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道路路基土壤强固剂
技术领域
本发明涉及一种用于道路铺筑的工程材料，尤其涉及道路路基道路路基土壤强固剂。
背景技术
道路的损坏主要与水侵害有关。在阴雨天气过多时水分使土壤膨化过渡，以至变软甚至变成液态，道路因路基失掉稳定性而遭到彻底破坏。目前的工程技术需以高pH值并使用碱化过程处理土壤以达到固化或强化的功效，基体施工的方法有级配料工法和二灰/三灰工法及水泥稳定工法。
级配料工法需挖除并运弃现场50～60cm厚的土壤，铺筑价值昂贵的砂石级配料，这种路基的压实时间极长，施工期长，因基层品质不良，致使AC面层需要经常刨除换新，维修费高，而且容易因为材料中水分含量的多寡造成体积的膨胀或收缩，此外来回运送废弃土及砂石级配料，造成环境污染，高载重量车辆往返运输，对既有道路产生严重破坏，更对日渐频繁的交通量造成极大的冲击，所付出之社会成本更无法估计。
二灰/三灰工法不论是二灰底基层或三灰基层，对于土壤之选择皆甚为严格，需要废弃不适合作为道路基层材料的现场土壤，拌和费时，施工程序复杂，滚压时间长，这些都导致了铺筑成本较高，并且由于气候变化及交通量的激增以及材料中水分的变化与体积的膨胀收缩等问题，将导致后期维修经费也比较高昂。同时庞大二灰基层或三灰底基层的材料处理的过程中极易产生灰尘，严重地影响了环境。
目前国内修建道路大多采取水泥稳定工法，使用水泥稳定工法处理路基时，必须挖除并运弃现场50～60cm厚的土壤，铺筑机轧碎石和水泥粉煤灰和砂的拌和料，而开采碎石本身对河川和环境产生极大的破坏，且使用水泥和粉煤灰处理的三和料无法再回收利用，对于水泥的碱化过程处理亦直接污染了下层的土壤，再加上运弃工程现场的土壤和运来三和料的高载重车辆在已经开放交通的道路上来回行驶，对既有的道路更产生了极大的冲击，加速现有道路的破坏。
本发明的目的在于提供一种道路路基土壤强固剂，它能利用工程现场土壤，并在其对土壤发生反应压实后成为坚实的路基。
本发明提供的这种道路路基土壤强固剂，按重量百分比计包括如下成份：2％～10％的聚丙烯酸钠、2％～10％的聚丙酰胺、2％～10％的聚丙酰胺共聚物、2％～10％聚乙烯醇、2％～10％的铝酸钠、50％～90％的蒸馏水。
本发明道路路基土壤强固剂使用时直接洒在刨松整平的现场土壤上，然后经拌和后再压实即可成为坚实的路基。
本发明是以低pH值而非碱化过程来达到稳定土壤。在土壤中只有粘土是经过矿物学变化的矿石晶体的颗粒，称为胶体。粘土的结构是八面体或四面体的从格型结构，这种构分子使它们的颗粒表面产生静电荷，静电荷的平衡方式是负电荷主要在里面而正电荷主要在外缘。这些静电荷使水分子的电极产生静电力吸引，将水分子吸附在颗粒表面。
当本发明土壤强固剂与土壤产生作用时，因其具有带负电的羧酸根离子，与粘土颗粒表面的正离子中和，达到离子交换的作用，消除土壤颗粒表面的静电引力，使黏土由亲水性变为疏水性，进而将土壤颗粒外围的吸附的水分子置换成为游离水，使土壤颗粒表面失去了对水的静电吸附力，同时产生络合反应，生成不溶于水的络合物，在反应初期具有粘性和润滑性，因此可以较小的机械压力将水分排除，而土壤的压实度(压密度)将迅速地提高，再经过蒸发的动作使得土壤的合水量下降，土壤的强度将逐渐上升，并且不再形成吸附水，土壤颗粒与颗粒间将产生极大的摩擦阻力，使得土壤的强度足以承受各种的交通量及载重，当土壤的压密度超过95％时，经过本发明土壤强固剂处理后后的路基层将不会有沉陷之虑，且因为不可逆的化学反应作用，将使得处理后的路基层历久弥新，大大地减少日后的维护费用及日渐沉重的交通量。
本发明能降低多数土壤的塑性指数，在雨季或春天解冻期，它限制多数水分进入道路基层土壤结构中；在脱水干燥期，它也降低了水分脱离的速度。能使道路基层土壤的粒料成一体，缓和了水的侵蚀。
本发明具有如下优点：能消除土壤间的静电吸引力，排除颗粒间的吸附水；增加土壤颗粒间的摩擦阻力，结合土壤粒料成一体，提高土壤的抗压强度，使经过土壤强固剂处理过后的土壤形成一个人造沉积岩板块；降低土壤的塑性指数并消除底层之滑动，达到离子交换的作用，消除土壤颗粒表面的静电引力，达到快速去除土壤中的吸附水问题；平衡稳定土壤的含水率，能抵抗潮湿、防止冰冻伤害、阻止膨胀破坏及消除含水量饱和致使路基损坏的因素，减少孔隙，使处理过后的土壤结构形成不透水层或几乎不透水；快速得到要求的压密度，减少滚压动作，缩短施工时间，提早实现道路的经济价值；与土壤的化学反应是不可逆的，以土壤强固剂建造的道路坚固、耐久、有弹力、能承受高载重及频繁的交通及震动，使处理过后的路基土壤历久弥新；工程费用低，无须使用碎石级配料，建造道路不必废弃现场土壤，没有废弃土；提高道路建设施速度与品质，降低道路施工费用及维护费用；符合环保要求，不破坏环境，减少施工中的尘土飞扬，延长道路使用年限。
具体实施方式
用重量百分比为2％～10％的聚丙烯酸钠、2％～10％的聚丙酰胺、2％～10％的聚丙酰胺共聚物、2％～10％聚乙烯醇、2％～10％的铝酸钠、50％～90％的蒸馏水进行混合搅拌便得到本发明道路路基土壤强固剂。
实施方式一
本发明较好的一种配比是：按重量百分比计取3％的聚丙烯酸钠、3％的聚丙酰胺、2％的聚丙酰胺共聚物、3％的聚乙烯醇、3％的铝酸钠、86％的蒸馏水进行混合搅拌。
在本发明的范围内发明人配制了一批道路路基土壤强固剂，见表一。
表一：

  成份  实施方式二  (重量％)  实施方式三  (重量％)  实施方式四  (重量％)  实施方式五  (重量％)  实施方式六  (重量％)  聚丙烯酸钠  5  7  10  2  10  聚丙酰胺  5  10  5  2  10  聚丙酰胺共聚物  3  7  5  2  10
  聚乙烯醇  3  10  10  2  10  铝酸钠  5  2  2  2  10  蒸馏水  79  64  68  90  50
使用本发明道路路基土壤强固剂的施工程序及步骤：
1.现场取样土壤测试：
1.1土壤分类测试：
依照ASTM D2487-83《工程用途之土壤分类试验法(统一分类法)》确定现场土壤之分类，以决定本发明土壤强固剂之使用量，见表二。
表二：
  AASHT分类  统一土壤分类  处理土方m³  备注  A-1-a  GW  5～8  适当添加粘土质土壤效果更佳  A-1-b  GP  5～8  同上  A-2-4~6  GM  3～5  A-2-5  GC  3～8  A-2-5  SW  4  适当添加粘土质土壤效果更佳  A-4  SP  3～4  同上  A-4  SM  3～4  A-4  SC  3～4  A-4  ML  3～4  适当添加砾石土壤效果更佳  A-6  CL  3～4  同上  A-4  OL  4  同上  A-5  MH  4  同上  A-7  CH  4  同上  A-5  OH  4  同上  --  Pt  --  泥炭土及高有机土须做试验
1.2现场土壤含水量测试：
ASTM D2216或AASHTO T265[实验室土壤含水量测定法]。
1.3土壤最佳含水量及最大干密度测试：
ASTM D698或AASHTO T99(以5.5磅夯锤，落距12寸，决定土壤含水量与密度关系试验法)。
上述土壤最佳含水量及现场土壤含水量之差即为土壤强化剂之稀释用水量。
2.本发明道路路基土壤强固剂的配比
2.1将土壤强固剂以土壤干土重的万分之二(2/10000)比例加入经试验室试验后土壤所需达到最佳含水量的稀释水，依照ASTM D2216或AASHTOT265(实验室土壤含水量测定法)求得最佳干密度和最佳含水量。
2.2按照2.1所得的土壤最佳含水量调整土壤强固剂的使用剂量，以1.4/10000、1.7/10000、2.0/10000、2.3/10000、2.6/10000的计量制作CBR试体两组以上，经过CBR试验找出上述土样的最大CBR值试体配比或符合施工道路的设计CBR值的试体，此即为土壤强固剂的最佳使用剂量。
在铺筑土壤强固剂稳定层之前，应把路床基层上所有浮土、杂物全部清除干净。
2.3材料要求
土壤强固剂的原材料要求无沉淀、无杂质、不结块，所需的土壤中含有砾石粒径不大于10cm，筛出土壤中较大的石块及体积较大的腐殖物(例如树枝杂物等)。
3.施工放样：
在下基层上每隔15m设一高程桩及边线桩，并标明松铺厚度和压实后厚度标记。
4.土方运输
在取土场拌合后采用自卸翻斗车由取土场拌和点运到工地现场，卸堆于已整型并符合设计要求的下承层上，堆料距离和工作段长度通过现场操作的具体情况而定。
5.摊铺
在摊铺土壤基层料前，先使用洒水车喷洒稀释后的本发明土壤强固剂(土壤强固剂∶水为1∶250)于下承层上(路床)，喷洒时要求下承层(路床)表面略湿即可，此项工作可使本土壤强固剂稳定层和下承层(路床)紧密结合。经进场后的土壤基层料采用平地机推铺、平整，并以人工配合摊铺，部分地段不能采用平地机摊铺时，采用推用人工配合平整。根据铺筑层的厚度计算每车土方的摊铺面积(松铺系数为1.25～1.4)，将土方均匀地卸在路幅中央，根据测量标高挂线，采用推土机、挖土机及平地机将进场土方按松铺厚度粗平后加以平整，并设一小组及时消除粗集料窝和粗集料带，管盖周围以人工配合摊铺、平整(在工地现场土壤足够时可直接将现场土壤整理至要求高层后直接喷洒土壤强固剂于欲处理的土壤上方，再采用路拌机拌和均匀后使用压路机滚压)。
6.拌合
本发明道路路基土壤强固剂与土壤混合料拌和采用路拌机于现场拌制，若是下水道及管网已成形，可排开现场管网的人孔处寻找可利用的空地直接在工地上实施搅拌。拌和时，土壤强固剂的使用量须严格按照试验室的最佳配合比进行称量调配，保证用料的准确，所拌制的混和料均达到质量要求并须拌和均匀。
7.整形、碾压
整型时，先使用压路机快速碾压两遍后，使其表面暴露出潜在的不平整。对于局部低洼处，采用齿耙将表面5cm以上耙松，回填新拌和料找补平整，直至达到满足设计要求的纵横断面。压实：本工程拟采用平地机配合振动压路机进行碾压，经土壤强固剂处理后的土壤基层经平地机摊铺整平一小段后(时间不超过3小时)，采用压路机在初平的路段上静压二遍，振压一遍后，暂时停止碾压，测量人员立即进行高程测量复核，将标高比设计高超过1cm或低0.5cm的部位立即进行找补，然后再用压路机振压成型，部分地段不能采用平地机摊铺和压路机碾压时，采用推用人工配合平整、碾压。
碾压时，其行驶速度应是先慢后快，其最大行驶速度应小于4km/h。直线路线时，由两边向中间碾压，小半径曲线段，由内侧向外侧碾压，碾压应按试验提供的遍数进行，对压路机无法碾压的狭窄地方则用汽油夯机夯实。碾型时由边至中、由低至高、由弱至强、重叠1/3轮宽的原则碾压，在规定的时间内(不超过4小时)碾压到设计压实度并无明显轮迹时为止。碾压过程中，严禁压路机在基层上调头或起步时速度过大，碾压时，压路机轮胎朝向正在摊铺的方向。
严禁压路机在已成型或正在碾压的路段上调头或急刹车，以防破坏成品，在各施工段端头4-5m范围内，压路机应沿路面横坡由低向高适当横向碾压，以防止纵向碾压端头时使混合料向端头方向滑移。
横向接缝处理：摊铺土壤强固剂处理后的土壤基层时，中间间断时间不超过3小时，否则应设置横向接逢。采用人工将末端混合料弄整齐，整平土壤强固剂处理后的土壤基层，并将土壤强固剂处理后的土壤基层压实；重新开始摊铺土壤强固剂处理后的土壤基层之前，将稳定层末端挖成阶梯状，并使用250倍的土壤强固剂稀释液喷洒表面，使接面处表面保持微湿，然后铺新的稳定层。
纵向接缝：在不能避免纵向接缝的情况下，纵缝采用人工将末端混合料弄整齐，整平土壤强固剂处理后的土壤基层，并将土壤强固剂处理后的土壤基层压实；重新开始摊铺土壤强固剂处理后的土壤基层之前，将稳定层末端挖成阶梯状，并使用250倍的土壤强固剂稀释液喷洒表面，使接面处表面保持微湿，然后铺新的稳定层。
8.滚压后压实度：
8.1工地密度至少应达依AASHTO T180法(改良式夯压试验法：重10磅，锤落高十八时，分五层夯压，每层锤击25次)试验，再以理论公式修正所得最大密度95％以上。
8.2每1,000m²做密度试验一次。
9.检查本发明道路路基土壤强固剂处理底层厚度：
9.1用本发明土壤强固剂处理基层铺筑夯实完成后，办理工地压实度试验时一并办理厚度检验，每1,000平方公尺查验一点，如工地压实度不符合约规定时，则该次检验不予采认，于工地压实度复检时应再行查验。
9.2采平均值计算，以10,000m²为一单位工区，求其平均值，至于未达10,000m²者，应取全部之平均值，并得因其显然之特性缩小工区求其平均值。如单点检验厚度大于设计值时，其超过值不予计算。如取样点下有地下构造物，不足以代表取样厚度时，则得避开另于邻近处再予取样。
9.3平均厚度之检验值大于或等于设计值者，视为合格。
9.4平均厚度之检验值少于设计值时，其误差部分应以沥青混凝土面层调整铺筑至设计高程。
9.5平均厚度之检验值少于设计值，其差超过设计值百分之十者，该区应挖松重做。
9.6检验纪录应予妥善汇整保管，作为工程竣工结算及验收之参考依据。
9.7土壤强固剂与土壤拌合完成后，由监理工程师见证取样，抽取一部分混合料送到经业主及监理认可的试验室检测，进行CBR试验。基层碾压成型后24小时内采用灌砂法对基层压实度进行检测，试验洞眼采用C10砼进行补平。压实度达到95％以上时即可喷洒透层并铺设沥青混凝土面层。
10.施工测量
在施工过程中可采用路中线、边线三条线进行全线路控制，根据施工现场实际情况，合理安排摊铺带，并在摊铺带两侧布设高程控制点采用摊铺机前挂线高程控制方式时，各高程控制点间距10m。
各层摊铺标高在摊铺碾压完成立即采用水准仪检测，合格后才能进行下层的施工。每一层全路幅摊铺完成后设高程控制点，逐层控制表面平整度。
11.透层
为保证沥青砼路面的质量，在进行沥青砼摊铺前喷洒一层透层油。
11.1透层采用中裂喷洒型乳化沥青铺筑，喷油量为0.8～1.2kg/m²。
12.沥青混凝土铺设
沥青面层施工前应按有关规范的规定对基层进行检查，当基层质量符合下列要求后方可铺筑沥青面层：
(1)存有破损处已修复；
(2)具有良好的稳定性；
(3)影响较大的刚柔相接部位已处理；
(4)表面平整、密实、拱度与面层一致，高程符合要求；
(5)洒布粘层油
12.1沥青料摊铺
在摊铺混合料之前，应检查确认下层的质量，当下层质量不符合要求时，不准摊铺。在摊铺前应报请监理工程师批准。
对表面的所有松散材料都应清扫，直到表面无污物为止。对清扫过及洒过粘层沥青的表面，不允许车辆行驶。
侧平石及其他结构物应在铺筑前完成，摊铺前应在所有接触面上均匀地刷上一层薄层乳化沥青或热沥青结合料。
下面层、中面层采用挂线连序高程控制方式或金属导轨连续高程控制的方式进行摊铺，上面层(抗滑表层)摊铺时采用带雪撬脚的移动平衡梁控制高程。摊铺前必需设置好纵、横坡控制器行走基准。
摊铺前烫平板要充分加热。摊铺时，运料应尽快地不间断地排卸进摊铺机，并立刻进行摊铺，不得延误。摊铺时，螺旋送料器的转速应配合恰当，以使烫平板前混合料料堆的高度平齐于或略高于螺旋送料器的轴心线，即以稍为看见螺旋叶片或刚盖住叶片为准。
沥青混合料必需缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。
运输车辆应对摊铺机有足够的持续供料量，如果发生暂时性断料，则摊铺机应继续保持运转。
施工时应尽量避免施工接缝。
对外形不规则路面(如广场、路口)，厚度不够或空间受到限制等摊铺机无法工作的地方，经监理工程师批准可采用人工铺筑混合料。
在雨天、表面存在积水及气温低于10℃时，都不得摊铺混合料。
沥青混合料摊铺过程中随时检查其宽度、厚度、平整度、路拱及温度，对不合适之处应及时进行调整。
在摊铺过程中，为减少施工机械对路面的破坏，严禁施工机械在未完工的路面上调头、刹车、转弯。如遇特殊情况，应在路面上采取铺垫麻袋或隔离物等保护措施。
沥青混合料的摊铺应避免在雨天进行。当路面滞水或潮湿时，应暂停施工。
未经压实即遭雨淋的沥青混合料应全部清除，更换新料。
12.2其他特殊地段的压实及要求
碾压由纵向进行，并由材料摊铺的低边慢速均匀进行。
压路机不得在未碾压成型并冷却的路面上转向、掉头或停车等候。压路机来回交替碾压时，前后两次停留地点相距10m以上，并应驶出压实起线3m以外。振动压路机在已成型的路面上行驶关闭振动。
对压路机无法压实的拐死角、加宽部分及某些路边缘等局部地区，采用振动夯板压实。对雨水井与各种检查井的边缘还应用人工夯锤、热络铁补充压实。已经完成的碾压路面，不修补表皮。
使用本发明土壤强固剂的筑路工法与传统的二灰三灰工法的比较，见表三
表三：
  项目  二灰/三灰工法  土壤强固剂    材料  不论是二灰底基层或三灰基层，对于土  壤之选择皆甚为严格，因此提高了造路单  价。  AASHTO规范：  底层骨材CBR＞80，PI＜4  使用土壤强固剂可选用的土壤种类较  为宽松，可使用现场任何种类土壤；若需  要借土而运来土壤时，价格亦较传统工法  所严选的土壤为低。   施工方法  二灰基层或三灰底基层的材料处理极  易产生灰尘，严重地影响环境，且拌合费时，  施工程序复杂，滚压时间长，成本相对提高。  液态药剂易于渗透，施工简易，可在  极短的时间内达到要求的压密度，使用一  般机械如平路机即可。     废弃土  废弃不适合作为道路基层材料的现场  土壤；废弃土的弃置必须取得弃土场之许可  证明；废弃土及碎石、石灰、砂的运输造成  尘土飞扬破坏环境并严重冲击现有交通；在  弃置场需花费大笔经费改善环境以符合环  保要求。  不必废弃现场土壤，节省运输费用甚  钜；没有破坏环境之虑；没有任何传统工  法所面临之困扰。    抗压强度  二级和二级以下公路  基层0.6～0.8MPa  底基层≥0.5MPa  高速公路和一级公路  基层0.8～1.1MPa  抗压强度7天2MPa  28天5MPa  长期11MPa  资料来源：材料试验报告
  底基层≥0.6MPa  资料来源：中国交通部发布「公路路面  基层施工技术规范」二灰混合料之抗压强度  标准  施工期限  旷日废时，道路经济效益的体现较晚  节省工期70％以上，一组机械人力每  天可完成20cm厚基层8000m²  AC磨耗层  10～15cm  5～7cm可节省50％    维修费用  气候变化及交通量的激增以及材料中  水分的变化与体积的膨胀收缩等问题，致维  修经费庞大  因基层坚实稳定，不可逆的化学作用  可耐气候温度及湿度的变化，更因强度与  日俱增，可承受激烈成长的交通量，维修  费降至最低或零  来回运送废弃土及砂石级配料，造成尘  土飞扬，影响环境，高载重量车辆往返运输，  对既有道路产生严重破坏及对交通之冲击  亦大，所付出之社会成本更无法估计  使用土壤强固剂建造道路基层则无左  列问题发生，既环保又达高水平之经济效  益