CN108842557A

CN108842557A - 一种临时道路路面结构及筑路方法

Info

Publication number: CN108842557A
Application number: CN201810620765.3A
Authority: CN
Inventors: 杨富民; 张松琦; 马荣田; 蔡德钩; 孙成晓; 何军利
Original assignee: Railway Engineering Research Institute of CARS
Current assignee: Railway Engineering Research Institute of CARS
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2018-11-20
Anticipated expiration: 2038-06-15
Also published as: CN108842557B

Abstract

一种临时道路路面结构，从下至上依次包含路床、基层和面层，其中基层是包含有水泥和土壤固化剂的固化土层，面层是由级配碎石构成的碎石层。道路基层利用了土壤固化剂的性质，使土壤固化剂与混合料混合，通过一系列物理化学反应，增大土体的压密程度，使土体成为致密的稳定土层，大幅提高路基的承载能力。土壤固化剂适应性十分广，对土壤、泥土、各种建筑固体废弃物等均能有效固化，适宜于大量回收再利用建筑垃圾。以土壤固化剂形成的固化土层作为道路基层，与传统临时道路相比，本发明的道路基层强度更高、水稳定性和抗干缩性能均被大幅提高，还可减少石灰、水泥、粉煤灰、碎石等传统筑路材料的用量，有效降低道路的修筑成本。

Description

一种临时道路路面结构及筑路方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其是一种临时道路路面结构及筑路方法。

背景技术

临时道路是指为满足勘察与施工需要，方便主体工程建设中材料、机械等运输而修建的临时性道路或便桥。临时道路在主体项目建设完成后需要拆除或复耕，因此临时道路的修建应在最大限度满足工程施工机械、材料进场及调配的基础上，尽可能减少对农田和环境的污染和破坏。

目前国内外应用较多的是石灰加固土和二灰加固土，但是石灰土及二灰土在工程应用上有两个主要缺点：一是早期强度低、整体性差，形成一定强度一般需要七天以上，这对工程工期的安排和节约资金是极为不利的。二是两者的水稳定性和冻稳定性严重不足，在使用期间随着温度和湿度的季节性变化，易产生较多的收缩裂纹，从而引起强度下降。另外，石灰及二灰本身易飞扬，施工中会有大量粉尘，不仅污染环境而且对施工人烟身体健康带来极大危害，同时也是造成了经济上的损失。传统筑路方式设计一般采用路床-水稳层-面层结构设计，水稳层一般采用碎石或水泥-石灰复合材料，修筑时需要大量的石材或石灰，这与建筑垃圾资源化利用要求相背离。同时由于传统筑路材料本身特性，成型后的路面由于材料的高收缩开裂的弊端，容易产生收缩裂纹，降低了基面的耐磨性和耐久性能，影响道路的使用寿命。传统方式筑路在雨季无法施工，基层路面水稳定性差，遇水后承载能力降低幅度明显，增加了鲁米那维修次数，直接增大了过程施工成本。由于临时道路在工程主体完成后需要进行拆除或复耕，传统筑路基面采用大量碎石、石灰等材料，改变了土壤颗粒结构和酸碱度，且在进行长时间碾压后土壤结构板结，对道路复耕造成了难度，施工单位对此一般采用破损、置换土壤方式来满足复耕要求。

20世纪70年代，由于工程建设的需要，针对土壤固化技术，美、德、日等国家进行了深层次的研究开发，取得了突破性的成果，固化土壤的材料由原来单一的水泥、石灰和粉煤灰发展到专门用来固结土壤的新材料—土壤固化剂。土壤固化剂能够克服传统的石灰、水泥和粉煤灰等单一材料的缺点，同时它适用的土壤范围也扩大到绝大部分的土壤类型。目前国内将土壤固化剂技术应用到铁路临时道路路面的修筑的却非常少见。

原因之一可能是由于直接使用土壤固化剂固化的土壤强度达不到临时道路路面的支撑强度的要求，导致土壤固化剂无法直接作为道路路面使用，土壤固化剂在临时道路路面结构的修筑中的应用受到限制。

其二，道路路面结构的设计存在问题，不合理不科学，无法将土壤固化剂固化土合理应用到路面修筑过程中，只能采用常见的夯实地基、铺砂石、表面再整体水泥浇筑路面的方法，导致临时道路路面的修筑成本过高、废弃物利用率低、路面维修次数多、水泥筑路使用完成后复耕还农难度大等一系列问题。

其三、现有的土壤固化剂有很多不足之处，有很大的完善空间。比如奥特塞特固化剂对其固化土体的水稳定性和强度的还有待加强工；ISS (IonicSoilStabilizer,简称ISS)土壤固化剂固化膨胀土，在不使用石灰的情况下，产生的强度很低。国产的固化剂一般属于固体粉状土壤固化剂，大多都是从水泥的加固机理出发，通过在各种基质材料中添加其它特殊的高分子材料，如激发剂、早强剂和保水剂等以达到提高土体的工程特性的目的。粉体土壤固化剂存在均匀度差、均匀度难以控制、易结块、细度和性质不一致等问题。而现有的液体型土壤固化剂(如中国专利申请 CN104694133A、CN105038806B)存在水稳性较差，含有硫酸等无机酸或呈酸性的盐类，呈强酸性，不仅对操作人员带来很大的危险性，同时强酸性对将来恢复种植土壤非常不利，具有环境破坏性，也与当前提倡的建设“资源节约、环境友好”发展要求不符。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种临时道路路面结构及筑路方法，高值化和规模化综合再利用大量建筑垃圾等固体废弃物，满足临时道路路面的使用要求，减少路面维修次数，对环境无破坏，工程使用完成后可复耕还农等特点。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种临时道路路面结构，从下至上，依次包含：路床、基层和面层，其中所述基层是包含有水泥和土壤固化剂的固化土层，所述面层是由级配碎石构成的碎石层。

优选地，所述基层包括两层相邻的上层固化土层和下层固化土层，所述上层固化土层中土壤固化剂和水泥的质量百分含量均不低于所述下层固化土层中土壤固化剂和水泥的质量百分含量。

优选地，所述下层固化土层中含有：按照质量分数计，47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、1％～3％水泥和0.01％～0.02％的土壤固化剂。

优选地，所述上层固化土层中含有：按照质量分数计，47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、3％～5％的水泥和0.02％～0.03％的土壤固化剂。

优选地，所述下层固化土层的厚度为15cm～30cm，所述上层固化土层的厚度为15cm～25cm。

优选地，所述面层是由粒径5cm～10cm连续级配碎石构成的碎石层，所述面层的厚度为5cm～10cm。

优选地，所述下层固化土层的厚度为25cm，所述上层固化土层的厚度为20cm，所述面层厚度为10cm。采用该厚度的组配可使道路使用性能和成本达到最优。

本发明还提供一种临时道路路面结构的筑路方法，包括：

S1:路床整理；

S2：在所述路床之上铺设下层固化土层混合料并碾压平实，碾压密实度大于90％，形成下层固化土层；

所述下层固化土层混合料包含按照质量分数计：47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、1％～3％的水泥和0.01％～0.02％的土壤固化剂；

S3:在所述下层固化土层之上铺设上层固化土层混合料并碾压平实，碾压密实度大于95％，形成上层固化土层；

所述上层固化土层混合料包含按照质量分数计：47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、3％～5％的水泥和0.02％～0.03％的土壤固化剂。

S4:在所述上层固化土层之上铺设粒径5cm～10cm连续级配碎石，形成面层；

S5：洒水养护不少于7天。

优选地，在进行步骤S2、S3、S4之前，还包括取样、拌制的步骤：即按照所需要的配比选择各组分，采用路拌法或厂拌拌制而成。

其中，步骤S2、S3中所述的土壤固化剂优选为，包含按质量份数计：磺化油30～100份；醇胺10～40份；多元醇10～80份；聚阴离子纤维素 0.1～0.5份；水50～100份。优选地，所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺。优选地，所述多元醇为乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇和甘油的一种或者几种。优选地，所述磺化油为磺化蓖麻油。

前述土壤固化剂为液体型弱碱性土壤固化剂，故使用更安全，更加有利于环境的保护。前述土壤固化剂与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，在压实功(约10kN压力)的作用下，使固化土易于压实和稳定,从而形成整体结构，并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大的提高，从而延长了道路的使用寿命，节省了工程维修成本，经济环境效益俱佳。经所述土壤固化剂处理的固化土层7天无侧限抗压强度达到3.5Mpa左右，凝结时间影响系数比109.2％，无侧限抗压强度比140.1％，水稳定系数比117.7％。

其中，建筑垃圾固体废弃物是在对建筑物实施新建、改建、扩建或者是拆除过程中产生的固体废弃物。在本申请中主要是指废砖、瓦、混凝土块。

本发明的技术效果包括：

1)本发明提供的临时道路路面结构选用合理的材料并对各层进行合理排布，使各层材料均能发挥其性能优势。作为面层的级配碎石层的抗滑耐磨性能，可保护基层，使面层以下的基层的耐久性能得到大大加强。

2)本发明的基层为包含有水泥和土壤固化剂的固化土层，利用了土壤固化剂的性质，土壤固化剂能够快速显著地改善土壤的力学性质。土壤固化剂与混合料混合后，通过一系列物理化学反应，能够增大土体的压密程度，使土体成为致密的稳定土层，大大提高了路基承载能力。土壤固化剂在施工中具有使用方便、施工工艺简单等特点，同时可替代大量的石灰、水泥、粉煤灰、碎石等传统筑路材料，故可有效降低道路的修筑成本。土壤固化剂适应性十分广泛，对粉状土壤、沙子、泥土，建筑粉料等材料均能有效固化。使用土壤固化剂形成的固化土层作为道路基层，与传统筑路方式相比，本发明道路的基层强度更高、水稳定性和抗干缩性能均得到大幅度提高，主要体现在：①固化作用持续有效、土壤将得到永久固化。②优良的抗裂性能：土壤固化剂使得土壤颗粒间的自由水排除，颗粒间的抗拉、抗弯性能和土壤的抗收缩和开裂能力得到了加强。③良好的水稳性能：土壤固化剂破坏了土壤的毛细管结构，可阻止水分进入土体当中，从而提高了承载能力，最终可延长路面的使用寿命。④优越的抗冻性能：土壤固化剂制备的固化土形成整体板块，道路结构中的自由水分减少，冻胀压力也随之减小，抗冻性能得到了提高。 ⑤较好的强度与刚度：使用土壤固化剂形成的固化土层能够有效地降低道路的弯沉、提高土基的回弹模量。

3)本发明使用了大量的建筑固体废弃物，降低了整体的筑路成本，能够使建筑垃圾的再生利用率达到95％以上，符合《公路路面基层施工技术规范》(JTJ304-2000)相关规范的要求，既能节能减排，保护环境，又可减少新石材的开采和消耗，节约了建设资金。建筑固体废弃物为是在对建筑物实施新建、改建、扩建或者是拆除过程中产生的固体废弃物，故适用于雨季施工，且可缩短工期，对于促进和提高建筑垃圾资源化利用水平有着十分重要的意义。

4)本发明使用的土壤固化剂为一种液体型弱碱性土壤固化剂，使用更安全，有利于环境的保护和复耕还农。且经所述土壤固化剂处理的固化土层7天无侧限抗压强度达到3.5Mpa左右，凝结时间影响系数比 109.2％，无侧限抗压强度比140.1％，水稳定系数比117.7％，满足临时道路路面的要求，减少路面维修次数。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的临时道路路面结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的临时道路路面结构的筑路流程图。

【附图标记说明】

10临时道路路面结构、11路床、12路基、121上层固化土层、122 下层固化土层、13面层。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示为，本发明较佳实施例的临时道路路面结构示意图。该临时道路路面结构10，从下至上依次包含路床11、基层12和面层13。基层12是包含有水泥和土壤固化剂的固化土层，面层13是由级配碎石构成的碎石层，优选为采用由粒径5cm～10cm连续级配碎石构成的碎石层。如图1所示，基层12包括两层相邻的上层固化土层121和下层固化土层122，上层固化土层121中土壤固化剂和水泥的质量百分含量均高于或等于下层固化土层122中土壤固化剂和水泥的质量百分含量。

水泥在固化土层(上、下层固化土层121和122)中主要起到联结作用，通过水泥颗粒将分散的土壤颗粒连接成一个整体。土壤颗粒本身是一种惰性材料，是没有活性的，土壤固化剂作用于水泥颗粒，激发水泥的活性来提高固化土层的强度，同时土壤固化剂是一种憎水剂，作用于水泥颗粒表面后导致和水泥颗粒联结的土壤颗粒也是憎水的，在进行碾压后混合料中的水分可排除，提高了固化土层的水稳定性，且进行碾压后固化土层是一个整体，物理表征也是憎水的。其中，下层固化土层122 中含有：按照质量分数计，47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、1％～3％水泥和0.01％～0.02％的土壤固化剂；上层固化土层121 中含有：按照质量分数计，47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、3％～5％的水泥和0.02％～0.03％的土壤固化剂。进一步地，下层固化土层122的厚度为15cm～30cm，上层固化土层121的厚度为 15cm～25cm，面层厚度为5cm～10cm。更优选地，下层固化土层122的厚度为25cm，上层固化土层121的厚度为20cm，面层13厚度为10cm。采用该厚度的组配可使道路使用性能和成本达到最优。

如图2所示，为制作图1所示实施例的临时道路路面结构的筑路方法流程图，包括：

S1:路床整理：包括除杂草、大块岩石、填坑等平整路床的处理，以便为铺设路基做准备。

S2：在路床11之上铺设下层固化土层混合料并碾压平实，碾压密实度大于90％，形成下层固化土层122。

在铺设下层固化土层混合料之前，需要按质量分数计47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、1％～3％的水泥、0.01％～0.02％的土壤固化剂的组分要求进行取样、选料、混合、拌制。其中还包括选择最为适合的土壤固化剂。可通过小规模的取料和拌制，并搭配不同的土壤固化剂进行实验，选择无侧限抗压强度满足临时道路路基的需求，且凝结时间影响系数比、无侧限抗压强度比、水稳定系数比等各指标均较优的土壤固化剂。混合料中的土壤一般都是就地取材的土壤，如整理路床产生的土壤等。

S3:在下层固化土层122之上铺设上层固化土层混合料并碾压平实，碾压密实度大于95％，形成上层固化土层121。

在铺设上层固化土层混合料之前，需要按照质量分数计47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、3％～5％的水泥和0.02％～0.03％的土壤固化剂的组分要求进行取样、选料、混合、拌制。其中还包括选择最为适合的土壤固化剂。可通过小规模的取料和拌制，并搭配不同的土壤固化剂进行实验，选择无侧限抗压强度满足临时道路路基的需求，且凝结时间影响系数比、无侧限抗压强度比、水稳定系数比等各指标均较优的土壤固化剂。混合料中的土壤一般都是就地取材的土壤，如整理路床产生的土壤等。

S4:在上层固化土层121之上铺设粒径5cm～10cm连续级配碎石，形成面层13。

S5：对步骤S4完成的临时道路路面进行洒水养护，不少于7天。

进一步地，步骤S2和步骤S3中，拌制下层固化土层122混合料和拌制上层固化土层121混合料时，使用的土壤固化剂包含以下组分：按质量份数计：磺化油30～100份；醇胺10～40份；多元醇10～80份；聚阴离子纤维素0.1～0.5份；水50～100份。优选地，所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺。优选地，所述多元醇为乙二醇、1，2-丙二醇、1， 4-丁二醇、新戊二醇和甘油的一种或者几种。优选地，所述磺化油为磺化蓖麻油。

上述土壤固化剂为一种液体型弱碱性土壤固化剂，不存在均匀度差、结块、细度和性质一致性差等问题，且若碱性的制剂，使用更安全，对环境破坏性小。土壤固化剂与土壤混合后通过一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，在压实功(约10kN压力)的作用下，使固化土易于压实和稳定,从而形成整体结构，并达到常规所不能达到的压密度。经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等性能都得到了很大的提高，从而延长了道路的使用寿命，节省了工程维修成本，经济环境效益俱佳。且经实验验证发现，该土壤固化剂处理的固化土层7天无侧限抗压强度达到3.5Mpa左右，凝结时间影响系数比109.2％，无侧限抗压强度比140.1％，水稳定系数比117.7％。

实施例1

S2:将4700质量份的建筑垃圾固体废弃物、5000质量份的土壤、298 质量份的水泥、2质量份的奥特塞特土壤固化剂混合，厂拌法拌合成下层固化土混合料。在路床11之上铺设该混合料并碾压平实，碾压密实度 91％，形成下层固化土层122。

S3:将5000质量份的建筑垃圾固体废弃物、4500质量份的土壤、497 质量份的水泥、3质量份的奥特塞特土壤固化剂混合，厂拌法拌合成上层固化土混合料。在下层固化土层122上铺设上层固化土混合料，碾压密实度96％，形成上层固化土层121。

S4:在上层固化土层121之上铺设粒径5cm～10cm连续级配碎石，形成面层13，铺设厚度为10cm。

实施例2

S2:将4800质量份的建筑垃圾固体废弃物、5000质量份的土壤、199 质量份的水泥、1质量份的一种新型土壤固化剂混合，厂拌法拌合成下层固化土混合料。在路床11之上铺设该混合料并碾压平实，碾压密实度 92％，形成下层固化土层122。

S3:将5100质量份的建筑垃圾固体废弃物、4300质量份的土壤、400 质量份的水泥、2质量份的一种新型土壤固化剂混合，厂拌法拌合成上层固化土混合料。在下层固化土层122上铺设上层固化土混合料，碾压密实度96％，形成上层固化土层121。

该新型土壤固化剂的组分为：

按照上述配料，先将聚阴离子纤维素溶于水中，再将磺化油溶于前述溶液中并搅拌，最后将醇胺、多元醇加入前述溶液中，搅拌或超声波等均质化处理，制得一种新型的液体型土壤固化剂。

根据标准CJ/T486-2015《土壤固化外加剂》对所述新型的液体型土壤固化剂进行能够性能检测，经该新型的液体土壤固化剂处理的固化土层，7天无侧限抗压强度达到3.5～3.6Mpa左右，凝结时间影响系数比 109.2％以上，无侧限抗压强度比140.1％以上，水稳定系数比最高达 117.7％，均达到相关标准规范要求，能给临时道路路基带来优良性能，满足临时道路路面的使用要求，减少路面维修次数。

Claims

1.一种临时道路路面结构，其特征在于，从下至上依次包含：路床、基层和面层，其中所述基层是包含有水泥和土壤固化剂的固化土层，所述面层是由级配碎石构成的碎石层。

2.根据权利要求1所述的临时道路路面结构，其特征在于，所述基层包括两层相邻的上层固化土层和下层固化土层，所述上层固化土层中土壤固化剂和水泥的质量百分含量均不低于所述下层固化土层中土壤固化剂和水泥的质量百分含量。

3.根据权利要求2所述的临时道路路面结构，其特征在于，所述下层固化土层中含有：按照质量分数计，47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、1％～3％水泥和0.01％～0.02％的土壤固化剂。

4.根据权利要求3所述的临时道路路面结构，其特征在于，所述上层固化土层中含有：按照质量分数计，47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、3％～5％的水泥和0.02％～0.03％的土壤固化剂。

5.根据权利要求1所述的临时道路路面结构，其特征在于，所述下层固化土层的厚度为15cm～30cm，所述上层固化土层的厚度为15cm～25cm。

6.根据权利要求1所述的临时道路路面结构，其特征在于，所述面层是由粒径5cm～10cm连续级配碎石构成的碎石层，所述面层的厚度为5cm～10cm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的临时道路路面结构，其特征在于，所述下层固化土层的厚度为25cm，所述上层固化土层的厚度为20cm，所述面层厚度为10cm。采用该厚度的组配可使道路使用性能和成本达到最优。

8.一种临时道路路面结构的筑路方法，其特征在于，所述筑路方法包括：

S1：路床整理；

S2：在所述路床之上铺设下层固化土层混合料并碾压平实，碾压密实度大于90％，形成下层固化土层；所述下层固化土层混合料包含按照质量分数计：47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、1％～3％的水泥和0.01％～0.02％的土壤固化剂；

S3:在所述下层固化土层之上铺设上层固化土层混合料并碾压平实，碾压密实度大于95％，形成上层固化土层；所述上层固化土层混合料包含按照质量分数计：47％～54％的建筑垃圾固体废弃物、40％～50％的土壤、3％～5％的水泥和0.02％～0.03％的土壤固化剂；

S5：洒水养护不少于7天。

9.根据权利要求8所述的筑路方法，其特征在于，在进行步骤S2、S3、S4之前，还包括取样、拌制的步骤：即按照所需要的配比选择各组分，混合并拌制而成。

10.根据权利要求8所述的筑路方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3中使用的土壤固化剂，其包含按质量份数计：磺化油30～100份；醇胺10～40份；多元醇10～80份；聚阴离子纤维素0.1～0.5份；水50～100份。