灰土樁用石灰穩定土質量控制

程衛剛

(山西省交通建設工程監理總公司，山西太原 030006)

0 引言

石灰穩定土就是在粉碎或原來松散的土中摻入一定量的石灰和水，經過拌合、壓實、養生至其強度符合設計要求時稱為石灰穩定土。利用石灰土對特殊地基進行處理從20世紀70年代起在我國北方地區已經得到了廣泛的應用。石灰穩定土具有較高的抗壓強度和抗拉強度、具有很好的水穩定性和一定的冰凍穩定性;有效的解決了北方地區濕陷性黃土、低液限粉土等不良土質地區路基施工的難題。大多數的土可以用石灰來穩定，施工方便，便于大量使用。

山平項目處于我國山西省北部，所處地段大部分為濕陷性黃土。本文結合山平高速公路建設過程中，對2/8灰土擠密樁特殊路基處理段所使用的石灰穩定土及所應用的原材料進行試驗分析，以確定所用穩定土的灰劑量曲線、最佳含水率、最大干密度，為施工做準備;確定合理的施工方案確保施工進度和工程質量。

1 石灰穩定土的原材料

1.1 生石灰粉

剛生產出來生石灰呈塊狀，這對灰土拌合的均勻性以及施工過程會帶來很大的難度，所以需要用一種專用的設備球磨機進行粉碎，形成生石灰粉，其化學成分不改變，稱之為球磨生石灰。

在生產石灰的原材料中常含有碳酸鎂，經過高溫煅燒后，分解成氧化鎂。在JC/T 479-92建筑生石灰中將生石灰粉中氧化鎂含量的不同分為鈣質石灰和鎂質石灰，當氧化鎂含量不大于5%時，稱之為鈣質石灰;大于5%時稱之為鎂質石灰。同時(JC/T 479-92)還規定了石灰的等級(見表1)。

表1 石灰等級劃分表

由于鈣質石灰和鎂質石灰在等級劃分的技術指標上面存在著很大的區別，所以在施工準備階段工地試驗室還要對石灰的有效氧化鎂含量進行化學試驗，確定是鈣質石灰還是鎂質石灰，這也是石灰進場前，石灰穩定土原材檢測的必檢項目。只有確定了是鈣質石灰還是鎂質石灰，才能夠進一步的確定石灰等級。

山平項目2/8灰土擠密樁特殊路基處理段要求用Ⅰ級生石灰。在開工前試驗室應對石灰進行的試驗主要有:1)有效氧化鎂含量的確定，即石灰有效氧化鎂的測定:JTG E51-2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程上規定用EDTA二鈉標準溶液滴定的方法進行確定，具體試驗操作步驟這里不再詳解。試驗過程中應注意EDTA二鈉標準溶液對氧化鈣、氧化鎂的滴定度的計算，以及最后計算的正確性。對于山平項目所使用的山西玉竹產的生石灰粉，有效氧化鎂含量為2.8%，小于規定值的5%，則判定該石灰為鈣質消石灰。2)石灰等級的檢驗:石灰等級的檢驗主要是檢測石灰氧化鈣和氧化鎂總含量占石灰樣品總質量的百分率。其化學反應原理就是氧化鈣、氧化鎂與水反應生成堿性溶液，然后與鹽酸滴定發生中和反應;根據鹽酸消耗量計算出來氧化鈣和氧化鎂的總含量，對照(JC/T 479-92)判斷出來石灰的等級。同時還對未消解的殘渣含量、二氧化碳含量和產漿量進行檢測，滿足設計要求的，可以取樣、進行灰土的拌合和灰劑量曲線滴定以及標準試驗的使用。容量瓶法檢測生石灰密度也是石灰進場時必不可少的一個檢驗項目，為以后的試驗提供有效的數據。

1.2 石灰穩定土用素土

依據圖紙設計，該施工段處于Ⅲ級自重濕陷性黃土段，濕陷性黃土是指飽和性結構不穩定的黃色土，在自重壓力作用下受水浸濕后，土的結構變壞，發生顯著下降的現象。該黃土雖然可以用于灰土的拌制，但是施工質量比較難控制，根據圖紙要求，應采用取土場的土進行拌合。在拌合前，應該對取土場的土進行性質判定，以便于石灰穩定土拌合方式的確定，制定相應的施工方案，提高工程質量。

在一般的施工過程中，有的時候對拌合用素土的性質的判定這一項工作經常會舍去不做;還有就是有時候做了但是還是沒有得到足夠的重視，這樣將會造成施工方案的不合理和不科學性，因為不同的素土，其天然成分以及物理性能會有著很大的差別，施工方法的不當將會對工程質量造成很嚴重的影響，同時還會帶來施工的不經濟性。

對于灰土樁用石灰穩定土的現場拌合，應采用場拌法，場拌法分為一次性拌合和分次拌合，具體采用哪一種方法，這就必須對素土進行顆粒分析和對液塑限進行具體的試驗分析，以便于確定采用適當的拌合方法。還要根據素土的性質以及當地施工條件，制定一些相應的措施保證灰土質量。

結合本項目，對取土場的素土檢驗結果為:該土的液限為27.6%，塑限為20.1%，結合篩分結果，依據JTG E40-2007公路土工試驗規程判定該土為低液限粉土。通過對土的顆粒分析，其不均勻系數Cu=3.5，曲率系數為Cc=1.35。由于不能夠同時滿足不均勻系數Cu＞5，曲率系數Cc在1～3之間的標準，因此，該土為級配不良的粉土。所以在施工過程中，要制定相應的措施。

2 石灰穩定土標準試驗

該工程要求使用2/8石灰穩定土，即石灰與土的體積比是2/8，這已經明確規定了穩定土的配比問題;在以往的經驗中，灰土的摻配比例經常用的有內摻法和外摻法兩種方法，然后經過灰土的無側限抗壓強度試驗確定合適的摻配比例。該項目業主及監理要求，灰土摻配按外摻法進行拌制灰土。因此，我們可以根據生石灰的堆積干密度以及素土的堆積干密度，以及2/8的體積比，換算出來設計灰劑量。

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試驗所得生石灰粉的堆積干密度是ρ1=0.514 g/cm3、素土的堆積干密度為ρ2=1.14 g/cm3，因此2/8灰土灰劑量的計算公式如下:

其中，ω為石灰灰劑量;ρ1，ρ2分別為生石灰粉的堆積干密度、素土的堆積干密度;V1，V2分別為生石灰粉的體積、素土的體積。

計算得:ω=11.3%，該灰土的灰劑量就是11.3%，即為設計灰劑量。

根據該設計灰劑量，利用取土場素土和生石灰粉樣品，分別配置灰劑量為7%，9%，11%，13%，15%的灰土試樣，然后根據(JTG E51-2009)試驗規程進行EDTA標準溶液的滴定，并記錄各自的EDTA二鈉標準溶液的消耗量。然后進行平行試驗，以同一石灰計量穩定材料EDTA二鈉標準溶液的消耗量的平均值為縱坐標、以石灰劑量為橫坐標制圖，做出一條標準平滑的曲線，以便施工過程中對混合料灰劑量的檢驗時使用(見圖1)(注:內摻法是石灰質量百分數11.3%和素土的質量百分數88.7%之和為100%;外摻法是素土質量百分數為100%與石灰質量百分數11.3%之和為 111.3%)。

圖1 EDTA標準曲線

最大干密度，含水率的確定:取適當烘干了的生石灰粉和烘干的素土，按質量比11.3(灰)/100(土)的比例進行拌制(即體積比2/8)，在拌制前素土和生石灰粉必須烘干，且必須過5 mm篩除大于5 mm的土塊和石灰塊。將拌合均勻的灰土干混合料按素土同樣的燜料方法，燜制不同含水率的樣品，進行灰土擊實試驗，獲取最大干密度 ρdm=1.760 g/cm3和最佳含水率 ω0=13.4%。這些數據為下一步試驗和以后的施工質量控制和檢測提供具體的參考標準。

3 石灰穩定土作用機理、灰土拌合

拌合用素土為級配不良好的低液限粉土，低液限粉土主要是粉粒還有部分砂粒組成，粘土顆粒極少，而土體本身的強度是靠土顆粒之間的摩擦和粘聚力。當采用石灰穩定土時，由于各種反應在土顆粒之間產生膠結作用相當于增加了土顆粒之間的粘聚力，因而強度得到了提高。生石灰粉剛消解時呈膠狀，其活性和溶解度較高，能夠保證石灰與土較好的作用。同時由于粉土的級配不好，而生石灰是很細的粉狀物質，比土的顆粒要小的多，這樣當灰土拌合在一起的時候，石灰粉還能夠充當“細粒”的作用填充在土粒之間，這客觀上也改變了粉土的級配。同時低液限粉土的水穩不強，石灰穩定土可以有效的改變它的濕變量，提高地基承載力。

所以生石灰穩定低液限粉土在現場施工拌合時，宜分兩次拌合，第一次拌合時石灰的產量應是設計產量的一大部分，充分改變低液限粉土的性質。再進行第二次拌合，使拌合更均勻，石灰粉與土更充分的接觸。在拌合時還要保證灰土的含水率在最佳含水率±1%范圍內。同時還應根據具體的施工環境，控制拌合用水，拌合好以后燜3 h～4 h后使用。

在施工前，試驗室還要按照JTG E51-2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程對灰土的無側限抗壓強度進行試驗，按照設計灰劑量、灰土的最佳含水率制備樣品。在制備試樣時，應保證計算灰土密度的準確性，以保證試驗數據的精確性。將制備好的試件標準養護7 d，放在水中浸泡24 h后取出，稱好質量m，高度h后，進行抗壓試驗，計算其無側限抗壓強度RC。當RC不小于設計值時，該灰土可以運用到施工工程中。若不滿足設計要求，則應重新分析石灰和土的性質以及灰土的比例，重新進行試驗。

4 結語

生石灰穩定土在施工準備階段對石灰原材檢測，以及素土性質的判定是必不可少的一個環節。通過對灰土標準曲線滴定、標準擊實試驗，得出的數據能夠為施工方案以及質量控制提供可靠的數據，希望同行們能夠對相應試驗檢測數據進行重視，以避免在施工過程中出現不必要的損失，保證工程質量。

［1］ JTG E51-2009，公路工程無機結合料穩定材料試驗規程［S］.

［2］ JTG E40-2007，公路土工試驗規程［S］.

［3］ JTG F10-2006，公路路基施工技術規范［S］.

［4］ 徐培華，王安玲.公路工程混合料配合比設計與實驗技術手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.