石灰改性中性膨脹土填筑路基施工工藝

石灰改性中性膨脹土填筑路基施工工藝研究0前言某高速公路，全長12.9km，處于河谷平原地帶，水系縱橫，所經(jīng)地區(qū)廣布膨脹土。膨脹土位于地表，層厚為5.7m~13.9m不等，多含錳質(zhì)結(jié)核，且多屬中性膨脹土，所處地區(qū)雨量充沛，地表水系發(fā)達，給膨脹土路基施工增加了很大的難度。在膨脹土地區(qū)進行路基施工主要存在兩個難點，一是附近沒有符合合格質(zhì)量標準的適用填料而必須采用膨脹土填筑路基，因此對膨脹土需改性利用，改性膨脹土施工工藝是一個難點；二是膨脹土路基基底需進行特殊處治方能滿足填前碾壓的質(zhì)量要求，尤其是低填方路基和零填挖地段。而膨脹土石灰改性后填筑路基和膨脹土路基基底處理受大氣降水、地下水影響較大，本工法即是闡明如何避開雨季、降低地下水位、采用合理的施工工藝快速施工膨脹土路基的施工方法。膨脹土的基本性質(zhì)膨脹土是指土中粘粒成分主要由親水性礦物質(zhì)組成的特殊粘土，是同時具有吸水膨脹、失水收縮兩種變形的高液限粘土。膨脹土的性質(zhì)不穩(wěn)定，具有吸水膨脹、失水收縮、反復膨脹變形、浸水強度衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，因此常使建筑物產(chǎn)生豎向和水平的膨脹變形，造成位移開裂、傾斜甚至破壞，而且往往成群破壞，地表出現(xiàn)蛛網(wǎng)狀的裂隙。膨脹土性質(zhì)形成的主要原因是成分中含有較多的親水礦物質(zhì)，如蒙脫石、伊利石、硫化鐵等。判定膨脹土要綜合考慮許多種因素，但由于現(xiàn)場施工的具體特點，實際判斷土質(zhì)膨脹性主要憑借檢測土質(zhì)的自由膨脹率、液限、塑性指數(shù)等。根據(jù)自由膨脹率Fs的大小，膨脹土可分為三個等級。弱性膨脹土：40%≤Fs＜65%中性膨脹土：65%≤Fs＜90%強性膨脹土：Fs≥90%其中，弱性膨脹土和中性膨脹土經(jīng)改性后可用于高速公路路基填料，強性膨脹土不能用做路基填料。膨脹土的石灰改性由于膨脹土液限高、強度低、自由膨脹率大，因此不符合規(guī)范要求的路基填料標準，不能直接用于路基填筑，必須進行改性，本工法采用石灰改性，石灰摻加劑量根據(jù)試驗測定，石灰選用Ⅱ級以上。表1為某高速公路第20-1、21、22-1、22-2取土場土樣經(jīng)過石灰改性后各項指標對照表。表1膨脹土、石灰改性膨脹土性質(zhì)對照表序號取土場編號液限WL（%）塑限WS（%）塑限指數(shù)ⅠP（%）最佳含水量（%%）最大干密度（gg/cm33)CBR（%）自由膨脹率FSS（%）120-155.627.528.117.01.7282.1270.5220-1加石灰灰5%改性土40.020.519.519.01.71023.4042.032153.025.028.018.51.7202.4571.5421加石灰5%改性性土49.032.516.517.91.70822.4337.5522-155.326.628.718.01.7201.8770.5622-1加石灰灰5%改性土45.030.015.018.21.72016.8040.0722-254.526.028.518.41.7452.6066.5820-2加石灰灰5%改性土48.030.517.517.41.71821.7647.0由表1可見，經(jīng)過石灰改性的膨脹土，其性質(zhì)發(fā)生了很大的變化：土的液限WL降低、塑限WS降低、塑性指數(shù)ⅠP降低、強度CBR值增加、水穩(wěn)性好。改性后的膨脹土符合路基填料要求的標準。石灰改性膨脹土填筑路基施工工藝3.1施工前的準備工作1、試驗準備路基填筑前對準備作填料的取土場及石灰必須取樣，按《公路工程土工試驗規(guī)程》（JTJ051—93）進行必要的試驗，試驗目的及項目如表2。表2樣品名稱試驗項目試驗目的原狀土1、含水量確定取土場原狀狀土的天然然含水量2、顆粒分析確定土的名稱與與類別3、自由膨脹率確定膨脹土的類類型4、塑限、液限確定土的塑性和和稠度5、土的密度試驗驗確定最大允許含含水量6、擊實試驗確定土的最大干干密度、最最佳含水量量7、CBR試驗確定原狀土的強強度石灰8、石灰活性（CCaO+MMgO）分析確定石灰級別、鈣鈣鎂含量9、石灰劑量標定定曲線控制參灰劑量石灰改性膨脹土10、膨脹總率確定改性土是否否達到規(guī)范范要求的填填料標準11、塑限、液限確定改性土的塑塑指和稠度度12、土的擊試驗確定改性土的最最大干密度度、最佳含含水量13、CBR試驗確定改性土的強強度2、石灰備料石灰備料宜選在取土場或地勢較高且鄰近水坑的場地集中堆放，預計堆放時間較長時，應覆蓋封存。石灰在使用前7—10天應充分消解，消解后的石灰應能通過1cm孔的篩。3、計算材料用量根據(jù)每段落路基填筑的各層寬度、厚度和測定的干密度，計算各路段需要的石灰及灰土數(shù)量，根據(jù)石灰改性的配合比、材料的含水量以及運料車的噸位，計算名種材料用量及每車料的堆放距離。每100m路基第N層填筑石灰改性土需石灰用量及石灰改性土用量計算如下：G石灰=BN×HN×ρ灰土×5%×100V灰土=BN×HN其中：G石灰—第N層100米長路基所需石灰重量（T）BN——第N層路基平均寬度（m）HN——第N層路基平均厚度（m）ρ灰土——5%石灰改性土最佳干密度（g/cm3）V灰土——第N層100料長路基石灰改性土用量（m3）4、路基每層松鋪厚度試驗工作根據(jù)路拌設備的拌和能力、重型壓路機的壓實效果等反復試驗確定路基各區(qū)域的石灰改性土松鋪厚度。5、測量準備路基填筑前需施工放樣，訂出中線樁、邊線樁、高程控制樁，并繪出縱斷面圖、樁點分布圖、排水系統(tǒng)圖。6、設置縱橫向排水系統(tǒng)，疏通水系、降低路基范圍地表水位膨脹土地段路基填筑前，必須重視排水系統(tǒng)的施工，以便疏浚地表水、降低高速公路路基范圍內(nèi)水位標高，為填筑前碾壓達到規(guī)范要求提供保障?？梢哉f，路基填筑前，縱、橫向排水系統(tǒng)的正確設置是實現(xiàn)膨脹土地段路基基底能否順利封底的關鍵。農(nóng)田縱向排水溝襄樊荊州192+658明通K193+187暗通注:1、為水流方向；2、縱向排水溝設置在設計排水溝位置上；3、橫向排水溝每100米設置一道；4、溝寬1.5米，深1.0米圖1湖北襄荊高速公路第16施工合同段K195+359~K196+010段縱、橫向排水系統(tǒng)設置圖7、清表、清除非適用材料、路基基底特殊處理設置好縱橫向排水溝后，首先要清除表土或挖除非適用材料，如淤泥、淤泥質(zhì)軟土。然后進行基底特殊處理，以達到填前碾壓質(zhì)量標準。路基基底特殊處理分兩種情況：填高超過1m的路基基底可采取就地翻拌摻石灰改性30cm后碾壓至85%以上的壓實度。填高少于1m的路基基底或零填挖地段路基基底，要挖除地表0.3~0.6m的膨脹土，換填石灰改性土。3.2石灰改性膨脹土填筑路基施工工藝流程石灰改性膨脹土填筑路基施工工藝流程如圖2所示：取土場路基現(xiàn)場清理表土路基施工放樣清理表土路基施工放樣平整場地攤鋪石灰改性土地平整場地攤鋪石灰改性土地劃線放樣調(diào)整石灰劑量劃線放樣調(diào)整石灰劑量備土摻入石灰路拌機拌和備土摻入石灰路拌機拌和挖掘機或裝載機初拌整型運輸石灰改性土挖掘機或裝載機初拌整型集堆悶料碾壓集堆悶料碾壓不合格不合格檢測壓實度檢測石灰含量合格合格圖2石灰改性膨脹土填筑路基施工工藝流程圖3.3石灰改性膨脹土填筑路基施工要點1、備料初拌及檢測石灰含量在取土場或路基零填零挖斷面附近而且地勢較平坦寬敞地進行集中備料。先清表土，然后用挖掘機或推土機取土；取土前在地面劃方格，然后根據(jù)取土深度計算出每方格的石灰摻量，摻配石灰。所取的土含水量宜大于最佳含水量3-4%，取出的土放到附近平坦寬敞地上用挖掘機或裝載機初拌合1~2遍。悶料1~2天，悶好后的混合料其顆粒大于10cm的不超過10%，最大顆粒不超過15cm。這樣集中初拌可減少揚塵對周圍環(huán)境的影響。經(jīng)過初拌的石灰改性土基本拌和均勻后應采用EDTA配位滴定法檢測石灰劑量，如石灰劑量不足，在路拌時必須增加石灰劑量直至滿足規(guī)定的要求。初拌完畢后的灰土含水量宜大于最佳含水量2-3%。2、裝運及攤鋪灰土在備料場初拌后，裝車時應控制每車料的數(shù)量大致相等，以便控制松鋪厚度。松鋪厚度應控制在20-25cm之間，以防灰土拌和機拌不到底的現(xiàn)象發(fā)生，按試驗確定的松鋪系數(shù)和有效層厚，計算倒料間距，劃塊掛線，從一端開始，左右成行，前后成等距離布土且堆放時間不應過長。采用推土機和平地機攤鋪。3、用路拌機二次拌和在拌和前應注意灰土含水量。如含水量過小，就適當灑水；如含水量過大，攤鋪時晾曬。灑水及拌和過程中，應及時檢查土的含水量，含水量宜大于最佳含水量的1-2%。拌和方法，應采用專用灰土拌和機充分拌和，每拌和一遍即時檢查拌和的均勻程度、深度、顆粒粒徑，直至最大土粒不大于5cm，翻拌均勻，不存在夾層為止，為碾壓后形成均勻的板結(jié)體創(chuàng)造條件。不得在雨中施工。4、整型與碾壓每次整型均按照規(guī)定的坡度和路拱進行，特別要注意接縫處的整平，接縫必須順適平整。整型：灰土拌和均勻后，先用平地機初步整平和整型。在直線段，平地機由路邊向路拱中心進行刮平。接著用輪胎壓路機快速碾壓1遍，以暴露潛在的不平整。如不平再用平地機如前述方法進行精平，對于局部低洼處或局部機械整型不到的地方配合人工用齒耙將其表面5cm以上耙松，并用新拌灰土進行找平。碾壓：應遵循先邊后中，先輕后重，先穩(wěn)后振，先慢后快，由弱至強的原則；碾壓速度一般為1.8-3Km/h；用18-20T振動壓路機碾壓若干遍直至壓實度合格為止。攤鋪的灰土處于比最佳含水量大1-2%應即時碾壓，做到當天鋪當天壓完，不行拖延到第二天碾壓，防止水分蒸發(fā)及下雨而影響壓實效果。兩作業(yè)段的搭接處理與素土施工同等要求。5、養(yǎng)護為了保證灰土不開裂，上下層灰土施工不宜超過二天，否則需采取保濕措施處理；如果出現(xiàn)裂紋則必須在下一層灰土施工前灑水重新碾壓（靜壓）封閉裂紋。4工藝要點1、合理設置路基縱、橫向排水系統(tǒng)是關鍵影響膨脹土地區(qū)路基填筑的最不利因素是大氣降水、地表水、地下水。膨脹土遇水膨脹、強度衰減、失水收縮；因此開工前準備工作之一“縱、橫向排水系統(tǒng)的設置”至關重要，縱、橫向排水系統(tǒng)的設置可以疏通排浚地表水、大氣降水、降低地下水位高程，是實現(xiàn)膨脹土地區(qū)路基土質(zhì)基底成功封底的關鍵，也是減少雨水對已填路基侵蝕破壞的重要手段。2、加強土工試驗工作不同的取土場以及同個取土場不同的取土部位，土質(zhì)均不同，因此加強土工試驗工作，正確劃分土質(zhì)，調(diào)查石灰改性土的最大干密度、最佳含水量等對路基填料質(zhì)量控制及路基填筑質(zhì)量（壓實度的準確性）具有十分重要的意義。3、嚴格控制松鋪厚度重型壓路機碾壓路基能達到規(guī)范壓實度標準的層厚不超過30cm，路拌機拌和深度最大為30cm，因此控制松鋪厚度是使石灰改性土路基壓實度及摻灰均勻性有所保證的重要手段之一，在施工時一定要嚴格按試驗確定的松鋪厚度來控制。4、場拌與路拌相結(jié)合是確保石灰改性膨脹土摻灰劑量及摻灰均勻的最佳方案由于石灰改性膨脹土填筑路基單價較低，不能盲目采用石灰土路面基層的施工工藝來施工。為了降低成本，又能確保工程質(zhì)量，石灰改性膨脹土初拌選擇場拌法，即在取土場用裝載機、挖掘機一次挖土摻灰拌和，集堆悶料后運到現(xiàn)場，按要求的松鋪厚度平鋪，劃好格線后二次摻灰，采用路拌機拌和均勻——路拌法，達到設計的摻灰劑量，以期達到合格的路基填料標準。5、選擇優(yōu)質(zhì)石灰是保證進度、質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)優(yōu)質(zhì)生石灰消解后顆粒細小，而劣質(zhì)石灰消解后尚有不少石塊，若撿拾不清混入石灰改性土中，在路拌機拌和時很容易損傷設備；劣質(zhì)生石灰中鈣鎂含量低，即使摻灰劑量保證，但對改變膨脹土性質(zhì)的效果亦不好，石灰改性土液限、塑限、CBR值等均難以保證符合規(guī)范。因此在材料的選擇上，選擇Ⅰ、Ⅱ級