石灰改良膨脹土路基施工

胡 波

0 引言

在路基施工中膨脹土的危害是十分嚴重的，有“逢塹必滑，無堤不塌”之說。因其具有經受干、濕循環，土體重復收縮、膨脹的性質，造成土體強度急劇衰減，對路基穩定性產生較大影響，導致路面開裂、松散脫落、路基下沉、邊坡沉塌、滑坡等病害問題。因此膨脹土不能直接作為路基填料，必須經過改良處理，改變其物理、化學性質，達到降低膨脹土膨脹潛勢，增加強度和提高水穩性的目的，有效防止土體變形，保證路基穩定、耐久。蚌淮高速公路淮南段，地域屬江淮波狀平原區是安徽省境內膨脹土分布區域之一，區域內土體普遍具弱 ～中度膨脹性。經設計單位的調查研究，該段路基使用石灰改良膨脹土的方法進行填筑。

1 石灰改良膨脹土的機理

生石灰的化學成分主要是CaO，加入土中后，會發生相應的物理變化和化學反應，致使石灰土的剛度不斷增大，強度和水穩性不斷提高。其作用機理一般有以下四種:

1)陽離子交換作用:石灰同膨脹土摻合后，土中將產生過量的Ca2+，它能置換土中其他低價離子。2)絮凝或團聚作用:主要是使土中的小團粒變成大的團塊。3)碳化作用:土中的石灰同空氣中的二氧化碳發生作用，可形成CaCO3晶體。4)膠結作用:適量的石灰和水可同土中大量存在的硅、鋁或兩者同時作用而產生較強的粘結物質，在這種高堿性的環境中，主要產生氫氧化鈣鋁。

在以上因素的綜合作用下，土的結構也發生了較大變化。

2 石灰改良膨脹土的性質

消除膨脹土的破壞性膨脹是膨脹土施工的關鍵環節，膨脹土中加入石灰后，二者發生物理和化學作用，包括離子交換、Ca(OH)2結晶、碳酸化和火山灰反應。Ca(OH)2離解后的Ca2+與粘土膠體反粒子層上的K+，Na+進行交換，膠體吸附層減薄，膠體顆粒發生聚結;Ca(OH)2與水作用形成的含水晶體將粘土顆粒膠結成整體，以及形成CaCO3過程的碳酸化反應和形成硅酸鈣、鋁酸鈣過程的火山灰反應均改變了膨脹土的力學性質，其強度和水穩定性大大提高，脹縮性也得到控制。

3 石灰改良膨脹土路基施工

石灰改良膨脹土的施工方法比一般路基施工增加了石灰摻入的過程，即:使含水量合適的膨脹土與摻入的石灰充分混合接觸，并產生物理化學反應，以達到降低或消除膨脹土膨脹性，增加其水穩性和耐久性的目的。石灰改良膨脹土的施工質量控制主要包括壓實度、混合料含水量和石灰劑量的檢測和控制。石灰改良膨脹土路基填筑采用路拌法，按“三階段、六區段、十流程”的施工工藝組織施工。具體為三階段:準備階段、施工階段、竣工階段;六區段:填土區段、拌和區段、水灰檢測區段、平整區段、碾壓區段、壓實檢測區段;十流程:施工準備、基底處理、分層填筑、初壓平整、布灰拌和、灑水晾曬、填料整平、碾壓夯實、檢測記錄、整修養生。工藝流程圖見圖 1。

3.1 施工準備

施工前的準備工作極為重要，它是組織施工的第一步，是保證路基施工的基本工作順利完成的前提條件。石灰的質量要按規范要求進行控制，對生石灰必須進行取樣檢驗，目的是檢測有效CaO+MgO的含量不小于70%。

在施工準備中，除了要做一些常規的準備外，還要做好石灰加工的準備工作，根據設計要求，如果使用熟石灰改良膨脹土，應該選擇避風近水的場所進行石灰的消解、過篩，并把消解殘余物集中堆放，并及時清除，做好相應的環境保護工作。

3.2 基底處理

為降低路基本體水位，沿路基兩側開挖臨時排水溝，引流至附近溝渠，降低路基基底范圍的地下水位和含水量，并在施工過程中，隨時保持臨時排水系統的暢通。按照施工互不干擾的原則劃分作業區段，區段長度宜在 100m～200m之間;水位降低后利用推土機推除表層 20 cm種植土，裝運至棄土場。線路范圍之內的雜草及不良土質全部清除干凈后，對基底土進行翻松 30 cm晾曬，然后穩壓布灰，對基底 4%石灰土采用20 t以上的壓路機振動碾壓，并利用輕型動力觸探儀或K30進行基底試驗，經檢驗路基基底的壓實度大于 90%時，方可進行填土。

3.3 分層填筑

按橫斷面全寬縱向水平分層填筑方法，采用自卸車卸土。在用自卸車裝填料前，應將樹根等雜質清除干凈，并根據車容量和松鋪厚度計算堆土間距，以便平整時保證松鋪厚度的均勻。為保證邊坡的壓實質量，填筑時在路基兩側各加寬 50 cm左右。

3.4 攤鋪初平

攤鋪后用履帶式推土機推平并將大塊料碾碎，控制填土層的松鋪厚度，用路拌機將大粒徑土打碎一遍，然后用平地機進行平整，個別不平處用人工配合找平，避免出現壓實后土體厚度不均現象，確保層間接觸良好。

3.5 布灰拌和

當平整好后，用石灰畫出 3m見方的縱橫向方格網，根據含灰率，確定每個方格內石灰用量，并以石灰干密度折合成體積的高度為標準確定掛線高度，然后用計量過的袋裝灰堆放在方格網內，人工解袋，并用木板耙均勻的把灰分布在方格網內。布灰人員應穿上防護服，戴好口罩，做好安全保護。當風力大于 4級時，不宜安排布灰作業。石灰布好后，用路拌機進行拌和，拌和深度應侵入下承層1 cm～2 cm。路拌機輪跡搭接寬度不小于50 cm，設專人跟隨拌和機，隨時檢查拌和搭接寬度和深度。發現與規定不符時，及時配合路拌機操作員進行調整，并注意對混合料含水量、顆粒細度、含灰率均勻度的檢測。

3.6 灑水晾曬

由于膨脹土的天然含水量較高，在與生石灰充分拌和后，經過一段時間，使石灰與土進行充分的物理化學反應，降低膨脹土的早期脹縮變形。改良后的膨脹土填料在碾壓前應控制其含水量在由試驗段壓實工藝確定的施工允許含水量范圍內。當填料含水量較低時，應及時采用噴灑補水措施;當填料含水量過大時，可采用晾曬和增減拌和遍數的辦法。

3.7 碾壓夯實

當混合料處于最佳含水量以上 1個～2個百分點，顆粒粒徑大于 15mm的不超過 20%，含灰率及其均勻度滿足設計要求時，即可進行碾壓。壓實順序應按先兩邊后中間，先快后慢，先輕壓靜壓后重壓的操作程序進行碾壓，兩輪跡搭接寬度一般不小于40 cm，兩區段縱向搭接長度不小于2m。

3.8 填料平整

用推土機初平，壓路機靜壓一遍后用平地機精平，控制層面無明顯的局部凹凸，按設計要求做出 2%～4%的路拱，并保證縱向平順。

3.9 檢驗簽證

路基填土壓實的質量檢驗應隨分層填筑碾壓施工分層檢驗。含灰率檢測采用EDTA或鈣離子直讀儀法，壓實度采用環刀法進行檢測，地基系數采用承載板試驗進行檢測。

3.10 修整驗收

使路基成形，達到規范要求的，在下層完成經檢驗質量合格后，若不能立即鋪筑上層的或暴露于表層的改良土必須進行保濕養生，養生可采用灑水后草袋覆蓋的方法，養生周期一般不少于7 d。路基施工進行到一定階段，應刷坡整形;分部施工完畢，對其外觀進行修整，組織中間驗收;路基工程全部完工，整形完畢，組織竣工驗收。

4 石灰改良膨脹土施工控制要點

4.1 嚴格控制標高

用“灰點法”控制高程，保證松鋪厚度。灰土初平時應高于設計標高5mm～10mm，填料不夠及時補充，并采用灰土拌和機翻松，達到上下層松鋪系數一致;精平時刮掉灰土層 5～10，杜絕精平后找補現象。

4.2 控制含水量

灰土最后一次拌和前，試驗人員應及時檢測含水量。春季和夏季施工，灰土含水量一般控制在比最佳含水量高 1%～2%;雨季施工，由于空氣潮濕，一般控制在最佳含水量 ±1%之間。達不到最佳含水量時，需及時灑水補充，然后翻拌;含水量過大則需晾曬，接近施工最佳含水量時再碾壓。

4.3 雜物清除

人工配合機械作業，將灰土中超規格的石塊、土塊等雜物清理干凈，特別是表面土塊和石塊的清理避免精平時土、石夾在平地機刀片中，帶出溝槽坑洼。

4.4 拌和質量控制

在灰土施工過程中，應嚴格控制松鋪厚度不大于灰土拌和機的有效拌和深度，且最厚不大于25 cm。灰土拌和應均勻，不留“素土”、施工層間夾層。

4.5 壓實質量控制

壓實要在最短時間內達到規范要求的密實度;灰土含水量過大或過小或表面過濕時，應禁止碾壓，待灰土含水量滿足要求且灰土層不粘輪時方可碾壓;如果施工區段較長，碾壓不可能在短時間內完成，灰土填層表面應及時補充水分，待水分浸透下去，表面多余水分基本吹干，碾壓不粘輪時再進行補壓。

4.6 石灰質量控制

石灰標準要求達到 3級以上，石灰進場后應盡快使用，盡量縮短存放時間;存放期間應覆蓋，防止雨淋;消解時間一般控制在7 d以內，以免有效成分衰減損失過大。

5 施工體會

摻入相應劑量的石灰能有效改善膨脹土的性能，相對一般路基施工工藝主要增加石灰摻入的過程，既增加了拌和工藝，且易于操作。填料拌制時，均應拌制成粉狀或細小的顆粒狀，不應含有大塊土團或大顆粒，否則石灰土的性能將受到很大的影響，這是石灰改良膨脹土填料質量控制的關鍵。施工過程中應嚴格控制最佳含水量、松鋪厚度、拌和深度。

[1] 徐敦美.膨脹土路基石灰改良施工工藝試驗研究[D].成都:西南交通大學，2005.

[2] JTG 013-95，公路路基設計規范[S].

[3] TB 10035-2002，鐵路特殊路基設計規范[S].