赵文伟
【关键词】固化稳定剂;改性;赤泥;道路
【中图分类号】X53 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）06-0065-04
0 引言
广西某氧化铝厂坝场站现有一、二、三期赤泥堆场，每年接纳年产干赤泥约300万t。含水率为40%～50%的浆体赤泥约60万m3（约含90万t干赤泥）浆体赤泥排入湿排堆场（一、二期库）;其余赤泥浆体（约含210万t干赤泥）通过压滤机压滤成含水率为28%～30%的滤饼干赤泥用汽车通过赤泥堆场库区内道路运输至干排堆场（三期库）的各堆存库区点倾倒，再由推土機进行翻晒、压实等，故赤泥干排堆场年上升高度为1.5～2.0 m。因此，赤泥堆场库区内修筑的道路是确保赤泥堆场良好运作主要影响因素之一。
1 赤泥道路现状
广西某氧化铝厂坝场站每期赤泥堆场分成6个库区，每个库区四周都修建有库区道路，以方便倾卸赤泥。当赤泥堆高后，每半年在每期赤泥堆场都要分别修筑6～7 km长库区道路和赤泥卸泥临时平台，传统库区修筑道路方法是用85%的赤泥+10%的石灰+5%的粉煤灰（重要路段还需要添加碎石料）进行混合，将混合填料运至路基指定位置后，用推土机摊铺、整平成为300 mm的路基，碾压前对填筑层的分层厚度、平整程度和填土的含水量进行检验，确认符合要求后才能进行碾压压实。这样修筑的库区道路路况比较差，堆存运输行走的道路及卸泥平台由于使用大量的含碱赤泥（含碱0.3%），因此在降雨、台风等恶劣天气时，库区道路非常泥泞和湿滑，致使干赤泥堆场赤泥运输车辆因车轮打滑而无法在库区道路上行走进行堆存作业，影响赤泥堆场正常生产运作;而在晴天，库区道路路面的强度差尘土多，赤泥运输车辆通过库区道路产生扬尘大，因此维护库区道路成本和劳动强度非常大。
鉴于此，解决赤泥坝库区道路状况势在必行。通过对土壤固化稳定剂比较分析，选择加拿大生产的CBR Plus土壤固化稳定剂在赤泥道路上做6 400 m2的试验道路，从施工工艺、路面强度、筑路和维护的经济性等方面验证该土壤固化稳定剂在赤泥道路上应用的效果。
2 土壤固化剂稳定剂技术原理
加拿大生产的CBR Plus土壤固化稳定剂是一种阴离子合成硫化物产品，无毒无害，不污染水源，不抑制植物生长，具有改性和稳定固化赤泥的性能;经水稀释后，使溶液呈高导电性能;它与带负离子的赤泥混合后与赤泥颗粒表面吸附水的活性阳离子进行强烈交换，促使赤泥扩散层厚度减薄，电位势下降，赤泥颗粒之间的排斥能降低，链接加强。同时，中和赤泥颗粒表面所带有的负电荷，使赤泥颗粒失去对水的静电吸引力，从而释放出束缚在吸附层和扩散层的结合水，使其转化成为自由水排出。这种电化学作用改变了赤泥土壤颗粒双电层结构，成为不可逆返的过程。将赤泥土壤的亲水性永久地改变为疏水性，使土壤易于压实，形成结构稳定的整体板块，从而增强赤泥道路的稳定性和耐久性，减少赤泥道路损坏，改变赤泥土壤的物理化学性能。因此，与使用传统的石灰、粉煤灰类无机结合料加固赤泥土壤的作用相比，改良加固后的赤泥土壤随着水分的排出和压实，其强度与时俱增且水稳性好[1]。
3 土壤固化剂稳定剂试用方案
采用改性固化赤泥筑坝国内尚无相关规范、标准及成熟经验可借鉴。为保证后期项目顺利开展，根据相关技术规范要求及现场实际，先期开展试验段设计工作。结合堆场建设方案、现状情况、项目位置区域地质、地形条件及相关规范及技术标准要求，初步拟定试验段建设方案如下。
拟使用加拿大进口CBR Plus土壤固化稳定剂建改性赤泥道路，分两个阶段试验。第一阶段试验路段总长度为200 m，道路宽度为10 m，卸料平台面积为1 000 m2，共3 000 m2，全部在原赤泥所筑道路的旧路路面及旧卸料平台面进行喷洒作业;第二阶段选取3 400 m2的区域进行试验，即完成全程300 m道路施工（道路宽度为8 m，固化厚度为30 cm），其中200 m为翻拌式（赤泥与固化剂混合翻拌）施工，100 m为直接喷洒式施工，以及1 000 m2的卸料平台，其中500 m2使用固化剂与赤泥翻拌式施工，500 m2直接使用喷洒式施工。
4 土壤固化剂稳定剂实施情况
4.1 第一阶段试验实施情况
4.1.1 赤泥道路试验准备
试验路段选用广西某氧化铝厂坝场站的三期干堆场的赤泥道路，即三期干堆场的6#库往5#库方向200 m（路段标高达124）的原有路段;试验设备：挖机、压路机和洒水车各1台。
4.1.2 改性固化赤泥道路试验
4.1.2.1 路面进行必要维修
用挖机修补原有路段路面坑洼和变形处，恢复3%～4%路拱及两边自然排水，用压路机压实。经检验合格后，进行3天的直接喷洒固化处理阶段。
4.1.2.2 喷洒固化处理
洒水车装入水与固化稳定剂混合，固化稳定剂与清水的比率为1∶1 000（按体积比计），然后将固化剂稀释液直接均匀地喷洒在压实路面上，喷洒时间为每天上午喷洒一次，下午用洒水车喷洒清水一次，每天喷洒稀释液后，待路面无积水，道路稍干不黏状态下即可用压路机碾压1～2遍，不需养护即可直接通行赤泥运输车辆。这样连续5天用洒水车交替喷洒固化剂稀释液和喷洒清水的固化处理。
4.1.3 第一阶段道路质量检测
道路施工完成后，分别进行了弯沉检测和压实度检测（见表1），喷洒固化剂稀释液工艺前后的弯沉代表值都低于标准值150[2]，平均压实度分别是95.2%和96.6%，都高于标准值95%[2]，但使用喷洒固化剂稀释液后的赤泥道路力学性能得到明显的改善。
4.2 第二阶段试验实施情况
4.2.1 赤泥道路试验准备
试验路段选用干堆场三期5#库赤泥运输道路300 m和卸料平台的新路段，其中采用翻拌式施工的200 m路段为上坡路段，采用直接喷洒式施工的100 m路段和卸料平台为平面路段;该阶段试验需要的设备为冷再生机、挖机、压路机和洒水车各1台及赤泥运输车辆若干辆。
4.2.2 改性固化赤泥道路试验
4.2.2.1 直接喷洒式路面施工
施工工艺流程如下：①在赤泥层上整理路床→②用赤泥铺设约300 mm厚的路基→③挖机平整路面→④平地机整形路面→⑤压路机碾压路面→⑥洒水车配制固化剂稀释液→⑦压路机碾压路面→⑧洒水车喷洒清水路面养生→⑨开放交通。连续5天重复工艺流程步骤⑥～⑧的固化处理。
4.2.2.2 喷洒翻拌式路面施工
施工工藝流程如下：①冷再生机整理路床→②用赤泥铺设约300 mm厚的路基→③挖机配合平整路面→④洒水车配制固化剂稀释液→⑤冷再生机喷洒、翻拌→⑥平地机整形路面→⑦压路机碾压路面→⑧洒水车洒清水养生。完成施工后，经过第一天养护，第二天放开交通让赤泥运输车辆试运行。
4.2.3 第二阶段道路质量检测
4.2.3.1 土工试验检测
在喷洒、翻拌固化剂稀释液前后，分别在赤泥道路上进行土工试验检测，主要检测赤泥道路的界限含水率、土的击实试验、土的承载比（CBR）试验（%）、颗粒分析（筛分法）等项目。表2中显示，添加固化剂稀释液前，赤泥塑性指数为26.8，大于标准值26[2]，属于高液限粉土[3]，其最大干密度为1.64 g/cm3，最佳含水率为21.6%，CBR承载力均小于3，被判定为不合格，不适合做公路工程用泥[3]。通过添加固化剂稀释液后，赤泥塑性指数降为17.5，小于标准值26[2]，属于低液限黏土[3]，最大干密度为1.84 g/cm3，最佳含水率为13.2%，CBR承载力均小于6.6，判定为合格，适合做公路工程用泥[3]。
4.2.3.2 力学性能检测
道路施工完成后，进行了弯沉检测和压实度检测（见表3），通过两种不同的施工工艺的检测，其弯沉代表值都明显低于标准值150[2]，判定合格;同时，在现场进行灌沙法密实度检测，两种施工工艺的压实度分别为96.2%和96.8%，均大于标准值95%[2]，判定合格。说明两种施工工艺的力学性能都比较好。
4.2.4 现场观察
赤泥运输车辆来回在赤泥道路运输，运输车辆会携带大量的浮泥撒落到赤泥道路上。同时，赤泥道路本身也会起泥，试验道路起泥量非常少，只有表层5 mm左右的泥量，故晴天赤泥运输车辆行驶在试验道路上，尘土几乎没有飞扬，而雨天道路泥泞少，运输车辆也可顺利通行，确保赤泥堆场良好运作;而传统赤泥库区修筑道路方法修筑的道路起泥严重，有50 mm以上的泥量。故晴天赤泥运输车辆行驶在赤泥道路上时尘土飞扬，雨天因赤泥道路泥泞而使运输车辆通行缓慢甚至无法通行，严重影响赤泥堆场的运作。图1和图2是试验路段与非试验路段路面的晴、雨天的对比图片，说明试验路段的路面明显好于非试验路段路面。
5 应用的可行性经济性
5.1 CBR Plus固化稳定剂的技术评价
CBR Plus土壤固化稳定剂可以改善不良路基的原有环境，对道路路基结构的稳定性和承载能力有提高的功效。施工方法不同于传统方法使用石灰、粉煤灰稳定赤泥，只需将CBR Plus土壤固化剂稀释液喷洒于路基土表面，用翻拌机具进行翻松拌匀，经碾压即可。该方法操作简单，利用现有的机械设备就可以完成施工作业。同时，在施工过程中不会影响赤泥运输车辆的通行，施工时间较短。
5.2 CBR Plus固化稳定剂施工的经济评价
5.2.1 材料费
采用CBR Plus土壤固化稳定剂固化路基，可以就地取材，只需加入一定剂量的固化稳定剂（约7元/m2），可在较短期内提高整体路基强度，路基造价增加不大。
5.2.2 挖运费
在赤泥的运输生产过程中逐步形成道路基础，不使用其他路用材料如粉煤灰、石灰及碎石料，节省了购买路用材料的费用和运费，降低了工程成本。
5.2.3 施工费
CBR Plus土壤固化稳定剂路基与现堆场筑路坝的施工工艺基本相同，使用施工工程机械也大致相同，施工方法与常规方法相当，但使用土壤固化稳定剂的道路施工工程时间较短，节约部分工程费用。
5.2.3 养护费
根据试验路段的生产经验，喷洒或拌合的赤泥道路均可在施工完毕后第二天通车，其稳定性、耐久性及不透水性能良好，减少道路的生命周期养护费用。
6 结论
通过对项目试验研究，对CBR Plus固化稳定剂及其技术应用是一次宝贵的实践。通过两个阶段6 400 m2试验路段的实施，分别应用固化稳定剂的直接喷洒工艺和喷洒翻拌式工艺。同时，观察实际路用效果和抑制扬尘的效果，分析CBR Plus检测数据和技术工程的经济适用性。实践检验了CBR Plus固化稳定剂应用在赤泥道路强度的变化过程及抑制尘土的功能。检测结果和实际应用效果表明试验路段的质量均达到各项标准。
（1）CBR Plus土壤固化剂固化稳定赤泥的作用机理主要是通过固化剂与赤泥的一系列物理及表面化学作用，改变土赤泥颗粒表面特征和性质，减薄赤泥颗粒的双电层，增强赤泥颗粒间的电性作用力，依靠赤泥自身性能的改变达到加固土的目的。
（2）加入CBR Plus固化剂后无侧限抗压强度（CBR）明显提高，一般提高幅度在10%～20%，随使用期的增加，强度还会进一步增大，有利于改良赤泥用于赤泥坝加固和稳定道路，能提高道路承载力。
（3）掺入CBR Plus土壤固化稳定剂后赤泥的属性已经发生变化，不合格的高液限黏土改变为合格的低液限黏土，适合应用在公路工程。
（4）相比传统赤泥库区修筑道路方法修筑的道路，使用CBR Plus固化剂改良的赤泥道路能在雨后快速恢复通车，优势明显。
（5）连续晴天使用时，使用CBR Plus固化剂改良的赤泥道路起泥非常少，只有表层5 mm左右，而传统赤泥库区修筑道路方法修筑的道路起泥严重，有50 mm以上。
（6）使用CBR Plus固化剂改良的赤泥道路出现缺陷时，比如地基塌陷等破坏板结层，会像柏油路面一样，不及时修复则损坏会持续扩大。但损坏部位修复比较简单，直接洒水、压实即可。
（7）使用CBR Plus固化剂改良的赤泥道路，不需要使用石灰和粉煤灰，完全不占用赤泥堆场库容。
参 考 文 献
[1]信恒企业（加拿大）有限公司.CBR PLUS SUPE（泥土固化剂）手册[Z].2001.
[2]JTG E60—2008，公路路基路面现场测试规程[S].
[3]JTG F10—2006，公路路基施工技术规范[S].
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