論不良土路基填料改良技術在廣梧高速公路的應用

摘 要：結合廣梧高速公路路基填料的選擇及高含水量土的改良情況，闡述了路基填料的分類及選擇、適宜改良土的類型及其注意事項，最后總結了改良土施工技術與控制。

關鍵詞：路基填料；不良土；技術；改良；應用

中圖分類號：U4文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）08-0397-02

1 路基填料的選擇

路基填料應選擇易粉碎、有利于壓實、不含有機質、水穩性良好、壓實度好、CBR值符合規定的土，一般應采用粗粒土。細粒組土顆粒質量占總質量的45～55％的土即處于粗、細粒土臨界指標上下的土用作路基填料，應進行壓實試驗，采取有效措施保證均勻達到標準壓實度。

帶有一定膨脹性的細粒土用于路基填料，應采取防止產生水氣交換作用的隔離措施消除隱患，也可采用摻加水穩性好的土料或摻外加劑以減少膨脹影響。

地下水位較高的地段、路側地面水常水位較高的地段，應測定細粒土填料的毛細水上升高度，據以核定路基填土高度。如路基高度不足、毛細水上升高度超過槽底標高，應采取隔離排水層（如粗砂層、砂礫層、碎石層等），或提高路基標高等措施消除地下水的不良影響。

在取用合乎要求的土料十分困難的地區，在保證路基填筑質量又不增加工程造價的前提下，可就近利用挖方地段（或路側取土場）的高塑性指標的填料。

2 高含水量土路基填料改良技術

2.1 高含水量土路基填料改良類型及比較

高含水量土的處治關鍵是如何快速、有效的降低土的天然含水量至一個適宜的含水量，使之能夠壓實，同時具有一定的強度和穩定性。因此常常采用在高含水量土中摻加具有吸濕能力和固化作用的外摻劑，降低含水量，滿足施工碾壓要求，提高強度和穩定性。目前國內常用的外摻劑有：石灰（消石灰和生石灰）、水泥、粉煤灰等。消石灰的減水能力弱，無法快速有效的降低過濕土的含水量，常規劑量處治后達不到規定的壓實度要求，而且摻量不容易把握，拌和往往不均勻，所以路基的強度、穩定性不能得到保證，另外運輸和保存較困難；生石灰減水能力強，摻量容易控制，是一種較好的外摻劑，但運輸和保存比較困難，特別是在廣東；水泥減水能力比生石灰較強，對施工作業時間有一定的要求，但在廣東水泥有豐富的資源，運輸保存比較容易，價格也較低廉；粉煤灰的吸水能力弱，強度提高不明顯，而且工藝麻煩；另外還有就是就地取材的方法摻加粗粒土來改善高含水量高塑性土的性能，效果雖然一般，且此類粗粒土往往都需遠運，所以不經濟。綜上所述，土質改良選用外摻材料，以生石灰和水泥為佳，它具有高吸水性能和使土粒粗化而改善其壓實條件的作用，有利于過濕土路基強度和穩定性的提高（具體見表1）。

序號外摻材料效果運輸儲存條件價格比較備注

1消石灰一般不方便較便宜

2生石灰好不方便便宜

3水泥較好方便便宜

4粉煤灰一般方便較便宜

廣梧高速公路第十合同段不良土的改良材料就是采用外摻水泥的做法，使土的含水量及土的穩定性得到改善，從而確保路基的壓實度和工后沉降。

2.2 高含水量土摻生石灰（水泥）后含水量的損失規律

假設過濕土干土重Po，水重Wo，過濕土含水量為w，生石灰（水泥）的摻量為α，其中有效鈣CaO的含量為θ。 

（1）磨細生石灰（水泥）粉摻入土中后，直接使土中的干料增加，從而使土中的含水量降低△W1。土中干料的增加量即為摻入土中的生石灰粉的重量Pc：

Δp1=pc=αp0

（2）石灰（水泥）摻入過濕土中后，生石灰中的有效鈣CaO與土中的水分發生化學反應生成氫氧化鈣Ca（OH）2，反應方程式如下：

CaO+H2O→Ca（OH）2+62.8kj/mol

此化學反應為放熱反應，水分減少△W1，根據化學反應式可知：

ΔW2=0.32θαp0

固體成分增加量△P2與水分減少量△W2相等，即：

Δp2=0.32θαp0

石灰（水泥）中的MgO與水分發生類似的化學反應，但因考慮到MgO的含量很少，故忽略不計。

（3）生石灰（水泥）摻入土中后，過濕土水分蒸發引起水分減少△W3。這種水分蒸發產生于二方面的作用：一是拌和、悶料過程中水分的自然蒸發；二是生石灰（水泥）化學反應過程中釋放出大量熱量，加速水分蒸發，這種蒸發對過濕土含水量的減少更為重要。△W3與多種因素有關，比如溫度和濕度、過濕土原來的含水量w、生石灰（水泥）的摻量α、生石灰（水泥）有效鈣含量θ。為推出生石灰（水泥）的摻量公式，假設：

ΔW3=βW0αθ=βwp0αθ

式中：β——綜合系數

過濕土摻加生石灰（水泥）后，水分減少△W，固化物增加△P：

ΔW=ΔW2+ΔW3=0.32θαp0+βW0αθ

下面計算過濕土含水量的變化△w：

≈wa+0.32θα（1+w）+βwαθ

上式表明過濕土摻加生石灰（水泥）后含水量的損失同過濕土原來的含水量W、生石灰（水泥）的摻量α、生石灰（水泥）中有效鈣的含量θ和綜合系數β有關。

2.3 高含水量高塑性土的摻灰類型及其注意事項

2.3.1 用石灰改良

（1）適合石灰改良的土的類型：除有機質含量大的土和無塑性并缺少細料（小于0.075mm的顆粒）的粗粒土和砂土外，各種類型的土都可以用石灰改良。但用石灰改良的各類型的土，在技術經濟上并不都是合理的。石灰適宜于改良粘粒（小于0.002mm的顆粒）含量大于10％和塑性指數12以上的粘性細粒土。用石灰改良低塑性土或砂土時，宜添加部分水泥，以提高其強度。（2）石灰技術指標要求：石灰應符合III級以上要求的生石灰或消石灰的技術指標。盡量縮短石灰的存放時間，且避免遭日曬雨淋。（3）影響石灰土強度的因素：①灰質對石灰土強度的影響：石灰質量應符合III級以上，并要盡量縮短石灰的存放時間。在同等石灰劑量下，質量好的石灰，改良效果好。②石灰劑量對石灰土強度的影響：石灰的劑量對石灰土強度影響顯著，石灰的含量較低時，石灰主要其穩定作用，使土的塑性、膨脹性降低，初步具有水穩性，密實度和強度得到穩定。隨著劑量的增加，強度和穩定性均提高。但石灰的含量超過一定數量后，過多的石灰將沉積在土中孔隙而不參加反應，會導致孔隙比增加、石灰土強度降低。因此，對于石灰改良土，存在最佳石灰劑量。③含水量對石灰土強度的影響：水是石灰土的重要組成部分。它促使石灰土發生物理化學變化，形成強度。施工時有水方便于土的粉碎拌和和壓實，并且有利于養生。不同土質的石灰土各有其自己的最佳含水量。通過擊實試驗，來控制施工中的含水量。所用水應是干凈的可飲用水。

2.3.2 用水泥改良

（1）適合水泥改良的土的類型：除有機質含量大及硫酸鹽含量大的土外，幾乎各種類型的土都可用水泥改良。但考慮到經濟性和施工的可能性，實際上各國對適宜于水泥改良的土的顆粒組成范圍都有一定的限制。我國《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-93）中，對水泥改良土用作路面底基層有如下規定：土的均勻系數大于5，液限小于40，塑性指數小于17。實際應用中，宜選均勻系數大于10，塑性指數小于12的細粒土。（2）水泥材料要求：普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥都可用于改良土，但應選用終凝時間較長（宜在6小時以上）的水泥。快硬水泥、早強水泥以及因受潮變質的水泥不應使用。宜采用標號較低（如32.5 #）的水泥。（3）影響水泥土強度的因素：水泥土的強度受到多種因素的影響，這些因素主要有土質、水泥成分和劑量、成型含水量、工藝過程、養生條件等，具體包括一下幾個方面：土質的影響、水泥成分和劑量、齡期（養生時間）、含水量及土與水泥灰的拌和均勻情況等。

2.4 廣梧高速公路高第十合同段高含水量高塑性土的摻灰改良情況

由于填料均來自路內的調配，其中大部分為隧道開挖的土方，均為不良土，因此設計明確要求對所有的不良土均采用摻3%的水泥進行改良，具體的改良過程如下：

先按試驗取得的數據鋪好土并劃好方格，以便準確的撒鋪水泥（目前沒有比較完善的水泥摻量控制的方法，只能采用近似的方法），按3%的水泥土比例在每個方格上均勻撒鋪水泥，完成后采用路拌設備對水泥土進行翻拌，直到看不到灰的顏色或不均勻的顏色為止，同時對拌好的水泥土進行檢測，檢查其水泥計量，最后用壓路機碾壓，直到滿足設計及規范的要求為止。

3 改良土路基的施工建議

3.1 改良土的制備及機具的選擇

（1）材料的采用及產品應達到的標準：普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥都可用于改良土，但應選用終凝時間較長（宜在6小時以上）的水泥。快硬水泥、早強水泥以及因受潮變質的水泥不應使用，宜采用標號較低（如32.5 #）的水泥。另外，目前規范沒有明確規定改良土的要求，建議達到以下標準：①改良土有效鈣鎂含量>70％；②細度要求：最大粒徑不宜超過5mm，0.074mm篩孔的通過量應不小于75％。

（2）改良土的設備選擇：因為改良土極易揚塵，特別是撒鋪水泥時，對周圍人畜、莊稼和環境都有較大危害，所以應輕鋪，不宜大動作的投鋪，遇大風天氣應停止撒鋪水泥。改良土的設備選擇應能達到兩個效果：①在每層全深范圍內能充分攪拌，確保攪拌均勻。②應能盡量的減少揚塵的發生，特別是對水泥灰的損失控制。

3.2 施工程序

3.3 施工要點

（1）在施工前和施工過程中，施工作業面內嚴禁使用重型壓路機碾壓，并禁止其它重型車輛通行。（2）壓實完成后，應進行必要的養生，養生期間，禁止通行。（3）對于已攤鋪而未來得及碾壓的改良土路段，遇雨時要進行搶壓，同時用防雨布進行覆蓋。如果局部侵入雨水，待雨停后，應立即打開防雨布，進行局部翻曬處理，個別積水嚴重地方可將原土翻松，重新撒鋪水泥，然后進行整平、碾壓。

參考文獻

［1］張登良，徐永明等.石灰、粉煤灰穩定土的早強試驗研究［J］.粉煤灰綜合利用，2007，（1）.

［2］鄒燕妮.鐵路路基工程的技術標準及設計特點［J］.路基工程，2006，（2）.