探討石灰改良紅黏土試驗及路基填筑技術

陳榮毅

（貴州遠航交通工程有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

高速公路路線范圍較長，需經過大面積紅黏土地區，通過深入研究紅黏土的性質指導工程建設具有重要意義[1-3]。結合某高速公路路基施工，對石灰改良紅黏土進行試驗探究，通過試驗段得到了壓實遍數、壓實速度、松鋪厚度及松鋪系數等相關技術參數，為后續施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

項目所在地區有大面積的紅黏土，室內試驗檢測數據表明，該類紅黏土液限大于50%，塑性指數高于26，不能用作路堤填料，需處理達標后方可用于高速公路路基填筑。

目前處理高液限紅黏土的措施主要有三類：物理改良、化學改良、包邊法。結合該高速公路路基工況，對紅黏土采取石灰改良措施，研究改良前后的物理性能、強度變化，通過施工石灰改良紅黏土試驗對實際應用效果進行檢驗分析。

2 石灰改良土試驗研究

2.1 試驗目的

該次對紅黏土進行了大量的室內試驗研究，包括原狀土的物理性質試驗和強度試驗，通過物理試驗對比分析紅黏土摻石灰前后的液塑限變化和最佳含水率、最大干密度變化；通過改良土的無側限抗壓強度試驗和CBR試驗，對比不同石灰摻比下改良土的7 d 無側限抗壓強度和CBR 值，確定合理的摻和比。

2.2 原狀土試驗

試驗所用的紅黏土原狀土，取自該高速公路K24+700的取土場，原狀土的物理性能（表1）及試驗結果如下：

表1 紅黏土的基本物理性質

2.3 石灰改良紅黏土試驗研究

目前處理紅黏土的方法主要是化學改良，在原狀土中摻入一定比例的石灰、水泥等外加劑，拌和均勻后與土壤顆粒充分發生物理化學反應，原狀土的物理力學性能隨之改變，結構變得更加穩定。依據路基施工規范，改良濕黏土應使用粒徑不超過20 mm 的生石灰粉[4-5]。

試驗摻配比例分別為0、3%、5%、7%、9%，依次進行擊實試驗、界限含水率試驗、7 d 無側限抗壓強度試驗及CBR 試驗（對應96%的壓實度）[6]。

2.3.1 擊實試驗

根據圖1 擊實試驗結果可以看出：石灰改良土的最佳含水率明顯大于原狀紅黏土，且隨著石灰摻比增大而增大；而石灰改良土的最大干密度則顯著低于紅黏土，且石灰含量越大，最大干密度越小。摻入石灰后，由于土顆粒的凝聚以及石灰與土的水化反應要消耗土中一部分水分，造成改良土最佳含水率增大。

圖1 不同石灰摻比的改良土擊實試驗結果對比

2.3.2 液塑限試驗

摻入石灰后，紅黏土顆粒與石灰之間發生離子交換，原來的黏性細顆粒絮聚成團粒結構。從圖2 可以看出，隨著石灰摻比的增加，石灰改良土的液限隨之降低，塑限隨之提高，塑性指數顯著降低。由此可知，高液限紅黏土摻入石灰后，親水性能減弱、水穩定性提高，工程性質得到改善。

圖2 不同石灰摻比的改良土液塑限對比曲線

2.3.3 無側限抗壓強度試驗及CBR 試驗

從圖3 可以看出，隨著紅黏土中石灰摻比增大，改良土的7 d 無側限抗壓強度和CBR 值呈現增大的趨勢，石灰摻比顯著影響改良土強度。石灰在摻比＜7%時主要起穩定紅黏土作用，有效降低紅黏土的高液限和塑性指數，水穩定性得到改善，強度明顯提高。但是石灰含量＞7%時，7 d 無側限抗壓強度提高不再明顯。7%石灰改良土7 d 無側限抗壓強度為0.64 MPa，能夠滿足設計要求的路床填料7 d 無側限抗壓強度不小于0.5 MPa 要求，最終確定最佳石灰摻比為7%。

圖3 不同石灰摻比對改良土7 d 無側限抗壓強度影響曲線

2.4 試驗總結

根據室內紅黏土改良試驗研究表明，紅黏土中摻入石灰后，有效降低了紅黏土的高液限和塑性指數，水穩定性得到改善，密實度和強度得到穩定，工程性質顯著改善。根據無側限抗壓強度試驗表明，石灰最佳摻比為7%，且CBR 值滿足高速公路對于路基路床填料的要求，7%石灰改良土可作為高速公路路基路床的填料。考慮到拌和時石灰的損耗，現場施工時石灰的摻量應該比室內試驗確定的最佳摻量適當提高0.5～1.0%[7-8]。

3 路床填筑石灰改良土試驗段施工

該高速公路設計交通等級為特重交通，路基路床部分共1.2 m，上路床20 cm 采用碎石填筑，其余100 cm路床進行摻灰改性處理并按照規范要求分層回填壓實。

試驗路采用路拌法施工，壓實厚度20 cm，通過試驗得到壓實度為96%時的碾壓遍數、速度、松鋪系數和厚度等相關指標。摻灰改良土填筑施工工藝流程見圖4。

圖4 摻灰改良土填筑施工工藝流程圖

3.1 攤鋪前現場準備工作

試驗路施工前，對試驗路段下承層（上路堤頂）的縱斷面標高、中線位移、寬度、邊坡等實測項目進行驗收，確保下承層各項指標符合規范要求。

為了確保試驗路壓實質量，控制好松鋪厚度非常關鍵。根據汽車拖斗容量，用石灰在路基表面劃出網格線，對松鋪厚度及進料速度實施嚴格控制。

3.2 布設土料、初平

K24 的取土場采用挖掘機裝土，由自卸汽車運至試驗路段，布料時應該嚴格按照現場劃好的石灰網格上土，才能保證松鋪厚度一致。

填料攤鋪前在路基邊線位置每10 m 插1 根標志桿，沿邊線方向用艷麗的繩子將標桿連接，在標志桿控制松鋪厚度位置做上標記，以保證推土機整平的平整度。

3.3 撒布石灰、現場拌和

根據前期室內改良土試驗結果得到的7%石灰改良土最大干密度，按施工面積和石灰摻比計算出每平方米紅黏土的石灰撒布量。

（1）現場石灰撒布施工采用專用的粉料撒布工程車，石灰撒布完成后，路拌機沿路線縱向方向進行拌和，嚴格控制拌和機行駛速度，確保勻速、穩定。

（2）為保證石灰拌和均勻，現場需要拌和兩遍。拌和過程中隨時監測拌和厚度，調整路拌機刀片。拌和均勻后現場試驗人員應及時對摻灰改良土含水量進行檢測，使得拌和均勻后的改良土含水率在最佳含水率±2%范圍內。

（3）改良土填料含水率較大時，應采取適當晾曬措施降低含水率，改良土填料含水率較小時應及時安排灑水車灑水。

3.4 精平

摻灰改良土拌制完成后，應及時通過平地機初步整平。待整平滿足規范要求后，隨即采用壓路機進行碾壓，對平整度達不到要求的部位，進行二次整平處理[9-10]。

對于局部標高偏低的地方，應將下部土層進行翻松處理，并用新拌制的改良土找補平整，嚴禁薄層貼補。

3.5 碾壓成型

石灰改良土精平后，應用26 t 壓路機按靜壓1 遍（初壓）→振壓（復壓使壓實度達到96%）→靜壓1 遍（終壓）的順序碾壓成型。

采用進退錯距法進行碾壓，先靜壓1 遍再振動碾壓，先弱振后強振，先低后高，碾壓完成后的路基應無明顯輪跡。

3.6 現場檢測

通過灌砂法對路基壓實度實施檢測，采取隨壓隨測的方式進行檢測，直至壓實度滿足96%為止。

在現場采用人工開挖檢測拌和深度并隨機取樣，在室內成型無側限抗壓強度試件，采用EDTA 滴定法檢測石灰劑量，采用5.4 m 貝克曼梁彎沉儀檢測路基彎沉。

3.7 石灰改良土試驗路總結

結合石灰改良土試驗路段的相關信息，可以得出如下結論：

（1）改良土施工主要施工機械包括：26 t壓路機1 臺，挖掘機3 臺，1 臺推土機，1 臺平地機，1 臺路拌機，1臺石灰撒布車。

（2）試驗路段壓實度檢測數據統計結果見表2。

表2 壓實度檢測數據統計結果

（3）通過表2 能夠看出，壓路機靜壓1 遍振壓3 遍后壓實度代表值達到97.1%，滿足規范規定的路基路床壓實度≥96%的要求，確定石灰改良土的碾壓工藝為：靜壓1 遍+振壓3 遍+靜壓1 遍。

（4）在試驗路段每隔20 m 布置1個測量斷面，每個斷面均勻設置7個點，計算得到平均松鋪厚度為25.6 cm，平均壓實厚度為20.7 cm，平均松鋪系數為1.24。

（5）現場取樣的混合料采用EDTA 滴定法檢測石灰劑量，石灰劑量檢測結果平均值為7.3%，表明改良土已經充分拌和均勻。試驗段完成施工后第二天進行路基彎沉現場檢測，檢測結論得出，改良土試驗路的代表彎沉值滿足設計要求。

4 結論

通過工程實踐能夠看出，在紅黏土中摻入適量石灰，能有效降低改良土的液塑性指數，顯著增強土體強度。

（1）紅黏土工程性質得到改善，確定最佳石灰摻比為7%，摻灰后改良土各項技術指標滿足高速公路路基路床填料要求。

（2）通過試驗段得到壓實工藝參數為：先采用26 t鋼輪壓路機靜壓1 遍，再振動碾壓3 遍，最后再靜壓1 遍，碾壓速度保持4 km/h 以下。

（3）路床1 m 厚石灰改良土采用分層碾壓，分層厚度為20 cm，結合試驗段得到改良土平均松鋪系數為1.24，其松鋪厚度不得超過25 cm。