生石灰改良高液限土路基施工工藝研究

李象金 席文勇 徐海波

(1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013; 2.水利部淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000)

0 引言

在我國中部和西南地區(qū)高等級公路建設中常常遇到大量的高液限土，高液限土具有天然含水率高、液限高、塑性指數(shù)高、細粒含量高、保水性強的特征。用高液限土作為路堤填料時，主要工程問題有:1)含水率控制問題。天然含水率遠高于最優(yōu)含水率，要降低其含水率至最優(yōu)含水率附近很難，碾壓時若含水率過高則難以壓實，如果含水率低于塑限，則土體堅硬，難以粉碎[1];2)強度問題。高液限土的強度(CBR)低，一般難以滿足規(guī)范[2]要求;3)水穩(wěn)定性問題。高液限土的水穩(wěn)定性差，當土體失水時，隨水分的喪失，表現(xiàn)為土體收縮開裂。鑒于上述問題，我國現(xiàn)行JTG D30-2004公路路基設計規(guī)范[2]規(guī)定:“高液限土不能直接作為路堤填料。當利用挖方路段高液限粘土填筑路堤時，應進行處治”。

林光忠[3]、田洪力等[4]采用干密度及飽和度雙控制指標，對一定含水率范圍內(nèi)的高液限粘土采用相應的碾壓參數(shù)指導和控制施工過程，可使碾壓后的高液限土滿足90區(qū)要求;李輝等[5]通過室內(nèi)試驗分析了高液限土的物理力學特性，并建議引入空氣體積率作為路基壓實的控制指標。徐丁良[6]進行了直接利用高液限土填筑路基的室內(nèi)—現(xiàn)場聯(lián)合試驗，提出了高液限土施工工藝控制的關鍵在于松鋪厚度和壓前含水率的控制以及必要的防、排水措施。曹沂海等[7]通過研究也得出了類似結論。

1 石灰改良高液限土碾壓試驗

為驗證壓路機的碾壓噸位對試驗結果的影響，本次試驗采用三一重工YZ18C單鋼輪振動壓路機、寶馬格BW226DH型單鋼輪振動壓路機對攤鋪好的土料進行對比碾壓試驗。YZ18C型單鋼輪振動壓路機的工作質量為18 800 kg，振動頻率為29 Hz/35 Hz，名義振幅為1.9 mm/0.95 mm，激振力為380 kN/275 kN;寶馬格BW226DH型單鋼輪振動壓路機工作質量為26 t，振幅為2.5 mm，激振力為41 t。碾壓試驗路段長度為110 m，寬度為25 m，土料的松鋪厚度為25 cm。碾壓前先將摻入生石灰燜料后的土料用推土機推平，再用旋耕機粉碎兩遍，然后進行碾壓。

1.1 8%生石灰改良高液限土碾壓試驗

土料為高液限粘土，其液限為75.3%，塑限為32.3%，塑性指數(shù)為43，小于0.074 mm的細粒含量為78.8%，天然含水率為30.2%～34.7%，摻8%生石灰燜料三天后含水率為 21.8%～27.3%，生石灰改良土的最大干密度為1.58 g/cm3，最優(yōu)含水率為24.6%。YZ18C型壓路機碾壓工序為:靜壓1遍(BW226DH型壓路機)→小振1遍→大振3遍→小振1遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍(考慮到YZ18C型壓路機碾壓至6遍～9遍期間壓實度基本沒有增長，最后3遍采用BW226DH型壓路機碾壓)→檢測壓實度(共碾壓12遍);BW226DH型單鋼輪壓路機碾壓工序為:靜壓1遍→振動3遍→靜壓2遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度(共碾壓12遍)。改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關系見圖1。

圖1 8%生石灰改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關系

從圖1可以看出，YZ18C型壓路機碾壓到6遍～9遍過程中改良土的壓實度沒有增長，改用BW226DH型壓路機加壓3遍后改良土的壓實度也基本沒有增長;BW226DH型壓路機碾壓到6遍～12遍過程中改良土的壓實度增長幅度較小。碾壓到12遍時所有檢測點的壓實度均低于設計要求的93%。初步分析可能的原因為:1)生石灰摻量過高，土團之間石灰過多，導致土團之間粘聚力降低，碾壓時難以成型;2)壓實度檢測時發(fā)現(xiàn)頂部10 cm左右土團之間板結程度較好，而下部土團之間則基本沒有板結，比較松散?？赡艿脑蛴袃牲c:a.碾壓層下臥土層密實度較低，造成能量的耗散;b.拌合機械的拌合沒有達到預期的效果，灰土拌合不均。3)碾壓時振動碾壓遍數(shù)過多，YZ18C型壓路機碾壓過程中小振1遍，大振3遍，BW226DH型壓路機振動3遍，振動碾壓時產(chǎn)生的裂縫破壞了土體的板結結構，影響了壓實效果。

1.2 5%生石灰改良高液限土碾壓試驗

土料為高液限粘土，其液限為61.4%，塑限為29.2%，塑性指數(shù)為32，小于0.074 mm的細粒含量為79.0%，摻5%生石灰燜料三天后含水率為24.2%～27.6%。5%生石灰改良土的最大干密度為 1.53 g/cm3。

YZ18C型壓路機碾壓工序為:靜壓1遍→大振2遍→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍(考慮到YZ18C型壓路機碾壓至6遍～9遍期間壓實度基本沒有增長，最后3遍采用BW226DH型壓路機碾壓)→檢測壓實度(共碾壓12遍);BW226DH型壓路機碾壓工序為:靜壓1遍→振動1遍→靜壓4遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度(共碾壓12遍)?？紤]到振動碾壓會使石灰改良土產(chǎn)生裂縫會降低土體的強度及破壞板結結構，本次試驗將YZ18C型壓路機的大振遍數(shù)由原來的3遍改為2遍，將大振改為靜壓;BW226DH型壓路機的振動遍數(shù)由原來的3遍改為振壓1遍，同時增加2遍靜壓，碾壓工藝改變后碾壓過程中沒有出現(xiàn)裂縫，說明石灰改良高液限土比較適合靜壓的施工方式。改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關系見圖2。

圖2 5%生石灰改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關系

從圖2可以看出，5%生石灰改良土YZ18C型壓路機碾壓到6遍～9遍過程中改良土的壓實度基本沒有增長，改用 BW226DH型壓路機碾壓加壓3遍后改良土的壓實度增長幅度較小;BW226DH型壓路機碾壓到6遍～12遍過程中改良土的壓實度增長幅度較小。碾壓到12遍時所有檢測點的壓實度均低于設計要求的93%。1)室內(nèi)擊實試驗的摻灰方式與現(xiàn)場摻灰方式差別太大，土與石灰發(fā)生反應使粒間粘結增強，導致碾壓時難以成型。2)石灰改良土碾壓時應以靜壓為主。3)一次性摻入足夠量的生石灰改良高液限土現(xiàn)場碾壓效果不佳。

1.3 3%生石灰+2%熟石灰改良高液限土碾壓試驗

土料為高液限粘土，其液限為61.4%，塑限為29.2%，塑性指數(shù)為32，小于0.074 mm的細粒含量為79.0%，摻3%生石灰燜料三天后含水率為27.3%～29.6%，在碾壓的前一天摻入2%熟石灰。3%生石灰+2%熟石灰改良土的最大干密度為1.52 g/cm3，最優(yōu)含水率為24.2%。

碾壓機械、碾壓工序、土料同一次摻灰5%生石灰改良土。改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關系見圖3。

圖3 3%生石灰+2%熟石灰改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關系

從圖3可以看出，3%生石灰+2%消石灰改良土YZ18C型壓路機碾壓到6遍～9遍過程中改良土的壓實度基本沒有增長，改用BW226DH寶馬格振動壓路機碾壓加壓3遍后改良土的壓實度也基本沒有增長;BW226DH寶馬格振動壓路機碾壓到12遍時所有檢測點的壓實度均高于設計要求的93%。

2 結語

1)在高液限土中摻入生石灰可以有效降低高液限土的含水率，摻入生石灰的前兩天土料的含水率下降較多，第三天后土料的含水率變化較小，建議采用生石灰降低高液限土含水率，燜料時間為3 d，即在摻入生石灰后的第三天開始碾壓。2)用生石灰改良高液限土時生石灰的摻量不宜太高，生石灰摻量過高時土團之間石灰過多，導致土團之間粘聚力降低，碾壓時難以成型。3)生石灰改良高液限土宜采用重型壓路機碾壓，碾壓時應以靜壓為主。

[1] 唐健良.高液限土在路基填筑的應用[J].廣東交通職業(yè)技術學院學報，2004(2):19-20.

[2] JTG D30-2004，公路路基設計規(guī)范[S].

[3] 林光忠.高液限土在高速公路路基中的應用探討[J].公路交通技術，2006(3):4-7.

[4] 田洪力，戈祥林，黃 貴.高液限粘土在高速公路路基中的應用[J].廣西城鎮(zhèn)建設，2008(1):84-87.

[5] 李 輝，夏柏如，王 園.高液限粘土路基填土工程性質探討[J].中國地質災害與防治學報，2006(12):142-144.

[6] 徐丁良.直接利用高液限土填筑路基的室內(nèi)—現(xiàn)場聯(lián)合試驗法[J].巖土工程界，2005，8(3):34-36.

[7] 曹沂海，陳 宏.改良后的高液限粘土在高速公路施工中的應用[J].鐵道工程學報，2006，11(8):34-37.