淺談化新高速公路路基填筑的石灰改良土處理

史成武

河南高速公路發展有限責任公司，河南鄭州 450000

0 引言

近年來，我國高速公路發展十分迅速，對質量的要求也越來越高，也就增加了施工和建設進度控制的難度。路基工程作為高速公路建設的關鍵性工程，其施工進度的快慢和施工質量狀況，直接關系到后續路面工程，是決定項目建設周期長短的重要因素。

1 項目簡介

化新高速公路項目路線全線25.815km，路基平均填土高度4m，全線借土填方總量為3 450km3。本項目按平原微丘區高速公路標準進行設計，設計速度100km/h。沿線地勢平坦，地形條件好，路線布設主要受沿線村莊的制約，在不過多增加拆遷的前提下，平、縱面設計采用了較高的指標。

由于沿線地勢平坦，無大的土崗，路基取土非常困難。為節約耕地，路基土方施工土源全部采用沿線近距集中取土，取土深度在6m左右，全線地下水位較高，大多在1m左右，土源天然含水量較大，現施工單位試驗檢測出土源的天然含水量為25%～30%，而試驗做出土方碾壓的最佳含水量為12%～14%。土方的晾曬、施工周期較長。

根據當地氣象局提供的數據，該地區降雨量較大（年均980mm）。年平均降雨天數為60d，雨后影響天數約為70d（根據2010年上半年雨后實際影響天數推算），有效工作日僅為53d，施工工期極其有限。

綜上所述，在沿線土源缺乏、土質較差、氣候不利、有效施工工期緊張的情況下，必須對原定路基填方方案進行變更處理。

2 填方變更方案

2.1 填料比選

1）填料換填：換填毛渣碎石和換填河沙

毛渣碎石和河沙填筑路基，透水性好，結構穩定，施工快捷，受氣候條件影響小，但從經濟角度考慮，毛渣碎石材源與河沙材源距施工現場平均運距在95km左右，運輸成本高，并且碾壓成型預算成本高，并不滿足控制造價的要求。

2）土質改良：生石灰改良和水泥改良

水泥改良土，可有效提高路基強度，但對降低土方含水量、縮短每層土方填筑的施工周期無效果，不滿足降低土方含水量和加快施工進度的要求。

生石灰改良土，可有效降低土方含水量，縮短每層土方填筑的施工周期，同時也可提高路基整體強度。另外，從經濟角度考慮，摻加生石灰每方增加費用及土方填筑費用不超過預算。

綜上所述，采用生石灰改良土質，一方面可有效的降低土方含水量，縮短施工周期，同時還能提高路基整體強度，另一方面從經濟角度比較是最合理的，所以生石灰改良土質是首選方案。

2.2 生石灰改良土質原理

將土粉碎,摻入適量石灰,在素土含水時拌和、壓實,使石灰與土發生一系列的物理、化學作用,逐漸形成石灰土的強度。石灰土的強度往往在半年、一年以后還有所增長,且后期強度對石灰土具有更重要的意義。石灰土強度形成的因素,包括內因和外因兩個方面。屬于內因的有土質、灰質、石灰劑量、含水量與密實度等，屬于外因的有溫度、濕度、碾壓、齡期等因素。一般認為石灰與土之間產生的化學的與物理化學的作用可分成四方面：1）離子交換作用；2）結晶硬化作用；3）火山灰作用；4）碳酸化作用。

石灰劑量對石灰土強度的影響較為明顯。劑量較低時(小于3%～4%) ,石灰主要起穩定作用,即減少土的塑性、膨脹、吸水量,使土的密實度、強度得到穩定。在一定劑量范圍內,石灰土的強度隨著劑量的增長而顯著增長,水穩定性和凍穩定性也有顯著變化,石灰主要起加固作用。但劑量超過一定范圍時強度反而降低。生產實踐中常用的最佳劑量范圍,對于黏性土及粉性土為8%～14%；對砂性土為9%～16%。

3 生石灰劑量比選

考慮本項目路基填土摻灰，目的是為了減少素土膨脹和含水率，加快土方施工進度，故采用小劑量摻加。

摻加3%生石灰：降低土方含水量效果較差，減少晾曬時間僅為1d～2d，不能有效的提高施工進度，同時也幾乎無法對土質進行改良。

摻加4%生石灰：可在一定程度上降低土方含水量，減少晾曬時間為2d～3d，并對土質有一定的改良效果。

摻加5%生石灰：可有效降低土方含水量，減少晾曬時間為3d～4d，并對土質有明顯的改良作用。

就工程需要而言，應選擇可有效降低含水量和對土質有明顯改良作用的灰劑量對土方進行改良，則應在4%和5%灰劑量中比選。灰土采用鏵犁翻曬拌灰，灰土拌和機破碎土顆粒的方式進行施工，每立方4%灰土費用遠低于5%灰土，經濟性較好。選擇4%灰土可降低土方含水量，加快施工進度，同時對土質有一定的改良作用，綜合考慮，選擇4%劑量的生石灰對土方進行改良。

4 計劃摻灰改良路基段落及數量

按照上述控制工程計劃工期的安排，如全部填筑素土按7d填筑一層（試驗段試驗結果），一層土方平均為17萬方，在53個有效工作日內可完成土方填筑1 290km3。

如按照變更后填筑4%石灰改良土，按4d填筑一層（試驗段試驗結果），一層土方平均為17萬方，在53個有效工作日內可完成土方填筑2 250km3。則可在工期內基本完成土方填筑任務。

為確保在要求工期內通車目標的實現，應對全線土方全部摻灰改良，但本著節約造價的原則，充分考慮路基土方施工的同步性、均衡性，擬定對部分土方進行摻灰改良。具體土方摻灰改良路段及數量為：填土高度2.5m以下路段全填筑素土；2.5m～4m路段應部分摻灰改良；4m以上路段全部摻灰改良。

5 施工措施

1）在取土場采取多種措施進行降水

（1）對周圍有溝渠的取土場，可在取土場周圍挖降水溝，通過周圍溝渠降水排走；

（2）對于周邊排水困難的取土場，可在取土場內依次分區開挖，循環利用作為排水坑塘。

2）應采取多種措施進行土方晾曬

（1）將取土場中一部分作為晾曬場地，堆土瀝水；

（2）將路基中部分合適段落作為晾曬場地，堆土晾曬；

（3）臨時征用部分土地作為晾曬場地，進行土方晾曬。

3）路基土方摻加4%白灰做土質改良試驗段

在以上兩項措施的基礎上，再對路基土方摻加4%白灰做土質改良。通過施工現場路基土方試驗段的施工，結合以往高速公路的施工經驗，可確定本項目土方施工在正常情況下每填筑一層素土約需7天，每填筑一層灰土約需4d。

4）加強施工中的工藝控制

（1）為加快土方晾曬和碾壓速度，施工中應采用“小段落、大機群”，快速成型；

（2）路基土方碾壓時，路基橫坡應不小于3%，并要保證平整，以免積水；

（3）對已攤開尚未碾壓的路基土方，在下雨前要及時平整并碾壓封面，并用彩條雨布進行覆蓋，最大限度的減少雨水下滲；

（4）加快路基土方質量檢測程序，隨時完成，隨時檢測；

（5）保證拌和均勻性，灰土中一系列化學反應均在石灰和集料微粒接觸而進行的，均勻拌和是保證石灰與其他微粒進行充分接觸。

5）根據不同路段的具體情況考慮采用相應的降水方法、晾曬措施和施工工藝，通過試驗路段進行多方案比較，最終確定合適的土方施工方案。

6 結論

1）采用摻灰處理后，有效加快了工程進度

若全線素土在正常情況下每填筑一層素土約需7d，現每填筑一層灰土約需4d，可保證路基施工按時完成。

2）路基強度增加

（1）土體的黏性明顯降低：化新項目取土場土體的天然狀態平均含水量在27%左右。若不采用摻灰處理，土體在含水量降低的同時，土粒間的黏性連接不斷增強，土塊的硬度明顯增加，破碎困難，壓實難度很大。在取土場摻4%的石灰，堆放2d，翻拌后土體平均含水量24%，土粒的黏性明顯降低，呈碎塊狀，易破碎。將堆放2d的土攤鋪到路基上，松鋪厚度25cm，用旋耕機翻曬2d后，平均含水量降低到17%左右，可以進行碾壓。

（2）石灰改良后強度顯著增加：摻拌4%石灰改良后，土體的CBR強度和回彈模量都大大提高。實驗室用靜力壓樣法制取壓實度90%和96%的試樣在相對濕度大于90%、溫度20℃的條件下養護6d，然后侵入水中，分別在制樣后的第7、14、28、60、90d進行CBR和回彈模量試驗，實驗結果可見，改良土的CBR強度和回彈模量隨齡期而增長。

3）減少毛細水侵害路基

路基進行4%灰土改良后路基強度和穩定性大大提高，可有效幫助減少毛細水上升對路基穩定性的影響。

[1]王明懷.高等級公路施工技術與管理[M].北京：人民交通出版社,1998：267-276.

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