1.06)/(1/0.22)＝388.113kg。

3、根据总监办试验室批复的土工标准试验结果和各区路基填筑的设计方量分别计 算出各区水泥土及黄土的用量，采用运输车将土运至施工现场。

上料(布料、摊铺):

首先进行黄土摊铺，按照布料的堆放间距画方格后，由专人指挥，填料按水平分层， 先低后高、先两侧后中央进行卸料。路堤填筑时须根据设计断面采用纵向全断面水平分 层填筑，从最低处起分层填筑、逐层压实不应超过25cm。

填料的摊铺使用装载机，将填料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面力求平整，摊铺时将土块、超尺寸颗粒及其他杂物拣除，当土块较多时，应进行粉碎。通过对实测填料 的含水率与最佳含水率进行比较，摊铺后的填料如果含水率过小，则在填料层上进行洒 水，洒水量经计算确定。洒水时应注意严禁洒水车在洒水段内停留和调头，洒水要均匀， 防止出现局部过湿现象，直至达到要求的含水率。如果含水率过大，则应进行翻晒，使 其达到最佳含水率。

路基每层填筑严格执行“画格上土”，在填土前用石灰线撒出方格网，运土汽车方量为10T，试验段摊铺时松铺系数拟采用1.2控制，松铺厚度30cm，确定的方格网大小 为10m×10m，计算每格所需车数，并派专人指挥。自卸车卸土时优先采用倒退上土的方 式，即自卸车辆卸土后，立即用装载机将新倒的土方推开；下一辆自卸车在刚摊好土层 上倒退，采用填土进占的方式卸土，以减少对下层表面的损坏。为保证上土的均匀性， 根据松铺厚度在试验段用标尺法或堆灰台的方法控制填筑高度。

初次整平:

计算出黄土和水泥的用量后，设立高度控制线来控制松铺厚度(不超过30cm)，填料先通过装载机进行粗平，再用平地机进行精平。

平地机精平时应由一侧向另外一侧进行刮平，要做到层面平整、均匀，必要时可再返回刮一遍，精平后静压1遍，以方便水泥撒布机行驶。

水泥撒布:

水泥用量应根据试验结果，选用外掺法，设定撒布车水泥撒布量为23kg/m2，撒布水泥前，根据处理宽度，用白灰划好宽度为2.3m(两侧搭接5cm)的跑道指引水泥撒布 车撒布水泥，不足2.3m宽度的采用人工画方格进行布灰。

拌合灰土:

在含水率满足要求的情况下，及时采用路拌机进行水泥土拌合，设专人跟随路拌机， 随时检查拌合深度并配合路拌机操作员调整拌合深度，严禁在拌和层底部留有“黄土”夹层。拌和时应略破坏l0cm下承层的表面，以利于上下层粘贴；路拌机正常拌和两次， 拌合均匀后，由试验人员和监理人员同步进行含水率、灰剂量的取样测定。(灰剂量不 满足要求时，根据检测数据计算出需要补加的水泥用量，均匀撒布后再次进行拌和。)

在拌合结束时，如果混合料的含水率不足，及时用洒水车补充洒水。洒水后，再次进行拌合，使水分在混和料中分布均匀。拌合机械应紧跟在洒水车后面进行拌合，减少 水分流失。洒水拌合过程中，应及时检查混合料的含水率，混合料拌和均匀后应色泽一 致，没有水泥团和花面，且水分均匀适宜。

二次整平:

水泥土混合料拌和均匀后再进行稳压一遍，随即用平地机再次初平。

平地机由一侧向另一侧进行刮平，然后用压路机立即在刚初平的路段上快速静压一 遍，再用平地机精平一次。特别注意接缝处的整平，使接缝顺适平整。

碾压：

整型后当填料的含水率等于或略大于最佳含水率(1-2％)和水泥剂量EDTA滴定合格时，立即按照拟定的压实程序进行碾压。试验人员随时检测压实度，最终压实度需大 于设计和规范值以上。整个碾压工作要控制在不超过缓凝水泥失效前完成(水泥初凝)， 碾压完成后，经检验合格后方可进行下一道施工。试验段采用“1-1-N-1”组合方式进 行碾压，即一遍静压(洛阳20T)、一遍弱振(洛阳20T)、N遍强振(徐工22T)、一遍 静压(洛阳20T)，碾压步骤具体如下：

第一步：先用压路机静压和弱振，压实时先压两侧(即靠路肩部分)后压中间，根据静压后的表面压实情况，对低洼地段人工补料，使表面达到均匀压实的程度。

第二步：然后用重型压路机进行第一遍和第二遍振动压实。当重型压路机碾压第二 遍完成后，在标识的白灰点附近分别用灌砂法测定压实度及使用全站仪测量三维坐标。将测量、检测结果按照编号及层次、振动压实遍数记录在相应的记录表(簿)中。

第三步：进行压实度检测，如压实度满足要求，再进行一遍静压；如压实度不满足要求，则重复第二步程序，每次强振碾压之后进行一次压实度检测，直至压实度检测合 格后停止强振。

如果振动碾压遍数超过8遍，仍不能达到设计要求压实度，则要求更换碾压设备，使本层压实度达到设计要求，并重新进行本项目试验段施工和相关检测工作。

压路机静压行走速度控制在2.3km/h左右，振动碾压行走速度控制在3.7km/h左右。 碾压时重叠宽度静压为1/4轮宽，振压为1/3轮宽。压路机在改变行驶方向、减速或停驶前应先停止振动，平稳的改变运行方向，不允许压路机在惯性滚动的状态下变换方向。

养生：改良土碾压完成后，如不能连续施工应进行养生，采用洒水养生的方法，表面养生保湿一般不少于7天。养生期间除洒水车外应封闭交通，不得让改良土过湿，更 不能忽干忽湿。改良土采用分层施工，当上层填土能连续施工时可不进行专门的养生， 但要求下层检验如压实度、平整度等指标合格满足要求，此外，冬季施工的路基顶面需 要覆盖保温材料进行养生。

1、根据水泥改良土的特点及适用条件，采用低标号水泥进行试验段施工，可以保证改良填料有较好的弹塑性特征，避免填料产生过多裂缝，影响路基的稳定性。

2、水泥改良黄土配合比设计方法及检验方法，为水泥改良配合比设计提供指导借鉴。

3、施工方案的工艺流程主要为：施工测量放样→初次整平→水泥撒布→机械拌合→二次整平→碾压→试验检测，水泥改良黄土的施工工艺目前还没有相对应的规范，本 课题所形成的水泥改良黄土施工工艺可为今后类似工程施工提供参考和宝贵经验。

实施例2

本实施例本实施例采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，在实施例1的基础上，通过实验的方式确定水泥掺量，对水泥改良黄土物理特性分别做了液塑限试验、 击实试验，对力学特性分别做了抗剪强度试验、无侧限抗压强度试验、CBR试验、湿陷 性试验。通过对试验数据进行分析，表明4％、5％、6％的水泥掺量改良黄土效果较好，并 且较经济，具体实验方法为：

一、试验采用液塑限联合测定仪进行水泥改良黄土液塑限的测定：

将取土场的扰动黄土试样风干，经过0.5mm的筛进行筛分，取土场各取4份200g 的代表性土样，掺入比分别为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％的水泥，然后用纯水将 不同水泥掺量改良的黄土试样调制成均匀膏状。

液塑限试验结果与分析

根据上述液塑限试验方案进行试验，具体结果见表1。

表1水泥改良黄土的液塑限试验结果

物理指标	原状土	1％	2％	3％	4％	5％	6％	7％	8％
										液限ωL(％)	28.2	35.8	36.2	37.4	38.4	38.5	38.5	38.6	38.2
塑限ωP(％)	18.9	20.8	20.4	21.5	19.5	20.2	21.4	21.6	23.3
										塑性指数IP	9.3	15	15.8	15.9	18.9	18.4	17.2	17.1	14.9

液限：原状土的液限明显低于掺了水泥的黄土的液限，对于不同水泥掺入量的水泥 土的液限变化不是很大。

塑限：水泥土相对于原状土的塑限变化不太明显，而水泥土随着水泥掺量的提高，塑限也逐渐提高。

塑性指数：水泥土相对于黄土的塑性指数有了显著的变大，而塑性指数随着水泥掺 量的提高先增加然后降低，在水泥掺入量为4％时改良黄土的塑性指数达到最大。

对取土场进行了原状土、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％水泥掺量的试验。由液 塑限试验结果可知，水泥改良黄土的液、塑限相比较原状土有明显增加，且随着水泥掺量的增大逐渐增大，而塑性指数先增加后减小。在水泥掺量为4％～5％时，液、塑限变化 幅度较小；在水泥掺量为7％～8％时，变化幅度相应增大。主要原因在于向黄土填料中加 入水泥后，形成一定的胶结物，其比表面积增大，吸收的水分也相应的增加。因此，改 良土的性质逐渐趋于砂性，改变了黄土原来粉质特性，同时也改善了其抗水性能。

二、对不同水泥掺量的改良黄土进行击实试验。

可以测定一定击实功下干密度随含水率变化的关系曲线，求得不同掺量条件下改良 黄土的最大干密度及最优含水率，为改良黄土路基填料的室内、外设计及现场施工碾压质量控制提供依据。

根据液塑限试验实测不同水泥掺量改良黄土的塑限含水率，对取土场各水泥掺量的 改良黄土配制样品，每份样品重量约为4.5kg。按照《铁路工程土工试验规程》(TB10102-2004)的要求，选定用重I型击实试验(具体参数如下)确定取土场不同水 泥掺量改良黄土的最优含水率(ω_op)和最大干密度(ρ d_max)。

按照上述击实试验方案进行击实试验，取土场不同水泥掺量改良黄土实测击实试验 得出最大干密度及最优含水率见表2。

表2水泥改良黄土击实试验结果

对取土场进行了原状土、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％水泥掺量的击实试验。 由图中试验结果可知：在重型击实试验中，改良黄土与原状黄土相比，最大干密度有大有小，与原状土相差不大，但最佳含水率都高于原状黄土。在不同水泥掺量条件下，改 良黄土最大干密度先是随着水泥掺量的增大而增大，但随着掺入比例的提高，最大干密 度表现出减小的趋势，水泥掺量在5％时最大干密度达到最大；不同水泥掺量条件下，改 良黄土随着水泥掺量的增加，最佳含水率呈现先增加后趋缓的趋势，但总体最佳含水率 均大于原状土含水率，主要原因在于向黄土中加入水泥的细度较黄土小，由于水泥吸收 的水分增加，吸收的水分相对较高，水泥掺量在5％时最佳含水率达到最大，在4％和6％ 水泥掺量下最佳含水率也较大；随着掺入比的增加，水泥土最佳含水量基本趋缓，无明 显变化。考虑到黄土的水稳性较差，因此，选用最优含水率较大的水泥掺量，综上所述 选用4％、5％和6％水泥掺量进行试验段施工比较经济可靠。

三、抗剪强度试验采用直剪仪进行水泥改良黄土抗剪强度的测定。

从取土场随机取一定量的扰动黄土，试样风干经过0.5mm的筛进行筛分，配制成4％、 5％、6％、7％、8％的5种水泥掺量的试样，含水率采用击实试验中各水泥掺量的最优含水 率，且要求压实系数K＝0.95。试件配制完成后放入标准养护箱养护7d，最后用环刀对养护好的试件切取试样进行试验。对各水泥掺量的改良黄土进行1组试验，每组为4个 试样，尺寸采用快剪试验方法，在应变控制式直剪仪上进行，剪切速 率为0.8mm/min，加荷等级分别为100、200、300、400kPa。

按照上述直剪试验方案进行试验，取土场不同水泥掺量改良黄土抗剪强度见表3，抗剪强度由滑动面上黄土的粘聚力和内摩擦阻力两部分组成。

表3直剪试验结果表

对取土场进行了原状土、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％水泥掺量的抗剪强度试 验。由图中试验结果可以看出:

(1)经水泥改良后，黄土的强度有所提高，且水泥改良黄土的强度随水泥掺量的增加而增大。

(2)粘聚力在4％之前水泥掺量时增加较低，而后快速增大；当水泥掺量在5％～8％ 时粘聚力增速放缓。粘聚力是黏性土的特性指标，粘聚力包括土粒间分子引力形成的原 始粘聚力和土中化合物的胶结作用形成的固化粘聚力水泥与黄土充分反应后，形成土体 骨架，加强了土体结构，同时水泥改良土中产生了胶体。因此，水泥改良黄土的粘聚力 c增加较大。

(3)原状土与水泥改良的黄土相比，内摩擦角显著变小，而后随着水泥掺量的增加，内摩擦角变化不大。这是因为黄土经水泥改良后，其矿物组成并没有彻底改变，只 是发生了部分变化，故水泥改良黄土的内摩擦角虽有变化，但变化不大。

四、水泥改良黄土抗压强度研究。

从取土场随机取一定量的扰动黄土，试样风干后经过0.5mm的筛进行筛分，配制成4％、5％、6％、7％、8％的5种水泥掺量的试样，取土场的不同水泥掺量的试样均制作12 个，含水率采用击实试验中各水泥掺量的最优含水率，且要求压实系数K＝0.95。试样尺 寸为试样配制完成后，分别放入标准养护箱养护7d、14d和28d。最后 对养护好的试样进行抗压强度试验，将试样放在应变控制式三轴仪上以1.52mm/min的 速率匀速加荷，试验主要是测试黄土改良后试样在无侧向压力的条件下，水泥改良黄土 抵抗轴向压力的极限强度，是评价土样抵抗竖向压力极限强度的重要力学指标。

按上述试验方案及操作步骤进行不同水泥掺量改良黄土的7d、14d和28d饱和无侧限抗压强度试验，并取取土场相同水泥掺量同一龄期4个试样的试验结果的平均值作为 最终的试验结果。取土场不同水泥掺量改良黄土抗压强度见表4。

表4水泥改良黄土无侧限抗压强度值(MPa)

从表4可以看出对取土场进行了原状土、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％水泥掺 量的无侧限抗压强度试验。由试验结果可以看出:

(1)无侧限抗压强度在原状土成型7d时强度为0.26Mpa，而后14d和28d试件在 养护过程中有不同程度的自行破损而无法完成抗压强度试验。对于水泥改良黄土，7d 无侧限抗压强度呈先增长然后在水泥剂量达到4％时增长趋势趋于平缓，14d和28d抗压 强度呈先快速增长后缓慢增长的趋势，14d和28d的强度非常接近，但明显大于7d强度。

(2)在不同标准养护龄期下改良黄土填料的无侧限抗压强度表明，水泥改良黄土强度随水泥掺量的增大，前期呈线性增长，但短期强度增长速率较小，中期强度及长期 强度随着水泥掺量的增加增长速率较大，呈先快速增长后趋缓的趋势。在水泥掺量为3％ 时，其长期强度小于中期强度；其他水泥掺量改良黄土的长期强度均在不同程度上高于 中期强度。表明小于3％水泥掺量强度不是特别稳定，水泥掺量大于6％时，强度增长较 缓，故确定水泥改良黄土试验段剂量比为4％、5％、6％。考虑现场施工因素等产生的损失， 应大于上述掺量。

五、水泥改良黄土室内CBR试验。

分别对掺量为4％、5％、6％、7％、8％的水泥改良黄土进行CBR试验。不同水泥掺量改 良黄土CBR试验主要包括三部分，即击实试验、浸水膨胀试验以及贯入试验，具体试验严格按照《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)进行。

(1)试验前首先对不同水泥掺量改良黄土进行了标准击实试验。根据击实试验的结果，对不同水泥掺量改良黄土按照最优含水率制备试样，然后进行重型击实，每组击 实的次数分别为30、50、98次，每种击实次数各制取3个试件，一组CBR试验共需9 个试件，制件完毕测定其含水量，并求出相应的干密度。

(2)为模拟材料在工程使用中最不利的状态，不同水泥掺量改良黄土击实完成后进行浸泡试验，取四昼夜为浸泡标准。为模拟路基状况，浸泡过程中，在土体上部放置 一定承压板，承压板下安放附有调节杆的多孔板调节杆，其上放置检测膨胀量的百分表， 量测浸水后试件变化高度后读取百分表的最终读数，即改良黄土浸水最终膨胀量。

(3)浸水完成后，取出试件静置15min，进行CBR贯入试验。试验前首先在贯入杆 上施加45N力再调零，然后对试件施加轴向压力，同时测定测力计指定读数上相应贯入 量。试验完成后进行绘制单位压力与贯入量关系曲线，最终计算不同水泥掺量改良黄土 的CBR值，具体计算见如下公式，水泥改良黄土CBR试验结果如表5。

CBR＝P/7000*100

式中：CBR是贯入量2.5mm的承载比；

P为土基单位压力，单位KPa。

表5水泥改良黄土CBR试验结果

从表5可以看出对取土场进行了原状土、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％水泥掺量的 CBR试验。由试验结果可以看出：水泥改良后承载比明显提高，随着水泥掺量的提高， 承载比呈上升趋势，并且随着击实次数的增加，承载比也呈上升趋势；对于30击和50 击水泥掺量在2％到5％时CBR上升平稳，而后随着水泥掺量的提高CBR急剧提高，对于 98击随着水泥掺量的提高增加较均匀。另外，由表中数据可以看出水泥改良黄土承载比 均满足技术规范要求。

六、水泥改良黄土湿陷性试验研究。

从取土场随机取一定量的扰动黄土，试样风干经过0.5mm的筛进行筛分，配制成4％、 5％、6％、7％、8％的5种水泥掺量的试样，含水率采用各水泥掺量的最优含水率，且要求 K＝0.95。试件配制完成后放入标准养护箱养护7d，最后采用环刀对养护好的试件切取试 样进行试验，试样尺寸为取土场每种水泥掺量的水泥改良黄土各进行1组4个试样的试验。

按照上述试验方案进行湿陷性试验，取土场不同水泥掺量改良黄土湿陷性系数试验 结果见表6。

表6水泥改良黄土湿陷系数

原状黄土	4％水泥改良黄土	5％水泥改良黄土	6％水泥改良黄土	7％水泥改良黄土	8％水泥改良黄土
						0.016	0.0045	0.0035	0.0030	0.0020	0.0010

从表6可以看出分别对取土场进行了原状土、4％、5％、6％、7％、8％水泥掺量的湿陷 性试验。由试验结果可以看出：湿陷性黄土经过水泥改良可以有效的改善其湿陷性，由表中数据可以看出改良黄土湿陷性系数均小于0.015，表明不具有湿陷性。从图中可以 看出，随着水泥掺量的增加，湿陷系数也逐渐减小，表明水泥改良黄土可以较好的去除 黄土湿陷性。

在上述各实施例中，

含水率检测：

1、检测方法

1)目的和适用范围：适用于测定黏质土、粉质土、黄土的含水率。

2)仪器设备

烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持105-110℃的其他能源烘箱。

天平：称量200g，感量0.01g；称量1000g，感量0.1g。

其他：干燥器、称量盒等。

3)步骤

(1)取水泥改良黄土路基试样，细粒土15～30g，砂类土、有机质土为50g，砂砾 石为1～2kg，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称质量。称量时，可在天平一端放上与该 称量盒等质量的砝码，移动天平游码，平衡后称量结果减去称量盒质量即为湿土质量。

(2)揭开盒盖，将试样和盒放入烘箱内，在温度105～110℃恒温下烘干。烘干时间对细粒土不得少于8h，对砂类土不得少于6h。对含有机质超过5％的土或含石膏的土， 应将温度控制在60～70℃的恒温F，干燥12～15h为好。

(3)将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却(一般只需0.5～1h即可)冷却后盖好盒盖，称质量m_s，准确至0.01g。

4)计算

按下式计算含水率：

式中：w—含水率(％)，计算至0.1；

m—湿土质量(g)；

ms—干土质量(g)。

2、结果与分析

黄土的一个重要特性就是水敏感性，即遇水崩解，强度明显降低，在试验段施工过程中，分别对试验段的原状土样品和水泥改良黄土土样进行了含水率试验检测，具体桩 号和检测结果如表7至表8所示。

表7试验段土样含水率检测结果汇总表

表8试验段土样含水率检测结果汇总表

表9试验段土样含水率检测结果汇总表

由表7至表9中数据可见：分别对原状土样品和组合水泥土、5％和6％水泥改良黄土 土样在试验段区域随机选取了10个桩号进行了含水率检测，在K173+290-K173+550试验段，对于原状土样品含水率最大为19.1％，最小为17.2％，平均为18.05％；对于组合 水泥改良黄土土样含水率最大为17％，最小为15.7％，平均为16.39％；均满足施工控制 要求。在K168+966-K169+220试验段，对于原状土样品含水率最大为19.3％，最小为 17.2％，平均为18.2％；对于5％水泥改良黄土土样含水率最大为17.2％，最小为14.8％， 平均为16.23％；均满足施工控制要求。在K170+320-K170+607试验段，对于原状土样品 含水率最大为19.4％，最小为17.3％，平均为18.4％；对于6％水泥改良黄土土样含水率 最大为16.9％，最小为14.4％，平均为15.9％；与最优含水率之差控制在2％范围内，满 足施工控制要求。

水泥剂量：

1、检测方法

1)目的和适用范围

本方法规定在公路工程现场用水泥剂量滴定测定路基的水泥剂量。

2)方法与步骤

(1)EDTA配制：称取EDTA37.23克。用40～50的蒸馏水溶解，冷却后定容至1000ml。

(2)氯化铵溶液配制：称500克氯化铵，加蒸馏水4500ml溶解。

(3)氢氧化钠配制：称18克氢氧化钠，放入洁净的烧杯中，加1000ml蒸馏水使 其全部溶解，待冷却后加入2ml三乙醇胺，搅拌均匀后储存在玻璃罐中。

(4)钙红指示剂配制：将0.2克钙试剂羧酸钠与20克预先在烘箱中烘1小时的硫 酸钾混合，放入研钵中研细，储存于棕色广口瓶中待用。

(5)取样1000克，加氯化铵溶液2000ml，搅拌5分钟，静置10分钟。

(6)将上部清液转移至300ml的烧杯内搅匀加盖待用。

(7)用移液管吸取上面清液10ml，放入200ml的三角瓶内，用量管吸取氢氧化钠50ml，加入三角瓶内，此时测溶液的PH值为12.5～13。

(8)加入约0.2克钙红指示剂摇匀，溶液呈玫瑰红色。

(9)滴定管中加入EDTA溶液并记录体积V₁。

(10)开始滴定，边滴定边摇匀，仔细观察溶液颜色，溶液颜色变为紫色时，放慢 滴定速度、摇匀，直到纯蓝色为终点，记录EDTA的体积V₂。

(11)计算V₂-V₁，查标准曲线表确定水泥剂量。

2、检测结果与分析

在试验段施工过程中，分别对不同试验段水泥改良黄土进行了水泥剂量的检测，在 各个试验段区域随机选取10个桩号，具体结果如表10至表12所示。由表中数据可知： 在K173+290-K173+550试验段，水泥剂量最大处为5.2％，最小处为4.6％，平均值为4.84％，满足施工控制要求。在K168+966-K169+220试验段，水泥剂量最大处为5.6％，最小处为4.9％，平均值为5.2％，满足施工控制要求。在K170+320-K170+607试验段，水泥剂量最 大处为6.6％，最小处为5.2％，平均值为6.1％，满足施工控制要求。

表10试验段组合水泥剂量检测结果汇总表

表11试验段5％水泥剂量检测结果汇总表

表12试验段6％水泥剂量检测结果汇总表

压实度：

1、检测方法

1)目的和适用范围

本方法适用于在现场测定基层(或底基层)、砂石路面及路基土的各种材料压实层的密度和压实度检测。

2)仪具与材料

本试验需要下列仪具与材料：

灌砂筒：有大小两种，根据需要采用。储砂筒筒底中心有一个圆孔，下部装一个倒置的圆锥形漏斗，漏斗上端开口，直径与储砂筒的圆孔相同，漏斗焊接在一块铁板上， 铁板中心有一圆孔与漏斗上开口相接，储砂筒筒底与漏斗之间没有开关。开关为一薄铁 板，一端与筒底及漏斗铁板铰接在一起，另一端伸出筒身外，开关铁板上也有一个相同 直径的圆孔。

金属标定罐：用薄铁板制作的金属罐，上端周围有一罐缘。

基板：用薄铁板制作的金属方盘，盘的中心有一圆孔。

玻璃板：边长约500～600mm的方形板。

试样盘：小筒挖出的试样可用铝盒存放，大筒挖出的试样可用300mm*500mm*40mm的搪瓷盘存放。

天平或台称：称量10～15kg，感量不大于1g。用于含水率测定的天平精度，对细 粒土、中粒土、粗粒土宜分别为0.01g、0.1g、1.0g。

含水量测定器具：如铝盒、烘箱等。

量砂：粒径0.3～0.6mm清洁干燥的砂，约20～40kg，使用前须洗净、烘干，并放置足够长的时间，使其与空气的湿度达到平衡。

盛砂的容器：塑料桶等。

其他：凿子、改锥、铁锤、长把勺、长把小簸箕、毛刷等。

3)方法与步骤

(1)标定筒下部圆锥体内砂的质量

①在灌砂筒筒口高度上，向灌砂筒内装砂至距筒顶15mm左右为止。称取装入筒内砂的质量m₁，准确至1g。以后每次标定及试验都应该维持装砂高度与质量不变。

②将开关打开，让砂自由流出，并使流出砂的体积与工地所挖试坑内的体积相当(可 等于标定罐的容积)，然后关上开关。

③不晃动储砂筒的砂，轻轻地将灌砂筒移至玻璃板上，将开关打开，让砂流出，直到筒内砂不再下流时，将开关关上，并细心地取走灌砂筒。

④收集并称量留在板上的砂或称量筒内的砂，准确至1g。玻璃板上的砂就是填满锥 体的砂m₂。

⑤重复上述测量三次，取其平均值。

(2)标定量砂的松方密度ρ_s(g/cm³)

①用水确定标定罐的容积V，准确至1mL。

②在储砂筒中装入质量为m₁的砂，并将灌砂筒放在标定罐上，将开关打开，让砂流出，在整个流砂过程中，不要碰动灌砂筒，直到砂不再下流时，将开关关闭，取下灌砂 筒，称取筒内剩余砂的质量为m₃，准确至1g。

③按式5-2计算填满标定灌所需砂的质量m_a(g)：

m_a＝m₁－m₂－m₃ (5-2)

式中：m_a—标定灌中砂的质量(g)；

m₁—装入灌砂筒内砂的总质量(g)；

m₂—灌砂筒下部圆锥体内砂的质量(g)；

m₃—灌砂入标定罐后，筒内剩余砂的质量(g)；

④重复上述测量三次，取其平均值。

⑤计算量砂的松方密度ρ_s：

Ρ_s＝m_a/V (5-3)

式中：ρ_s—量砂的松方密度(g/cm³)；

V—标定灌的体积(cm³)。

4)试验步骤

(1)在试验地点，选一块平坦表面，并将其清扫干净，其面积不得小于基板面积。

(2)将基板放在平坦表面上。当表面的粗糙度较大时，则将盛有量砂(m₅)的灌砂筒放在基板中间的圆孔上，将灌砂筒的开关打开，让砂流入基板的中孔内，直到储砂筒 内的砂不再下流时关闭开关。取下灌砂筒，并称量筒内砂的质量m₆，准确至1g。

(3)取走基板，并将留在试验地点的量砂收回，重新将表面清扫干净。

(4)将基板放回清扫干净的表面上(尽量放在原处)，沿基板中孔凿洞(洞的直径与灌砂筒一致)。在凿洞过程中，应注意勿使凿出的材料丢失，并随时将凿出的材料取 出装入塑料袋中，不使水分蒸发，也可放在大试样盒内。试洞的深度应等于测定层厚度， 但不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取出。对土基或基层，为防止试样 盘内材料的水分蒸发，可分几次称取材料的质量。全部取出材料的总质量为m_w，准确至 1g。当需要检测厚度时，应先测量厚度后再进行这一步骤。

(5)从挖出的全部材料中取出有代表性的样品，放在铝盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水量(w，以％计)。样品的数量如下：用小型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少 于100g；对于各种中粒土，不少于500g。用大型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于 200g；对于各种中粒土，不少于1000g；对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等无机结合 料稳定材料，宜将取出的全部材料烘干，且不少于2000g，称其质量m_d，准确至1g。

(6)将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板中间(储砂筒内放满砂质量m₁)，使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内。在此期 间，应注意勿碰动灌砂筒，直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。小心取走灌砂筒， 并称量筒内剩余砂的质量m₄，准确到1g。

(7)如清扫干净的平坦表面的粗糙度不大，也可省去上述(2)和(3)的操作。 在试洞挖好后，将灌砂筒直接对准放在试坑上，中间不需要放基板。打开筒的开关，让 砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭 开关，小心取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量m₄’，准确至1g。

(8)仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用。若量砂的湿度已发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干、过筛，并放置一段时间，使其与空气的温度达到平衡 后再用。

5)计算

按式5-4或5-5计算填满试坑所用的砂的质量m_b(g)：

灌沙时，试坑上放有基板：

m_b＝m₁－m₄－(m₅－m₆) (5-4)

灌沙时，试坑上不放有基板：

m_b＝m₁－m₄’－m₂ (5-5)

式中：m_b—填满试坑的砂的质量(g)；

m₁—灌砂前筒内砂的质量(g)；

m₂—灌砂筒下部圆锥体内砂的质量(g)；

m₄、m₄’—灌砂后，筒内剩余砂的质量(g)；

(m₅－m₆)—灌砂筒内下部圆锥体内及基板和粗糙表面间砂的合计质量(g)；

按式5-6计算试坑材料的湿密度ρ_w(g/cm³):

ρ_w＝m_w/m_b×ρ_s (5-6)

式中：m_w—试坑中取出的全部材料的质量(g)；

ρ_s—量砂的松方密度(g/cm³)；

按式5-7计算试坑材料的干密度ρ_d(g/cm³)：

ρ_d＝ρ_w/(1+0.01w) (5-7)

式中：w—试坑材料的含水率(％)；

当为水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土的场合，可按式5-8计算干密度ρ_d(g/cm³)。

ρ_d＝m_d/m_b×ρ_s (5-8)

式中：m_d—试坑中取出的稳定土的烘干质量(g)；

按式5-9计算施工压实度。

K＝ρ_d/ρ_c×100 (5-9)

式中：K—测试地点的施工压实度(％)；

ρ_d—试样的干密度(g/cm³)；

ρ_c—由击实试验得到的试样的最大干密度(g/cm³)；

m₄、m₄’—灌砂后，筒内剩余砂的质量(g)。

2、试验结果与分析

为确定压实遍数，试验段施工过程中，现场进行了压实度跟踪检测，具体试验检测结果如表13所示。根据表13中数据绘制了碾压遍数与压实度的关系曲线，如图2所示。

表13振动碾压遍数与压实度关系表

振动碾压遍数(遍)	平均压实度(％)	压实度测点数(个)
			1	83.6	12
2	86.8	12
			3	89.2	12
4	91.9	12
			5	93.4	12
6	96.3	12

从表13中压实度检测结果可知：试验段施工共振动碾压6遍，每遍选取12个测点进行检测，取其平均值作为最终压实度。在振动压实5遍时压实度可达93％以上，满足 92区的压实要求；在振动压实6遍时压实度可达95％以上，满足94区的压实要求。压 实度随着碾压遍数的增加而变大。

松铺系数：

1、检测方法

1)目的和适用范围

本方法规定在公路工程现场测定路基的松铺系数。

2)测定方法

为确保测量数据的准确性，减少测量误差，我们采用水准仪固定不动，平行观测同一位置的原地面读数、松铺读数、压实后读数。测量段落长度一般控制在50m范围内。

3)测量频率

一般为每10m一个断面，必要时可加密为5m一个断面，两边的测点要距基准点1m以上，以避免因基准点处塌边和边上碾压不到位等因素造成测量误差偏大。每断面上的 测点应均匀分布，间距一般2m，用钢卷尺来确定各测点位置，每个断面两端均要做好标 记，以保证原地面、松铺及压实后测量的各测点均在同一位置。

4)水准仪的架设

水准仪要架设在通视、远离震动源的地方。当钢轮压路机在碾压时要打开振动，如果水准仪架设的离摊铺的路面较近，则因振动造成水准仪不稳定，使读数产生误差，影 响松铺系数的测定，甚至导致测量的失败。

5)观测方向

测量时观测的起点断面应从与水准仪架设位置平行的断面开始，沿摊铺方向进行观 测。

6)其他注意事项

测量时，每一个碾压组合架设一台水准仪，因为水准仪在整个摊铺过程中不能移动， 因此要有专人看管，防止水准仪被意外移动，而导致测量数据失效。

2、试验结果与分析

松铺系数是指在施工中铺筑材料的松铺厚度与压实厚度的比值，为确定松铺系数， 在K173+290-K173+550试验段施工过程中进行了松铺系数跟踪测量，具体检测结果详如 表14所示，从测量结果可知：最终松铺系数测定值为1.24。

表14组合水泥剂量试验段松铺系数检测结果一览表

在K168+966-K169+220试验段施工过程中进行了松铺系数跟踪测量，具体检测结果 详如表15所示，从测量结果可知：最终松铺系数测定值为1.23。

表15 5％水泥剂量试验段松铺系数检测结果一览表

在K170+320-K170+607试验段施工过程中进行了松铺系数跟踪测量，具体检测结果 详如表16所示，从测量结果可知：最终松铺系数测定值为1.22。

表16 6％水泥剂量试验段松铺系数检测结果一览表

沉降观测：

在施工完成第二层水泥改良黄土后反开挖25cm埋设沉降观测板，沉降观测板设置在距路线中心线6m处，每隔20m左右对称埋设1对，每层施工完成后反开挖安装沉降 观测管。路基施工完成后每7天观测1次沉降情况。在2016年3月7日测完沉降后， 为配合检测试验段弯沉，将施工完成后用来覆盖养生的黄土清除掉，去掉了一节沉降观 测管。路基沉降在“2015年11月13日”至“2016年3月7日”期间的沉降量见表17； 路基沉降在“2016年3月7日”至“2016年3月14日”期间的沉降量见表18；路基沉 降在“2016年3月14日”至“2016年3月28日”期间的沉降量见表19。

表17沉降量统计表(2015.11.13-2016.3.7)

桩号	左侧沉降量(m)	右侧沉降量(m)	备注
				170+380	-0.006	-0.004
170+400	-0.016	-0.008
				170+420	-0.018	-0.014
170+440	-0.016	-0.016
				170+460	-0.011	-0.009
170+480	-0.005	-0.012
				170+500	-0.008	-0.011

以上数据路基沉降最大值为18mm，最小值为4mm，分析原因最大值出现位置为K170+400-K170+440区域，原地貌为路基横断面出现台阶，台阶压实时处理相对较差； 最小值出现的位置原地表处原先为当地灌溉水渠，处理时出现过弹簧病害，后采取了换 填1m砂砾料的处理方法，增加了地基承载力。

表18沉降量统计表(2016.3.7-3.14)

桩号	左侧沉降量(m)	右侧沉降量(m)	备注
				170+380	-0.003	0.001
170+400	0.001	-0.001
				170+420	-0.001	0.003
170+440	-0.002	-0.003
				170+460	-0.002	-0.001
170+480	0.001	-0.002
				170+500	0.002	0.000

表19沉降量统计表(2016.3.14-3.28)

桩号	左侧沉降量(m)	右侧沉降量(m)	备注
				170+380	-0.003	0.001
170+400	0	-0.002
				170+420	0	-0.001
170+440	-0.002	-0.002
				170+460	0.001	0

由表18和表19可以看出，沉降数据数据出现了正数和无沉降现象，沉降量变化不大，分析主要原因是沉降已基本稳定，再加上读数存在误差所致。

依据设计文件，路基允许的工后沉降量最大为30cm，综上观测结果分析，路基施工至122天平均沉降量为11.0mm，目前已趋于平缓状态，由于水泥改良湿陷性黄土后板结 性强，防水性较好，沉降量在普通路基沉降中表现较好，但观测期间出现降雨、降水次 数较少，且路基顶无荷载活动，预计在95区施工后路基还会继续沉降。路基沉降规律 曲线如图3所示。

弯沉测试：

1、试验目的

测定路基的回弹弯沉，用以评定其整体承载能力，供路面结构设计使用。

2、试验原理

利用杠杆原理制成的杠杆式弯沉仪测定轮隙弯沉。

3、仪具与材料

1)标准车：双轴、后轴双侧4轮的载重车，其标准轴荷载、轮胎尺寸、轮胎间隙 及轮胎气压等主要参数应符合要求。测试车可根据需要按公路等级选择，高速公路、一 级及二级公路应采用后轴100kN的BZZ-100标准车；其他等级公路可采用后轴60kN的 BZZ-60标准车。

2)路面弯沉仪：由贝克曼梁、百分表及表架组成。贝克曼梁由合金铝制成，上有 水准泡，其前臂(接触路面)与后臂(装百分表)长度比为2：1。弯沉仪长度有两种： 一种长3.6m，前后臂分别为2.4m和1.2m；另一种加长的弯沉仪长5.4m，前后臂分别为 3.6m和1.8m。当在半刚性基层沥青路面或水泥混凝土路面上测定时，宜采用长度为5.4m 的贝克曼梁弯沉仪，并采用BZZ-100标准车。弯沉采用百分表量得，也可用自动记录装 置进行测量。

3)接触式路表温度计：端部为平头，分度不大于1℃。

4)其他：皮尺、口哨、白油漆或粉笔、指挥旗等。

4、试验方法和步骤

1)在测试路段布置测点，其距离随测试需要而定。测点应在路面行车车道的轮迹带上，并用白油漆或粉笔划上标记。

2)将试验车后轮轮隙对准测点后约3-5cm处的位置上。

3)将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处，与汽车方向一致，梁臂不得碰到轮胎，弯沉仪测头置于测点上(轮隙中心前方3-5cm处)，并安装百分表于弯沉仪的测定杆上， 百分表调零，用手指轻轻叩打弯沉仪，检查百分表是否稳定回零。弯沉仪可以是单侧测 定，也可以是双侧同时测定。

4)测定者吹哨发令指挥汽车缓缓前进，百分表随路面变形的增加而持续向前转动。 当表针转动到最大值时，迅速读取初读数L₁汽车仍在继续前进，表针反向回转，待汽车驶出弯沉影响半径(约3m以上)后，吹口哨或挥动指挥红旗，汽车停止。待表针回转 稳定后，再次读取终读数L₂汽车前进的速度宜为5km/h左右。

5、试验结果与分析

由上述试验方法和步骤进行试验，试验段K173+290-K173+550，试验结果如表20所示，由弯沉测试结果可知弯沉结果满足设计要求，同时通过掺加水泥使路基弯沉得到 大幅度的提高。

表20弯沉测试结果

试验段K168+966-K169+220，试验结果如表21所示，同时通过掺加水泥使路基弯沉得到大幅度的提高。

表21弯沉测试结果

试验段K170+320-K170+607，试验结果如表22所示，由弯沉测试结果可知弯沉结果满足设计要求，同时通过掺加水泥使路基弯沉得到大幅度的提高。

表22弯沉测试结果

承载板土基回弹模量测试：

1、目的和适用范围

1)本方法适用于在现场土基表面，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值。

2)本方法测定的土基回弹模量可作为路面设计参数使用。

2、仪具与材料

本试验需要下列仪具与材料：

1)加载设施：载有铁块或集料等重物、后轴重不小于60kN的载重汽车一辆，作为加载设备。在汽车大梁的后轴之后约80cm处，附设加劲小梁一根作反力架。汽车轮胎 充气压力0.50Mpa。2)现场测试装置，由千斤顶、测力计(测力环或压力表)及球座组 成。

3)刚性承载板一块，板厚20mm，直径30cm，直径两端设有立柱和可以调整高度的支座供安放弯沉仪测头，承载板安放在土基表面上。4)路面弯沉仪两台，由贝克曼梁、 百分表及支架组成。5)液压千斤顶一台，80～100kN，装有经过标定的压力表或测力环， 其容量不小于土基强度，测定精度不小于计量程的1/100。6)秒表。7)水平尺。8)其 它：细砂、毛刷、垂球、镐、铁锹、铲等。

3、方法与步骤

1)准备工作

(1)根据需要选择有代表性的测点，测点应位于水平的路基上，土质均匀，不含 杂物；

(2)仔细平整土基表面，撒干燥洁净的细砂填平土基凹处，砂子不可覆盖全部土基表面，避免形成一层。

(3)安置承载板，并用水平尺进行校正，使承载板置于水平状态。

(4)将试验车置于测点上，在加劲小梁中部挂垂球测试，使之恰好对准承载板中心，然后收起垂球。

(5)在承载板上安放千斤顶，上面衬垫钢圆筒、钢板，并将球座置于顶部与加劲 横梁接触。如用测力环时，应将测力环置于千斤顶与横梁中间，千斤顶及衬垫物必须保 持垂直，以免加压时千斤顶倾倒发生事故并影响测试数据的准确性。

(6)安放弯沉仪，将两台弯沉仪的测头分别置于承载板立柱的支座上，百分表对零或其他合适的初始位置上。

2)测试步骤

(1)用千斤顶开始加载，注视测力环或压力表，至预压0.05Mpa，稳压1min，使 承载板与土基紧密接触，同时检查百分表的工作情况是否正常，然后放松千斤顶油门卸 载，稳压1min后，将指针对零或记录初始读数。

(2)测定土基的压力-变形曲线。用千斤顶加载，采用逐级加载法，用压力表或测力环控制加载量，荷载小于0.1Mpa时，每级增加0.02Mpa，以后每级增加0.04Mpa左右。 为了使加载和计算方便，加载数值可适当调整为整数。每次加载至预定荷载后，稳定 1min，立即读记两台弯沉仪百分表数值，然后轻轻放开千斤顶油门卸载至0，待卸载稳 定1min后，再次读数，每次卸载后百分表不再对零。当两台弯沉仪百分表读数之差小 于平均值的30％时，取平均值。如超过30％，则应重测。当回弹变形值超过1mm时，即 可停止加载。

(3)各级荷载的回弹变形和总变形，按以下方法计算：

回弹变形(L)＝(加载后读数平均值-卸载后读数平均值)

×弯沉仪杠杆比

总变形(Lˊ)＝(加载后读数平均值－加载初始前读数平均值)

×弯沉仪杠杆比

(4)测定汽车总影响量a。最后一次加载卸载循环结束后，取走千斤顶，重新读取百分表初读数，然后将汽车开出10m以外，读取终读数，两只百分表的初、终读数差之 平均值乘以弯沉仪杠杆比即为汽车总影响量a。

(5)在试验点下取样，测定材料含水量。取样数量如下：

①最大粒径不大于5mm，试样数量约120g；

②最大粒径不大于25mm，试样数量约250g；

③最大粒径不大于40mm，试样数量约500g。

(6)在紧靠试验点旁边的适当位置，用灌砂法或环刀法等测定土基的密度。

4、计算

1)各级压力的回弹变形值加上该级的影响量后，则为计算回弹变形值。是以后轴重60kN的标准车为测试车的各级荷载影响量的计算值。当使用其它类型测试车时，各 级压力下的影响量a_i：

式中：T₁——测试车前后轴距(m)；

T₂——加劲小梁距后轴距离(m)；

D——承载板直径(m)；

Q——测试车后轴重(N)；

P₁——该承载板压力(Pa)；

a——总影响量(0.01mm)；

a_i——该级压力的分级影响量(0.01mm)。

2)将各级计算回弹变形值点绘于标准计算纸上，排除显著偏离的异常点并绘出顺滑的P～L曲线。

3)算相应于各级荷载下的土基回弹模量Ei值：

式中：E_i——相应于各级荷载下的土基回弹模量(Mpa)；

μ₀——土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；

D——承载板直径750px；

p_i——承载板压力(Mpa)；

L_i——相对于荷载pi时的回弹变形(cm)。

4)取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法计算土基回弹模量E0值：

式中：E₀——土基回弹模量(Mpa)；

μ₀——土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；

L_i——结束试验前的各级实测回弹变形值；

p_i——对应于Li的各级压力值。

由弯承载板土基回弹模量测试结果可知承载板土基回弹模量测试结果满足设计要求，同 时通过掺加水泥使承载板土基回弹模量得到大幅度的提升。

具体实例路段共分3个段落，合计801m，采用的原状湿陷性黄土的湿陷等级为Ⅰ级，改良土路基填筑采用全路幅填筑的方法，每层填土厚度为25cm，按设计宽度一次填足， 施工时采用水泥撒布车结合路拌机现场拌合的施工方法。其中第1段为 K173+290-K173+550，长260米，本段从下至上采用5层5％的水泥剂量、5层4％的水泥 剂量和5层5％的水泥剂量填筑，共分15层；第2段为K168+966-K169+220，长254米， 本段全部采用5％水泥剂量填筑，共分34层；第3段为K170+320-K170+607，长287米， 本段全部采用6％水泥剂量填筑，共分25层。

有限元计算软件ABAQUS由美国HKS公司开发，是当今国际上最为先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。在模型建构过程中，分别依照所建构模型的几何形状、施 加边界条件、施加荷载、路基材料性质等来加以说明。

表23研究使用量纲

量纲

长度

力

质量

时间

应力

密度

SI

m

N

kg

s

Pa(N/m3)

kg/m3

路基材料采用Mohr-Coulomb塑性模型。大多数的路基表现出应力依赖性行为，可用现场弯沉仪或用代表实际交通荷载的波速传播法测量土的动态模量，也可在试验室用动三轴试验测得。如果这些数据测定困难，可以使用前人在试验基础上建立的路基土动 态模量与CBR值经验公式估算。下表24是路基材料的相关参数，考虑到青海地区压实 时的压实厚度为0.25米/层，所以本章中的结构厚度变化为0.25米/层，共34层。

表24路基材料相关参数表

结构层位	材料掺量(％)	厚度(cm)	动态模量(MPa)	泊松比	密度(g/cm3)
						路基	5％水泥改良土	25*34	400	0.35	1800

在边界尺寸范围上，分析模型应有适当的尺寸以避免边界效应导致的分析误差，然 而由于边界尺寸的增加需增加网格数量，因此会影响运算所需时间。ZaghloulandWhite (1992)提出评估，结果发现当断面长度超过10米时，分析所得路基反应不受影响，本研究为保守起见，水平面所选用的路基长度为50米。

依托大湟平项目公路改良黄土设计断面，宽取12m，厚度取8.5m。在ABAQUS程序中，为了仿真不同的情况，有许多的元素种类可供使用，本研究采用的元素为20个节 点的单元，本课题元素种类在ABAQUS中为C3D20，其中C为连续位移、3D为三维、20 为节点的数目。

为了更实际描述路基边缘受相邻土间的侧向土压力作用，将所模拟车道的两侧给予滚轮 当作横向束制；相同地，为了模拟实际路基承载，在路基土壤最底部也给予全约束；各 层之间紧密相连、完全连续，不考虑层与层之间的相对滑动，

在有限元分析中，网格的多少决定了分析结果的准确性，但是网格划分却是没有一 定的规定，只要误差在容许的范围之内，其结果均是可以接受的。本研究在前处理部分采用ABAQUS/CAE来建立网格，目的是在于减少人为建立的错误，而且另一方面来说， 因为后处理也是用ABAQUS来分析所建立的模型，为了更有效的与后处理配合，所以使 用ABAQUS专属的前处理来建立网格，最终取40800个元素网格的模型。

数值计算中，在获得了初始应力场之后，接下来的问题就是如何在有限元模型中施 加荷载。本节选择两种荷载：一是集中荷载进行模拟弯沉，荷载大小为50KN；一是均布荷载进行模拟整体承载能力，通过简化计算取荷载大小为4KN/m²。

在集中力施加处，位移最大值为0.93mm，并且影响范围集中。其位移值大于第五章中路基弯沉值，但小于土基交工验收弯沉值技术要求的2.218mm，表明集中力施加大于 汽车车轮产生的局部荷载，同时表明改良路基满足施工要求。均布荷载力施加在整个路 基表面，其产生的最大位移为0.086mm，小于第五章中路基弯沉值，并且均匀影响路基 表面。表明简化的均匀荷载施加在整个路基表面小于汽车车轮产生的局部荷载，但满足 施工要求。

采用有限元软件ABAQUS进行路基数值模拟计算，通过模型尺寸的选择、单元的选择、 网格的划分、边界条件的确定以及荷载的施加等对路基性能进行分析。由位移云图可知 最大位移小于1mm，表明水泥改良黄土具有较好的适用性，并且效果较好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干 改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，包括：施工测量放样、上料、初次整平、水泥撒布、机械拌合、二次整平、碾压、压实度检测、利用有限元软件ABAQUS，建立三维有限元模型，对所建的路基模型进行弯沉验证，其中，水泥采用外掺法掺入黄土中，掺和料掺量为4％、5％或6％；还包括对路基填料进行质量检测，所述检测包括：选择一段测试路段，在路基填料完成后，进行弯沉测试以及承载板土基回弹模量测试；还包括：在测试路段施工完成第二层水泥改良黄土后反开挖25cm埋设沉降观测板，沉降观测板设置在距路线中心线6m处，每隔20m左右对称埋设1对，每层施工完成后反开挖安装沉降观测管，路基施工完成后每7天观测1次沉降情况。

2.根据权利要求1所述的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，所述的施工测量放样具体包括：

按施工要求对原坐标点、高程点、加密导线点、水准点进行复核，恢复路线中线，增设临时水准点；

利用水准仪检测填前碾压后地面标高，根据实测标高和设计标高确定填方坡脚线，使用全站仪放出路基坡脚线，同时使路基宽度要比其设计宽度多出30㎝，使用白灰划出路基的填筑边线，在每20m直线段的路基两侧边线外30cm各设一边桩，并用红漆标记以确定一横断面，根据试验段平面布置图布设测点，实测各点碾压后顶面标高；

根据填筑前后高程差计算压实厚度，推算松铺系数，其中，松铺系数＝(松铺高程-下承层高程)/(压实后高程-下承层高程)。

3.根据权利要求1所述的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，所述的上料包括：

进行黄土摊铺，按照布料的堆放间距画方格后，填料按水平分层，先低后高、先两侧后中央进行卸料，路堤填筑时根据设计断面采用纵向全断面水平分层填筑，从最低处起分层填筑、逐层压实不应超过25cm；

填料的摊铺使用装载机，将填料均匀地摊铺在预定的宽度上，通过对实测填料的含水率与最佳含水率进行比较，摊铺后的填料如果含水率过小，则在填料层上进行洒水，直至达到要求的含水率，洒水量经计算确定；如果含水率过大，则应进行翻晒，使其达到最佳含水率；

路基每层填筑严格执行“画格上土”，在填土前用石灰线撒出方格网，摊铺时松铺系数采用1.2控制，松铺厚度30cm，确定的方格网大小为10m×10m，自卸车卸土时优先采用倒退上土的方式，即自卸车辆卸土后，立即用装载机将新倒的土方推开；下一辆自卸车在刚摊好土层上倒退，采用填土进占的方式卸土；根据松铺厚度用标尺法或堆灰台的方法控制填筑高度。

4.根据权利要求1所述的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，所述的初次整平具体包括：

计算出黄土和水泥的用量后，设立高度控制线来控制松铺厚度，填料先通过装载机进行粗平，再用平地机进行精平，其中，松铺厚度不超过30cm；

平地机精平时应由一侧向另外一侧进行刮平，要做到层面平整、均匀，必要时可再返回刮一遍，精平后静压1遍；

所述的二次整平具体包括：水泥土混合料拌和均匀后再进行稳压一遍，随即用平地机再次初平，平地机由一侧向另一侧进行刮平，然后用压路机立即在刚初平的路段上快速静压一遍，再用平地机精平一次。

5.根据权利要求1所述的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，所述的水泥撒布具体包括：采用外掺法进行水泥的撒布，设定撒布车水泥撒布量为23kg/m²，撒布水泥前，根据处理宽度，用白灰划好宽度为2.3m，两侧搭接5cm的跑道指引水泥撒布车撒布水泥，不足2.3m宽度的采用人工画方格进行布灰。

6.根据权利要求1所述的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，所述的机械拌合具体包括：

在含水率满足要求的情况下，采用路拌机进行水泥土拌合，实时检查拌合深度并配合路拌机操作员调整拌合深度，拌和时破坏l0cm下承层的表面；路拌机正常拌和两次，拌合均匀后，进行含水率、灰剂量的取样测定；若石灰剂量不满足要求时，根据检测数据计算出需要补加的水泥用量，均匀撒布后再次进行拌和；

在拌合结束时，如果混合料的含水率不足，用洒水车补充洒水；洒水后，再次进行拌合，使水分在混和料中分布均匀；拌合机械应紧跟在洒水车后面进行拌合，减少水分流失；洒水拌合过程中，实时检查混合料的含水率，混合料拌和均匀后应色泽一致，没有水泥团和花面，且水分均匀适宜。

7.根据权利要求1所述的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，所述的碾压过程具体包括：

整型后当填料的含水率等于或大于最佳含水率1-2％和水泥剂量EDTA滴定合格时，立即按照拟定的压实程序进行碾压，实时检测压实度，使得压实度大于设计和规范值以上；整个碾压工作要控制在不超过缓凝水泥失效前完成，碾压完成后，经检验合格后进行下一道施工；试验段采用“1-1-N-1”组合方式进行碾压，即一遍静压、一遍弱振、N遍强振、一遍静压，碾压步骤具体如下：

先用压路机静压和弱振，压实时先压两侧即靠路肩部分后压中间，根据静压后的表面压实情况，对低洼地段人工补料，使表面达到均匀压实的程度；

然后用重型压路机进行第一遍和第二遍振动压实。当重型压路机碾压第二遍完成后，在标识的白灰点附近分别用灌砂法测定压实度及使用全站仪测量三维坐标。将测量、检测结果按照编号及层次、振动压实遍数记录在相应的记录表中；

进行压实度检测，如压实度满足要求，再进行一遍静压；如压实度不满足要求，则重复第二步程序，每次强振碾压之后进行一次压实度检测，直至压实度检测合格后停止强振；

如果振动碾压遍数超过8遍，仍不能达到设计要求压实度，则要求更换碾压设备，使本层压实度达到设计要求；

压路机静压行走速度控制在2.3km/h左右，振动碾压行走速度控制在3.7km/h左右；碾压时重叠宽度静压为1/4轮宽，振压为1/3轮宽；压路机在改变行驶方向、减速或停驶前应先停止振动，平稳的改变运行方向，不允许压路机在惯性滚动的状态下变换方向。

8.根据权利要求7所述的水泥改良黄土作为路基填料的施工方法，其特征在于，采用滴定测定路基的水泥剂量，具体包括：

EDTA配制：称取EDTA37.23克；用40～50的蒸馏水溶解，冷却后定容至1000ml；

氯化铵溶液配制：称500克氯化铵，加蒸馏水4500ml溶解；

氢氧化钠配制：称18克氢氧化钠，放入洁净的烧杯中，加1000ml蒸馏水使其全部溶解，待冷却后加入2ml三乙醇胺，搅拌均匀后储存在玻璃罐中；

钙红指示剂配制：将0.2克钙试剂羧酸钠与20克预先在烘箱中烘1小时的硫酸钾混合，放入研钵中研细，储存于棕色广口瓶中待用；

取样1000克，加氯化铵溶液2000ml，搅拌5分钟，静置10分钟；

将上部清液转移至300ml的烧杯内搅匀加盖待用；

用移液管吸取上面清液10ml，放入200ml的三角瓶内，用量管吸取氢氧化钠50ml，加入三角瓶内，此时测溶液的PH值为12.5～13；

加入0.2克钙红指示剂摇匀；

滴定管中加入EDTA溶液并记录体积V₁；

开始滴定，边滴定边摇匀，仔细观察溶液颜色，溶液颜色变为紫色时，放慢滴定速度、摇匀，直到纯蓝色为终点，记录EDTA的体积V₂；

计算V₂-V₁，查标准曲线表确定水泥剂量。

9.根据权利要求7所述的水泥改良黄土作为路基填料的施工方法，其特征在于，所述的压实度的测量具体包括：

S1在试验地点，选一块平坦表面，并将其清扫干净，其面积不得小于基板面积；

S2将基板放回清扫干净的表面上，沿基板中孔凿洞，孔凿洞洞的直径与灌砂筒一致；试洞的深度应等于测定层厚度，但不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取出；对土基或基层，分几次称取材料的质量；全部取出材料的总质量为m_w，准确至1g；当需要检测厚度时，应先测量厚度后再进行这一步骤；

S3从挖出的全部材料中取出样品，放在铝盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水量；样品的数量如下：用小型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于100g；对于各种中粒土，不少于500g；用大型灌砂筒测定时，对于细粒土，不少于200g；对于各种中粒土，不少于1000g；对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定材料，宜将取出的全部材料烘干，且不少于2000g，称其质量m_d，准确至1g；

S4将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板中间，储砂筒内放满砂质量m₁，使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内；直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关；取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量m₄，准确到1g；

在试洞挖好后，将灌砂筒直接对准放在试坑上，中间不需要放基板；打开筒的开关，让砂流入试坑内；直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关，小心取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量m₄’，准确至1g；

S5仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用；若量砂的湿度已发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干、过筛，并放置一段时间，使其与空气的温度达到平衡后再用；

S6按下式计算填满试坑所用的砂的质量m_b(g)：

灌沙时，试坑上放有基板：

m_b＝m₁－m₄－(m₅－m₆)

灌沙时，试坑上不放有基板：

m_b＝m₁－m₄’－m₂

式中：m_b—填满试坑的砂的质量(g)；

m₁—灌砂前筒内砂的质量(g)；

m₂—灌砂筒下部圆锥体内砂的质量(g)；

m₄、m₄’—灌砂后，筒内剩余砂的质量(g)；

(m₅－m₆)—灌砂筒内下部圆锥体内及基板和粗糙表面间砂的合计质量(g)；

按下式计算试坑材料的湿密度ρ_w(g/cm³):

ρ_w＝m_w/m_b×ρ_s

式中：m_w—试坑中取出的全部材料的质量(g)；

ρ_s—量砂的松方密度(g/cm³)；

按下式计算试坑材料的干密度ρ_d(g/cm³)：

ρ_d＝ρ_w/(1+0.01w)

式中：w—试坑材料的含水率(％)；

当为水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土的场合，按下式计算干密度ρ_d(g/cm³)；

ρ_d＝m_d/m_b×ρ_s

式中：m_d—试坑中取出的稳定土的烘干质量(g)；

按下式计算施工压实度；

K＝ρ_d/ρ_c×100

式中：K—测试地点的施工压实度(％)；

ρ_d—试样的干密度(g/cm³)；

ρ_c—由击实试验得到的试样的最大干密度(g/cm³)；

m₄、m₄’—灌砂后，筒内剩余砂的质量(g)。

10.根据权利要求1所述的采用水泥改良黄土进行路基填料的施工工艺，其特征在于，利用杠杆原理制成的杠杆式弯沉仪测定轮隙弯沉，具体包括：

在测试路段布置测点，其距离随测试需要而定；测点应在路面行车车道的轮迹带上，并用白油漆或粉笔划上标记；

将试验车后轮轮隙对准测点后约3-5cm处的位置上；

将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处，与汽车方向一致，梁臂不得碰到轮胎，弯沉仪测头置于测点上，并安装百分表于弯沉仪的测定杆上，百分表调零，用手指轻轻叩打弯沉仪，检查百分表是否稳定回零；弯沉仪可以是单侧测定，也可以是双侧同时测定

测定者吹哨发令指挥汽车缓缓前进，百分表随路面变形的增加而持续向前转动；当表针转动到最大值时，迅速读取初读数L₁汽车仍在继续前进，表针反向回转，待汽车驶出弯沉影响半径后，吹口哨或挥动指挥红旗，汽车停止；待表针回转稳定后，再次读取终读数L₂汽车前进的速度宜为5km/h左右；

通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，具体包括：

用千斤顶开始加载，注视测力环或压力表，至预压0.05Mpa，稳压1min，使承载板与土基紧密接触，同时检查百分表的工作情况是否正常，然后放松千斤顶油门卸载，稳压1min后，将指针对零或记录初始读数；

测定土基的压力-变形曲线；用千斤顶加载，采用逐级加载法，用压力表或测力环控制加载量，荷载小于0.1Mpa时，每级增加0.02Mpa，以后每级增加0.04Mpa左右；每次加载至预定荷载后，稳定1min，立即读记两台弯沉仪百分表数值，然后轻轻放开千斤顶油门卸载至0，待卸载稳定1min后，再次读数，每次卸载后百分表不再对零；当两台弯沉仪百分表读数之差小于平均值的30％时，取平均值；如超过30％，则应重测；当回弹变形值超过1mm时，即可停止加载；

各级荷载的回弹变形和总变形，按以下方法计算：

回弹变形(L)＝(加载后读数平均值-卸载后读数平均值)

×弯沉仪杠杆比

总变形(Lˊ)＝(加载后读数平均值－加载初始前读数平均值)

×弯沉仪杠杆比

测定汽车总影响量a；最后一次加载卸载循环结束后，取走千斤顶，重新读取百分表初读数，然后将汽车开出10m以外，读取终读数，两只百分表的初、终读数差之平均值乘以弯沉仪杠杆比即为汽车总影响量a；

在试验点下取样，测定材料含水量；

在紧靠试验点旁边的适当位置，用灌砂法或环刀法等测定土基的密度；

各级压力的回弹变形值加上该级的影响量后，则为计算回弹变形值；是以后轴重60kN的标准车为测试车的各级荷载影响量的计算值；当使用其它类型测试车时，各级压力下的影响量a_i：

<mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <msup> <mi>&amp;pi;D</mi> <mn>2</mn> </msup> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>4</mn> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>Q</mi> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <mi>a</mi> </mrow>

式中：T₁——测试车前后轴距(m)；

T₂——加劲小梁距后轴距离(m)；

D——承载板直径(m)；

Q——测试车后轴重(N)；

P₁——该承载板压力(Pa)；

a——总影响量(0.01mm)；

a_i——该级压力的分级影响量(0.01mm)；

2)将各级计算回弹变形值点绘于标准计算纸上，排除显著偏离的异常点并绘出顺滑的P～L曲线；

3)算相应于各级荷载下的土基回弹模量E_i值：

<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;pi;DP</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>4</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>u</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式中：E_i——相应于各级荷载下的土基回弹模量(Mpa)；

μ₀——土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；

D——承载板直径750px；

p_i——承载板压力(Mpa)；

L_i——相对于荷载p_i时的回弹变形(cm)；

4)取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法计算土基回弹模量E0值：

<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;pi;D&amp;Sigma;P</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>4</mn> <msub> <mi>&amp;Sigma;L</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>u</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式中：E₀——土基回弹模量(Mpa)；

μ₀——土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；

L_i——结束试验前的各级实测回弹变形值；

p_i——对应于L_i的各级压力值。