CN108191309B

CN108191309B - 一种改性路基粉砂土及利用其进行路基填筑的方法

Info

Publication number: CN108191309B
Application number: CN201711406929.4A
Authority: CN
Inventors: 刘丽; 刘宁; 邓永锋; 蔺亚敏; 刘青云
Original assignee: Qinghai Transportation Planning And Design Institute Co Ltd; Southeast University
Current assignee: Qinghai Transportation Planning And Design Institute Co Ltd; Southeast University
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108191309A

Abstract

本发明提出一种改性路基粉砂土及利用其进行路基填筑的方法，该改性粉砂土中包含粉砂土、水泥、聚丙烯酰胺和水，其中水泥为粉砂土质量的3％～8％，聚丙烯酰胺为粉砂土质量的0.002％～0.005％，水为粉砂土质量的5.6％～16％。利用其进行路基填筑的方法如下：1)按比例在路基粉砂土中掺入水泥，干拌均匀后按比例在混合料中加入聚丙烯酰胺溶液，搅拌均匀得到改性路基粉砂土；2)将改性路基粉砂土铺设在路基上，分层碾压均匀；3)全部碾压完毕后，铺设路面。本发明利用聚丙烯酰胺和水泥改性路基粉砂土，两者结合有效提高粉砂土的粘聚力、抗冲刷和磨损能力，提高路基路面的强度和稳定性，满足其安全舒适要求。

Description

一种改性路基粉砂土及利用其进行路基填筑的方法

技术领域

本发明涉及一种改性路基粉砂土及利用其进行路基填筑的方法，属于土木工程和交通运输工程路基处理技术领域。

背景技术

随着我国西部大开发战略的推进，荒漠地区公路修筑里程日益增长，且修建等级不断提高。在青海省内，为了实现东西部的交通贯通，同时也为了提高青海省与其他省份间的交通运输能力，在近几年间修建了大量的荒漠地区公路，这些公路的共同特点就地取材，施工工艺简单可行，养护方便，因而造价低，具有很好的适应性。但是由于特殊的地理位置和气候条件，这些公路的路基大部分是粉土、砂土，这些土的主要特点是颗粒细小，含水率低，粘聚力小，抗剪强度，压缩性能等工程性质比较差。路基主要病害有：地质不良、路基边坡亏损。路面主要病害有面层老化(剥落、麻面)、网裂、沉陷、坑槽、拥抱等；因此为了保证施工工程中以及后期运营中路基路面的安全性和行车舒适性，需要进行相应的路基处理。对于这种路基路面破坏常采用的办法是维持现有技术标准和平纵面基本不变，以整治路基、路面病害，完善路基排水防护设施，强化路面结构为主，不能满足耐久性的要求，因此需要经常维修，所消耗的成本比较高。

在工程实践中，为了解决砂土路基稳定性差和强度低的问题，一些学者专家也对此进行了研究和创新，如孙恒虎(公开号CN1273222)提出以高炉水淬矿渣、钢渣、沸腾炉渣、石膏、石灰、石灰石、粘土为主要原料，再加入少量的添加剂共同粉磨制成的一种粉状物料用于矿井充填、支护、路基加固，但是在荒漠区高炉水淬矿渣、钢渣、沸腾炉渣等原材料不易获取，成本比较高；许年春(公开号CN105951709A)提出一种利用盐类溶解度温变性加固砂土的方法，将加温至沸腾的饱和CaCl₂溶液倒入砂土，接着缓慢倒入Na₂CO₃溶液，利用化学反应生成CaCO₃沉淀在砂粒间接触处，将砂土粘接在一起，使松散的砂土固化成一个整体。这种方法施工工艺复杂，耗时长，并且成本也较高。

本发明以加固粉砂土地基，增强路基强度和稳定性、简化施工工艺、缩短施工耗时、增强耐久性、降低工程造价等为出发点，提出一种新型的粉砂土路基加固的方法：利用聚丙烯酰胺加水泥改性粉砂土路基技术，其能有效的解决上述问题，具有重要的工程实用价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种改性路基粉砂土及利用其进行路基填筑的方法，本发明利用聚丙烯酰胺和水泥改性路基粉砂土，两者结合可以有效提高粉砂土的粘聚力、抗冲刷和磨损能力，以提高路基路面的强度和稳定性，满足其安全舒适要求，提高路基路面的使用寿命。

技术方案：本发明提供了一种改性路基粉砂土，该改性粉砂土中包含粉砂土、水泥、聚丙烯酰胺和水，其中水泥的掺量为粉砂土质量的3％～8％，聚丙烯酰胺的掺量为粉砂土质量的0.002％～0.005％，水为粉砂土质量的5.6％～16％。

其中：

所述的粉砂土为风积沙；所述的水泥为32.5#水泥、32.5R#水泥、42.5#水泥、42.5R#水泥、52.5#水泥或52.5R#水泥中的一种。

1)按比例在粉砂土中掺入水泥，干拌均匀后按比例在混合料中加入聚丙烯酰胺溶液，搅拌均匀得到改性路基粉砂土；

2)将改性路基粉砂土铺设在路基上，分层碾压均匀；

3)全部碾压完毕后，铺设路面。

其中：

步骤1)所述得到改性路基粉砂土的具体过程为先向搅拌机内依次加入粉砂土、水泥，在搅拌频率为20～50Hz条件下搅拌3～5min，之后加入聚丙烯酰胺溶液，继续拌和2～30min，得到改性路基粉砂土。

步骤3)所述的分层碾压均匀过程为当下一层碾压均匀达到最大干密度后，再铺设上一层，依次进行直到铺设完成。

根据施工现场粉砂土的级配和强度，进一步调控水泥和聚丙烯酰胺用量，满足不同路基加固与承载的需求。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明利用聚丙烯酰胺和水泥改性路基粉砂土，首次将聚丙烯酰胺引用到粉砂土路基加固工程中，施工方法简易，不需要复杂的施工工艺和大型设备；

(2)本发明利用聚丙烯酰胺和水泥改性路基粉砂土，能有效的增强粉砂土的粘聚力，提高路基承载力和稳定性，保证路面的行车舒适性，同时需要的聚丙烯酰胺和水泥量比较少，经济实惠；

(3)本发明利用聚丙烯酰胺和水泥改性路基粉砂土，能够有效提高路基的抗磨损和冲刷性能，降低粉砂土的渗透性，对于西北地区常年风力较大、雨水少、但有暴雨的气候条件下具有很好的适用性，并且能够提高路基路面的耐久性。

附图说明

图1为聚丙烯酰胺和水泥对土样干密度和含水率的影响；

图2为经聚丙烯酰胺和水泥处理与未经处理土样无侧限抗压强度的对比；

图3为经聚丙烯酰胺和水泥处理与未经处理土样渗透系数的对比；

图4为经聚丙烯酰胺和水泥处理与未经处理土样抗磨损性能对比；

图5为经聚丙烯酰胺和水泥处理与未经处理土样抗冲刷性能对比。

具体实施方式

针对粉砂土松散、粘聚力小，以及抗暴雨冲刷和磨损的能力差，作为路基不能满足强度和稳定性的要求，本发明利用聚丙烯酰胺和水泥改性粉砂土，充分利用聚丙烯酰胺这一特殊材料的特殊性质：水溶性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力；水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起；将两者结合利用到加固粉砂土，提高粉砂土的粘聚力、抗冲刷和磨损能力，以提高路基路面的强度和稳定性，满足其安全舒适要求，提高路基路面的使用寿命。

实施例1

选用三种不同颗粒级配的粘土、砂土、碎石的混合土，其物性指标如表1所示。制备的改性路基粉砂土中的42.5#水泥掺量为粉砂土质量的3％，聚丙烯酰胺的掺量为粉砂土质量的0.002％，根据土样的最优含水率制样，压制至最大干密度，25℃±3℃养护7天，进行无侧限抗压强度试验，渗透系数试验，冲刷和磨损试验。

表1 土样基本物理指标

改性路基粉砂土样的干密度与含水率之间的关系如图1所示，从图中可知，经聚丙烯酰胺加水泥处理过与未经处理的土样A最大干密度增大约1.3％，土样B和C增大约1.0％，说明经聚丙烯酰胺和水泥加固后的土样A更容易密实，这和因为聚丙烯酰胺能降低液体的摩擦阻力有关，并且这种作用对于粉砂土比粘性土效果更好。

改性路基粉砂土样的土壤无侧限抗压强度结果如图2所示，从图可知，经过聚丙烯酰胺加水泥处理的三种土的无侧限抗压强度都有所提高，其中土样A提高的幅度最大，约有26.8％，土样B次之约有19.4％，土样C最少为11.6％。这一特征与土样中碎石含量正好吻合，说明聚丙烯酰胺和水泥对粘聚力小的土样效果更明显，这也说明适合用于粉砂土，能够大大提高粉砂土的粘聚力。

改性路基粉砂土样的土壤渗透系数的试验结果如图3所示，发现经过处理的三种土样的渗透系数都有所降低。

改性路基粉砂土样的抗磨损和冲刷试验结果如图4、5所示，对比发现三种经土聚丙烯酰胺加水泥处理与未经处理的抗磨损性能差别很大，特别是随着磨损的次数增多，经过聚丙烯酰胺和水泥处理的土样比未经处理土样损耗的质量差别更明显，这说明随着磨损的增多，聚丙烯酰胺和水泥处理的土样抗磨损的优势更明显，对于冲刷试验结果，经过聚丙烯酰胺和水泥处理的三种土样与未经处理的土样差别更大，对于土样A处理过的土样比未经处理土样的冲刷量减少最多为94.5％，土样B和C次之，分别为79.3％和70.9％，说明这种处理方法对于粉砂土的效果比粘性土更好。

一种改性路基粉砂土进行路基填筑的方法，包括以下步骤：

1)按粉砂土质量的3％在路基粉砂土中掺入42.5#水泥，在40Hz条件下搅拌3min搅拌均匀得到混合料；

2)按粉砂土质量的0.002％选取聚丙烯酰胺，溶于水中后加入混合料中，继续搅拌均匀得到改性路基粉砂土，其中含水量根据粉砂土的最优含水率确定为5.6％；

3)将步骤2)得到的改性路基粉砂土分层均匀铺设在路基上，当下一层碾压均匀达到最大干密度后，再铺设上一层，依次进行直到铺设完成；

4)当改性路基粉砂土全部碾压完毕后，铺设路面。

实施例2

一种改性粉砂土，该改性粉砂土中包含粉砂土、32.5#水泥、聚丙烯酰胺和水，其中水泥的掺量为粉砂土质量的8％，聚丙烯酰胺的掺量为粉砂土质量的0.005％，水为粉砂土质量的8.5％。。

一种改性路基粉砂土进行路基填筑的方法，包括以下步骤：

1)按粉砂土质量的8％在路基粉砂土中掺入32.5#水泥，在35Hz条件下搅拌4min搅拌均匀得到混合料；

2)按粉砂土质量的0.005％选取聚丙烯酰胺，溶于水中后加入混合料中，继续搅拌均匀得到改性路基粉砂土，其中含水量根据粉砂土的最优含水率确定为8.5％；

4)当改性路基粉砂土全部碾压完毕后，铺设路面。

实施例3

一种改性粉砂土，该改性粉砂土中包含粉砂土、52.5R#水泥、聚丙烯酰胺和水，其中水泥的掺量为粉砂土质量的4％，聚丙烯酰胺的掺量为粉砂土质量的0.003％，水为粉砂土质量的12.5％。

一种改性路基粉砂土进行路基填筑的方法，包括以下步骤：

1)按粉砂土质量的4％在路基粉砂土中掺入52.5R#水泥，在20Hz条件下搅拌5min搅拌均匀得到混合料；

2)按粉砂土质量的0.003％选取聚丙烯酰胺，溶于水中后加入混合料中，继续搅拌均匀得到改性路基粉砂土，含水量根据粉砂土的最优含水率确定为12.5％；

3)将步骤2)得到42.5R#水泥分层均匀铺设在路基上，当下一层碾压均匀达到最大干密度后，再铺设上一层，依次进行直到铺设完成；

4)当改性路基粉砂土全部碾压完毕后，铺设路面。

实施例4

一种改性粉砂土，该改性粉砂土中包含粉砂土、42.5R#水泥、聚丙烯酰胺和水，其中水泥的掺量为粉砂土质量的6％，聚丙烯酰胺的掺量为粉砂土质量的0.004％，水为粉砂土质量的16％。

一种改性路基粉砂土进行路基填筑的方法，包括以下步骤：

1)按粉砂土质量的6％在路基粉砂土中掺入42.5R#水泥，在50Hz条件下搅拌3min搅拌均匀得到混合料；

2)按粉砂土质量的0.004％选取聚丙烯酰胺，溶于水中后加入混合料中，继续搅拌均匀得到改性路基粉砂土，其中含水量根据粉砂土的最优含水率确定为16％；

4)当改性路基粉砂土全部碾压完毕后，铺设路面。

Claims

1.一种改性路基粉砂土，其特征在于：该改性粉砂土中包含粉砂土、水泥、聚丙烯酰胺和水，其中水泥的掺量为粉砂土质量的3%～8%，聚丙烯酰胺的掺量为粉砂土质量的0.002%～0.005%，水为粉砂土质量的5.6%～16%；

其中水泥为32.5#水泥、32.5R#水泥、42.5#水泥、42.5R#水泥、52.5#水泥或52.5R#水泥中的一种；

改性路基粉砂土进行路基填筑的方法包括以下步骤：

1）按比例在粉砂土中掺入水泥，干拌均匀后按比例在混合料中加入聚丙烯酰胺溶液，搅拌均匀得到改性路基粉砂土；

2）将改性路基粉砂土铺设在路基上，分层碾压均匀；

3）全部碾压完毕后，铺设路面；

其中步骤1）所述得到改性路基粉砂土的具体过程为先向搅拌机内依次加入粉砂土、水泥，在搅拌频率为20～50Hz条件下搅拌3～5min，之后加入聚丙烯酰胺溶液，继续拌和2～30min，得到改性路基粉砂土；

步骤3）所述的分层碾压均匀过程为当下一层碾压均匀达到最大干密度后，再铺设上一层，依次进行直到铺设完成。