淺談化新高速公路路基填筑的石灰改良土處理

史成武

河南高速公路發(fā)展有限責(zé)任公司，河南鄭州 450000

0 引言

近年來，我國高速公路發(fā)展十分迅速，對質(zhì)量的要求也越來越高，也就增加了施工和建設(shè)進(jìn)度控制的難度。路基工程作為高速公路建設(shè)的關(guān)鍵性工程，其施工進(jìn)度的快慢和施工質(zhì)量狀況，直接關(guān)系到后續(xù)路面工程，是決定項(xiàng)目建設(shè)周期長短的重要因素。

1 項(xiàng)目簡介

化新高速公路項(xiàng)目路線全線25.815km，路基平均填土高度4m，全線借土填方總量為3 450km3。本項(xiàng)目按平原微丘區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計速度100km/h。沿線地勢平坦，地形條件好，路線布設(shè)主要受沿線村莊的制約，在不過多增加拆遷的前提下，平、縱面設(shè)計采用了較高的指標(biāo)。

由于沿線地勢平坦，無大的土崗，路基取土非常困難。為節(jié)約耕地，路基土方施工土源全部采用沿線近距集中取土，取土深度在6m左右，全線地下水位較高，大多在1m左右，土源天然含水量較大，現(xiàn)施工單位試驗(yàn)檢測出土源的天然含水量為25%～30%，而試驗(yàn)做出土方碾壓的最佳含水量為12%～14%。土方的晾曬、施工周期較長。

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁┑臄?shù)據(jù)，該地區(qū)降雨量較大（年均980mm）。年平均降雨天數(shù)為60d，雨后影響天數(shù)約為70d（根據(jù)2010年上半年雨后實(shí)際影響天數(shù)推算），有效工作日僅為53d，施工工期極其有限。

綜上所述，在沿線土源缺乏、土質(zhì)較差、氣候不利、有效施工工期緊張的情況下，必須對原定路基填方方案進(jìn)行變更處理。

2 填方變更方案

2.1 填料比選

1）填料換填：換填毛渣碎石和換填河沙

毛渣碎石和河沙填筑路基，透水性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工快捷，受氣候條件影響小，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，毛渣碎石材源與河沙材源距施工現(xiàn)場平均運(yùn)距在95km左右，運(yùn)輸成本高，并且碾壓成型預(yù)算成本高，并不滿足控制造價的要求。

2）土質(zhì)改良：生石灰改良和水泥改良

水泥改良土，可有效提高路基強(qiáng)度，但對降低土方含水量、縮短每層土方填筑的施工周期無效果，不滿足降低土方含水量和加快施工進(jìn)度的要求。

生石灰改良土，可有效降低土方含水量，縮短每層土方填筑的施工周期，同時也可提高路基整體強(qiáng)度。另外，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，摻加生石灰每方增加費(fèi)用及土方填筑費(fèi)用不超過預(yù)算。

綜上所述，采用生石灰改良土質(zhì)，一方面可有效的降低土方含水量，縮短施工周期，同時還能提高路基整體強(qiáng)度，另一方面從經(jīng)濟(jì)角度比較是最合理的，所以生石灰改良土質(zhì)是首選方案。

2.2 生石灰改良土質(zhì)原理

將土粉碎,摻入適量石灰,在素土含水時拌和、壓實(shí),使石灰與土發(fā)生一系列的物理、化學(xué)作用,逐漸形成石灰土的強(qiáng)度。石灰土的強(qiáng)度往往在半年、一年以后還有所增長,且后期強(qiáng)度對石灰土具有更重要的意義。石灰土強(qiáng)度形成的因素,包括內(nèi)因和外因兩個方面。屬于內(nèi)因的有土質(zhì)、灰質(zhì)、石灰劑量、含水量與密實(shí)度等，屬于外因的有溫度、濕度、碾壓、齡期等因素。一般認(rèn)為石灰與土之間產(chǎn)生的化學(xué)的與物理化學(xué)的作用可分成四方面：1）離子交換作用；2）結(jié)晶硬化作用；3）火山灰作用；4）碳酸化作用。

石灰劑量對石灰土強(qiáng)度的影響較為明顯。劑量較低時(小于3%～4%) ,石灰主要起穩(wěn)定作用,即減少土的塑性、膨脹、吸水量,使土的密實(shí)度、強(qiáng)度得到穩(wěn)定。在一定劑量范圍內(nèi),石灰土的強(qiáng)度隨著劑量的增長而顯著增長,水穩(wěn)定性和凍穩(wěn)定性也有顯著變化,石灰主要起加固作用。但劑量超過一定范圍時強(qiáng)度反而降低。生產(chǎn)實(shí)踐中常用的最佳劑量范圍,對于黏性土及粉性土為8%～14%；對砂性土為9%～16%。

3 生石灰劑量比選

考慮本項(xiàng)目路基填土摻灰，目的是為了減少素土膨脹和含水率，加快土方施工進(jìn)度，故采用小劑量摻加。

摻加3%生石灰：降低土方含水量效果較差，減少晾曬時間僅為1d～2d，不能有效的提高施工進(jìn)度，同時也幾乎無法對土質(zhì)進(jìn)行改良。

摻加4%生石灰：可在一定程度上降低土方含水量，減少晾曬時間為2d～3d，并對土質(zhì)有一定的改良效果。

摻加5%生石灰：可有效降低土方含水量，減少晾曬時間為3d～4d，并對土質(zhì)有明顯的改良作用。

就工程需要而言，應(yīng)選擇可有效降低含水量和對土質(zhì)有明顯改良作用的灰劑量對土方進(jìn)行改良，則應(yīng)在4%和5%灰劑量中比選?；彝敛捎苗f犁翻曬拌灰，灰土拌和機(jī)破碎土顆粒的方式進(jìn)行施工，每立方4%灰土費(fèi)用遠(yuǎn)低于5%灰土，經(jīng)濟(jì)性較好。選擇4%灰土可降低土方含水量，加快施工進(jìn)度，同時對土質(zhì)有一定的改良作用，綜合考慮，選擇4%劑量的生石灰對土方進(jìn)行改良。

4 計劃摻灰改良路基段落及數(shù)量

按照上述控制工程計劃工期的安排，如全部填筑素土按7d填筑一層（試驗(yàn)段試驗(yàn)結(jié)果），一層土方平均為17萬方，在53個有效工作日內(nèi)可完成土方填筑1 290km3。

如按照變更后填筑4%石灰改良土，按4d填筑一層（試驗(yàn)段試驗(yàn)結(jié)果），一層土方平均為17萬方，在53個有效工作日內(nèi)可完成土方填筑2 250km3。則可在工期內(nèi)基本完成土方填筑任務(wù)。

為確保在要求工期內(nèi)通車目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)對全線土方全部摻灰改良，但本著節(jié)約造價的原則，充分考慮路基土方施工的同步性、均衡性，擬定對部分土方進(jìn)行摻灰改良。具體土方摻灰改良路段及數(shù)量為：填土高度2.5m以下路段全填筑素土；2.5m～4m路段應(yīng)部分摻灰改良；4m以上路段全部摻灰改良。

5 施工措施

1）在取土場采取多種措施進(jìn)行降水

（1）對周圍有溝渠的取土場，可在取土場周圍挖降水溝，通過周圍溝渠降水排走；

（2）對于周邊排水困難的取土場，可在取土場內(nèi)依次分區(qū)開挖，循環(huán)利用作為排水坑塘。

2）應(yīng)采取多種措施進(jìn)行土方晾曬

（1）將取土場中一部分作為晾曬場地，堆土瀝水；

（2）將路基中部分合適段落作為晾曬場地，堆土晾曬；

（3）臨時征用部分土地作為晾曬場地，進(jìn)行土方晾曬。

3）路基土方摻加4%白灰做土質(zhì)改良試驗(yàn)段

在以上兩項(xiàng)措施的基礎(chǔ)上，再對路基土方摻加4%白灰做土質(zhì)改良。通過施工現(xiàn)場路基土方試驗(yàn)段的施工，結(jié)合以往高速公路的施工經(jīng)驗(yàn)，可確定本項(xiàng)目土方施工在正常情況下每填筑一層素土約需7天，每填筑一層灰土約需4d。

4）加強(qiáng)施工中的工藝控制

（1）為加快土方晾曬和碾壓速度，施工中應(yīng)采用“小段落、大機(jī)群”，快速成型；

（2）路基土方碾壓時，路基橫坡應(yīng)不小于3%，并要保證平整，以免積水；

（3）對已攤開尚未碾壓的路基土方，在下雨前要及時平整并碾壓封面，并用彩條雨布進(jìn)行覆蓋，最大限度的減少雨水下滲；

（4）加快路基土方質(zhì)量檢測程序，隨時完成，隨時檢測；

（5）保證拌和均勻性，灰土中一系列化學(xué)反應(yīng)均在石灰和集料微粒接觸而進(jìn)行的，均勻拌和是保證石灰與其他微粒進(jìn)行充分接觸。

5）根據(jù)不同路段的具體情況考慮采用相應(yīng)的降水方法、晾曬措施和施工工藝，通過試驗(yàn)路段進(jìn)行多方案比較，最終確定合適的土方施工方案。

6 結(jié)論

1）采用摻灰處理后，有效加快了工程進(jìn)度

若全線素土在正常情況下每填筑一層素土約需7d，現(xiàn)每填筑一層灰土約需4d，可保證路基施工按時完成。

2）路基強(qiáng)度增加

（1）土體的黏性明顯降低：化新項(xiàng)目取土場土體的天然狀態(tài)平均含水量在27%左右。若不采用摻灰處理，土體在含水量降低的同時，土粒間的黏性連接不斷增強(qiáng)，土塊的硬度明顯增加，破碎困難，壓實(shí)難度很大。在取土場摻4%的石灰，堆放2d，翻拌后土體平均含水量24%，土粒的黏性明顯降低，呈碎塊狀，易破碎。將堆放2d的土攤鋪到路基上，松鋪厚度25cm，用旋耕機(jī)翻曬2d后，平均含水量降低到17%左右，可以進(jìn)行碾壓。

（2）石灰改良后強(qiáng)度顯著增加：摻拌4%石灰改良后，土體的CBR強(qiáng)度和回彈模量都大大提高。實(shí)驗(yàn)室用靜力壓樣法制取壓實(shí)度90%和96%的試樣在相對濕度大于90%、溫度20℃的條件下養(yǎng)護(hù)6d，然后侵入水中，分別在制樣后的第7、14、28、60、90d進(jìn)行CBR和回彈模量試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，改良土的CBR強(qiáng)度和回彈模量隨齡期而增長。

3）減少毛細(xì)水侵害路基

路基進(jìn)行4%灰土改良后路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大提高，可有效幫助減少毛細(xì)水上升對路基穩(wěn)定性的影響。

[1]王明懷.高等級公路施工技術(shù)與管理[M].北京：人民交通出版社,1998：267-276.

[2]張顯豐.白灰土中白灰劑量與最佳含水量的關(guān)系[J].黑龍江交通科技，2004(1).

[3]中華人民共和國交通部.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JJGB01-2003[S]，2004.