石灰改良膨脹土施工技術

張 諫

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

石灰改良膨脹土施工技術

張 諫

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

用石灰改良膨脹土修筑高速公路路基技術已被廣泛應用，介紹了湖北宜張高速公路采用的石灰改良膨脹土施工技術。通過采用現場集中拌制、砂化試驗、灰土的均勻性控制等措施，確保了施工質量和工程進度，取得了良好的效果。

石灰改良；膨脹土；砂化試驗；均勻性；宜張高速公路

1 工程概述

宜昌至張家界高速公路當枝段位于湖北省宜昌市，該地區膨脹土分布范圍較廣，項目全長39.4 km，其中30.5 km位于膨脹土區域，自由膨脹率為40%≤δef<60%(弱)、60%≤δef<90%(中)的膨脹土所占比例較大。

該項目一般填方路基設計方案為：根據路基填土的高度和分段，當高度小于、等于8 m時，邊坡坡率為1∶1.5；當高度大于8 m、小于等于20 m時，自上而下于8 m處設寬2 m、橫坡3%的路基中部平臺，平臺以上路堤邊坡坡率為1∶1.5，平臺以下路堤坡率為1∶1.75。護坡道寬度為2 m，外設路堤邊溝。

2 膨脹土路基的處理防治方案

湖北宜昌地區膨脹土的大氣活動區深度為2.1 m，為確保路基填料符合要求并保證路基的穩定性，對膨脹土路基填料進行石灰改良處理并對路床進行換填，具體處置方案如下：

膨脹土路基填料——當弱膨脹土作為路基填料時，脹縮總率不應超過0.7%，清表后，第一層30 cm采用4%石灰處理防治膨脹土填筑，向上依次采用三層弱膨脹土加一層4%石灰處理防治膨脹土填筑；當中膨脹土作為路基填料時，全斷面采用4%的石灰改良膨脹土分層填筑。強膨脹土不得作為路堤填料。

膨脹土路床處理防治——對于膨脹土路段填方路基和弱～中膨脹土挖方路基，50 cm下路床采用4%石灰改良土，30 cm上路床采用6%石灰改良土。對于強膨脹土挖方路基，上路床以下70 cm范圍采用4%石灰改良土分層填筑，上路床30 cm采用6%石灰改良土填筑。

2.1 工藝原理

利用生石灰在潮濕膨脹土中的水化作用和離子交換作用，在取土坑中摻入3%的生石灰堆土“燜料”，初步降低土的含水量并有效降低土顆粒的表面活動性，短期內減弱土顆粒間的粘聚力并使土料“砂化”。上料前，進行二次摻灰，使石灰劑量達到設計要求。土料上路后，經粉碎、整平、碾壓后，利用熟石灰的結晶效應、熟石灰與土的長期火山灰效應及熟石灰的長期碳酸化效應，提高石灰-土體系的整體強度和穩定性。

2.2 砂化試驗

為保證改良效果，改良膨脹土需達到砂化狀態，同時進行灰劑量測定和最佳含水量快速測定，以滿足路基填筑要求。由于現有規范對改良膨脹土在砂化過程中的所需時間無具體規定，因此，在大規模施工前，應通過試驗確定。

2.2.1 砂化試驗的目的

(1)確定摻灰工藝及摻灰比例；(2)確定悶料時間；(3)進行灰劑量測定和含水率現場的快速測定。

2.2.2 砂化試驗的方法

(1)在控制總摻灰量4%、首次摻灰不小于2%的前提下，首次摻灰比例為2%、2.5%、3%；相應二次摻灰的比例為2%、1.5%、1%。

(2)摻灰前用磅稱稱取消解好的石灰201.6 kg、252 kg、302.4 kg，分別用尼龍袋裝好并分別堆放。

(3)在取土場利用1.2 m3反鏟挖取5斗土，并用反鏟平攤成3 m×4 m、厚0.5 m，人工將稱好的201.6 kg石灰布灑于平整好的土板上，灑灰應均勻。

(4)灑灰完成后，用反鏟翻拌均勻并堆成土堆。記下土堆完成的時間，將其定為開始悶料的時間。

(5)48 h后，試驗人員每隔24 h對悶料土堆進行取樣試驗，取樣前，利用反鏟翻拌，共取6次，即悶料時間為2、3、4、5、6、7 d。

(6)重復上述(2)、(3)、(4)步驟，完成摻灰2.5%和3%的砂化試驗。三種砂化試驗同時進行。

2.2.3 砂化試驗取得的成果及其具有的指導意義

通過分別對中、弱膨脹土在取土場處進行的砂化試驗，得出的試驗結果為：第一次摻灰量為3%，悶料時間為4 d，能夠使團塊狀的膨脹土崩解，達到土團容易粉碎、形成較均勻的混合料。

3 施工方法

3.1 施工準備

(1)石灰的檢測。

施工用石灰進場前應進行抽檢試驗，同一廠家、品種、批號的石灰每200 t為一批，不足200 t時亦按一批計。除檢查生產檢驗報告和產品合格證外，還應檢驗石灰的有效鈣和氧化鎂含量。

(2)石灰的消解與堆放。

在每個取土區設置石灰消解坑，將需消解的石灰倒入石灰坑，采用花管注水充分消解并堆高悶放2～3 d后用于路基施工，這樣實施既利于徹底消解且不易揚灰，也減少了環境污染。對于消解后放置時間過長的石灰，使用前應重新測定其有效鈣及氧化鎂含量，確保石灰改善土的質量。

(3)施工區段的劃分。

施工前，先按照設計要求對天然原地面及溝塘進行處理。根據現場實際情況合理劃分作業區段，每一作業區段以100～200 m為宜。

3.2 路基清表

將施工區域內的樹木砍伐，表層覆蓋層清除厚度不小于10～30 cm，并將草皮、樹根清除干凈。

3.3 開挖排水溝

沿著地界線挖出縱向排水溝，排出原地面積水。施工排水溝與原有排水系統保持暢通，路堤坡面設置流槽接入坡腳排水溝。

3.4 填前碾壓

清表完成并經檢驗合格后，應及時做基底土擊實試驗并檢驗含水量，合格后即可進行填前碾壓。如地基表層為松散土層(旱地等)、厚度不超過30 cm時，可清除雜草后碾壓至90%密實度；當松散層厚度大于30 cm時，將其翻松晾曬碾壓或換填碾壓至規范要求。場地清理拆除及回填壓實后，重測地面標高。

3.5 備灰與備土

石灰應提前消化，備灰前根據灰劑量、不同含水量情況下的石灰松方干容重及石灰土最大干容重計算每m3的石灰用量，確定需備灰多少。根據段落劃分，確定每層需土料的多少，每段按3～4層進行備土。備土過程中，利用反鏟多次播拌，盡可能地將土塊切碎，達到碎土效果。

3.6 石灰土的拌和及悶料

石灰土在料場集中拌和，采用挖掘機與裝載機配合進行拌和。在進行土料開挖時，邊開挖土料邊上石灰，用挖掘機將土與石灰進行初步拌和，再用挖掘機與裝載機配合進行二次上灰及翻拌，將拌和好的石灰土打堆存放。拌和好的灰土應色澤均勻，無離析、成團塊現象。在雨天，應用彩條布覆蓋，防止雨水滲入。

對拌和好的石灰土現場進行悶料，悶料時間為4 d。

3.7 運輸及攤鋪

石灰土在拌和場拌和悶料完成并經檢測合格后，運至現場進行攤鋪，推土機按平整工藝進行施工，將料均勻地攤鋪在預定的寬度上，表面力求平整并有規定的路拱。根據土的壓實厚度、松鋪系數確定每車土的松鋪面積，然后在地面打方格，并以每個方格內上一車土進行控制。土料倒入方格后，立即根據石灰土的最佳含水量和干密度檢檢石灰用量和含水率是否合適，并檢驗松鋪層的厚度，看其是否符合設計要求。攤鋪石灰土的表面應沒有空白的表面。

3.8 碾 壓

碾壓采用振動式壓路機聯合完成。根據試驗段結果：93區碾壓時，一般碾壓4遍，先振動壓路機快速靜壓一遍→振動壓路機振壓2遍(中速或低速行進)→最后用振動光面至無明顯輪跡。總之，碾壓時遵循“由邊到中，先輕后重，由慢到快”的原則。碾壓必須連續完成，中途不得停頓，壓路機應及時碾壓作業，以減少碾壓成型時間，碾壓過程中應行走順直，低速行駛。

3.9 接縫處理

兩工作段的搭接部分應采用對接形式。接頭部位如不能交替填筑時，則先填路段按1∶1坡度分層留臺階；如能交替填筑，則應分層相互交替搭接，搭接長度不小于2 m。

3.10 試驗檢測

試驗員應駐守在施工現場，完成碾壓遍數后，立即取樣檢驗壓實度(及時拿出試驗結果)，并隨時測量和收集松鋪系數等基礎數據；壓實不足時應立即補壓，直到滿足壓實要求為止。

3.11 養 護

對不能及時覆蓋上層結構層的灰土，其養生期不少于7 d，采用灑水覆蓋養生法。養生期間要保持灰土表面經常濕潤，養生期內應封閉交通，除灑水車外禁止一切車輛通行。灰土完成并經驗收合格后，即可進行下道工序施工。每層填土碾壓成型后，立即組織人員進行驗收，主要驗收項目包括：壓實度、灰劑量、高程、寬度、平整度、外觀質量及內業資料等。

4 質量控制

4.1 施工中的灰劑量控制

(1)根據灰劑量、不同含水量情況下的石灰松方干容重及石灰土最大干容重計算每反鏟土料的石灰用量。

(2)在砂化完成后，進行二次摻灰，以確保其滿足設計要求。

(3)采用EDTA滴定法，測量改良土料的石灰含量，補足石灰至滿足設計要求。

4.2 石灰土拌和的均勻性控制

在取土坑采用反鏟進行石灰與土料的拌和。施工過程中，使用裝載機、挖掘機等進行灰土攪拌，若形成不了固定合理的攪拌工藝，灰土不易攪拌均勻。因此，需要注意所采用的拌和方法：一是布灰均勻性控制。現場監督挖掘機拌和過程，特別是布灰過程，以灰劑量為標準，通過計算指導駕駛員一次布灰量，通過學習并于現場操作合格的駕駛員方可參與拌和施工；二是多次摻灰。現場施工的土質參差不齊，有的含水量較高，土塊較大，不容易拌和均勻，多次摻灰能分攤其不均勻性，提高石灰和土的結合性。

4.3 質量控制措施

(1)加強取土坑的燜灰作業，確保土料的“砂化”效果；(2)及時、快速地測定土料的含水量，嚴格控制土料的含水量變化速率，及時組織機械設備進行相應工序的作業；(3)準確測定土料的松鋪系數，嚴格控制松鋪厚度，確保壓實厚度不超過30 cm；(4)準確計算摻灰數量，確保鋪灰均勻；拌和作業時，安排專人跟隨檢查，避免素土夾層和拌和不均勻現象；(5)嚴格控制碾壓前灰劑量及土料的拌和、粉碎效果，確保石灰改良效果；(6)加強施工期間的縱、橫坡調整及臨時排水措施，保護成型路基不被雨水沖刷和長期浸泡；(7)加強灰土的標準試驗工作，確保試驗結果準確、可靠；(8)膨脹土路基施工時應避開雨季，各道工序緊密銜接，連續施工，分段完成。路基填筑后不應間隔太久或越冬后再做路面；(9)膨脹土路堤按設計要求修整后，應立即進行邊坡防護工程施工，防止雨水侵蝕。

5 結 語

宜張高速公路當枝段現已通車，路基質量符合規范要求。采用“現場集中拌制”工藝對膨脹土進行改良處理，通過砂化試驗確定砂化時間，嚴格控制灰土的均勻性等措施使改良膨脹土的路基工程質量得到了有效保證，為膨脹土路基施工提供了一定的參考。

張 諫(1985- )，男，四川南充人，工程師，學士，從事公路工程施工技術工作.

(責任編輯：李燕輝)

2017- 04- 10

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