石灰水泥復合改良施工方法在高含水率粉土中的應用

中國鐵路上海局集團有限公司蘇北鐵路工程建設指揮部，江蘇 徐州 221000

1 工程概況

1.1 設計概況

連鹽鐵路為設計時速200km的客貨共線鐵路，其中DK189+842—DK195+229段路基位于鹽城市濱?？h，路基以填方形式通過，平均填高3.8～4.9m；基床表層采用級配碎石填筑，基床底層采用摻灰量為8%的改良土填筑，基床以下路堤采用摻灰量為6%的改良土填筑。路基改良土采用場拌法施工，塑性指數小于12時摻入水泥改良，塑性指數大于12時摻入石灰改良。

1.2 地質情況

連鹽鐵路濱海段路基位于濱海平原區，地下水主要為孔隙潛水，賦存于第四系全新統沖積、海相沉積地層中，屬弱透水層，受大氣降水和地表水的補給，水量較大，勘察期間地下水位埋深約0.5～1.0m。設計取土場為線路附件就近取土，設計取土量為16.8萬m3，取土深度為1～2m。根據土樣檢測報告，土質塑性指數Ip為9.4，土天然含水率為29%～30%，填料為低液限粉土，屬C組填料。

2 水泥改良施工

2.1 現場情況

根據設計要求，該段路基填料采用水泥改良土，設計7d無側限抗壓強度基床底層不小于350kPa，基床以下路堤不小于250kPa。

對取土場原土進行擊實試驗，其最大干密度為1.81g/cm3，最優含水率為13.2%。現場水泥改良土配合比試驗表明，基床以下路堤采用6%水泥摻量，基床底層采用8%水泥摻量均能滿足7d無側限抗壓強度的要求，其對應的最優含水率分別為13.3%和13.9%。水泥改良土配合比試驗結果如表1所示。

表1 水泥改良土配合比試驗參數

由于土場填料天然含水率過大，現場采用井點及排水溝進行降水。經連續降水20d后，土體含水率降至24%～25%，后續再持續降水，降水效果不明顯。由于土體含水率仍然偏大，無法直接運往填料拌和站拌和，因此考慮在取土場以堆高2m打堆、翻曬的方式降低原土含水率。由于濱海位于沿海區域，氣候濕潤，在土場連續晾曬16d后，土體含水率降至20%～21%，后期繼續翻曬，土體含水率降低幅度開始變小。

經測算，土體含水率降至最優含水率范圍還需繼續翻曬約24d（經后期現場試驗實測平均為23.5d），考慮前期降水和后續拌和、壓實等工序用時，該方案從項目施工組織和工期控制上不可接受。

2.2 建議方案

（1）更換土源。經與地方相關部門對接，不能提供其他取土場。

（2）大場地攤薄晾曬。調查周圍環境后并未找到具備大面積攤薄晾曬的場地。

（3）加入石灰采用石灰水泥復合改良。由于方案（1）和方案（2）受外在條件限制無法實施，現場考慮到生石灰消解時能消耗大量水分并散發熱量的特性，先采用生石灰與土體打堆悶灰降低原土內部分含水量，再摻加水泥拌和，即選定石灰+水泥復合外摻料作為固化劑對土體進行改良。

3 石灰水泥復合改良施工

3.1 配合比試驗

由于現行規范中沒有石灰水泥復合改良推薦摻入比及相關標準，現場考慮盡可能減少對原水泥外摻料膠結作用的影響，石灰采用較低摻灰量2%，水泥摻灰量按比例增加，以復合改良后7d無側限抗壓強度不低于原水泥改良土為原則，擬定石灰+水泥復合改良土摻量，試驗結果如表2所示。

表2 石灰水泥復合改良土配合比試驗參數

現場石灰水泥復合改良土配合比試驗表明，基床以下路堤采用2%石灰+4%水泥摻量、基床底層采用2%石灰+6%水泥摻量均能滿足復合改良后7d無側限抗壓強度不低于原水泥改良土的要求，其對應的最優含水率分別為16.7%和16.9%。

為進一步檢驗石灰水泥復合改良土的強度和穩定性，對現場選定的2%石灰+4%水泥復合改良土和2%石灰+6%水泥復合改良土在水中的濕化速度及崩解狀態做濕化試驗，經連續試驗48h，試件未發生崩解，水泥石灰復合改良土滿足要求。

3.2 總體方案

取土場降水后用挖掘機取土按比例摻加生石灰，堆成土堆悶料，悶料使生石灰充分消解，用挖掘機翻拌1～2次使石灰與土摻拌均勻。采用WDB700型改良土拌和站粉碎填料并按配合比加入水泥進行拌和，檢驗合格后自卸車運輸至路基進行填筑施工。

3.3 施工工藝流程

取土場降水→取土→石灰拌和、悶料、翻曬→水泥拌和、改良→運輸→攤鋪→整平→碾壓→檢測、養生→下層施工。

3.4 主要施工方法

（1）取土場降水。在取土場取土前20～30d開始進行降水，將含水量降低至24%～25%。

（2）取土。對取土場土體分區域取土，將土取出后堆高成1m左右的土堆，尺量出體積，換算成質量。

（3）石灰拌和、悶料、翻曬。根據計算出的土堆質量按配合比摻加生石灰。石灰用鏟車裝料，鏟滿車斗后過磅，運到堆好的土堆上。在摻過石灰的土堆上再堆放約1m高的土（石灰摻量按2m高土堆進行計算）。然后用挖掘機拌和，翻拌均勻后將土堆成堆悶料4d，4d后再用挖機翻拌1～2次，再悶料2d，使石灰充分吸水，達到降低土含水量的作用，同時也使生石灰充分消解。悶料結束后采用EDTA測定法對灰土進行石灰含量測定。此時的土含水率降低至20%～21%。繼續推平翻曬3d，使含水率再降低至19%～20%，此時可運往拌和站。

（4）水泥拌和、改良。將石灰土用WDB700型設備進行粉碎處理，對粒徑超過5cm的土體過篩后進行第二次破碎處理。符合要求的原料進入主機按配合比摻加水泥拌和均勻，拌和成品混合料經皮帶機運送進入儲料倉，此時復合填料的含水量為17%～18%。拌和結束后采用EDTA測定法對填料進行水泥含量測定，符合要求的填料方可運輸至施工現場。

（5）運輸、攤鋪、整平、碾壓、養生。石灰水泥復合改良土運輸、攤鋪、整平、碾壓、養生等施工方法，與石灰或水泥單一外摻料改良土施工方法類似，此處不再贅述。

（6）檢測。設計路基壓實標準為基床底層地基系數K30不小于110MPa/m，基床以下路堤地基系數K30不小于90MPa/m；基床底層壓實系數K不小于0.95，基床以下路堤壓實系數K不小于0.90。經現場試驗段檢測分析，基床以下路堤采用2%石灰+4%水泥摻量，基床底層采用2%石灰+6%水泥摻量，其石灰水泥復合改良土的地基系數K30和壓實系數K均滿足路基設計壓實標準。檢測結果如表3所示。

表3 復合改良土壓實檢測結果

4 結論

（1）采用石灰水泥復合改良土施工工藝，可滿足在富水條件下高含水率粉土等原土物理降水無法達到最優含水率范圍或不具備大面積場地翻曬時的路基填筑施工，降低了對施工場地的要求。

（2）在沿海氣候濕潤區域，高含水率粉土從取土至符合要求的改良土出場，在同等條件不考慮其他因素的情況下，石灰水泥復合改良用時遠遠低于原水泥改良，可有效減少翻曬時間，在縮短工期、加快施工進度方面效果顯著。

（3）石灰水泥復合改良可以顯著降低原土體含水率，提高填料最優含水率范圍，其施工質量可滿足路基結構各部位對填料的要求，并符合相應的壓實標準，可有效保證高含水率粉土改良施工的順利進行。