淺析“戧灰”處理濕軟土路基

摘要：通過對東營市城區(qū)地質(zhì)情況的描述，分析了城鎮(zhèn)道路施工中處理軟土基的“戧灰”機理，對常用的“戧灰”方法進行了對比，總結(jié)出東營市城區(qū)處理濕軟土路基的最優(yōu)辦法。

關(guān)鍵詞：戧灰；軟土基；路基處理

東營市城區(qū)地處黃泛淤積平原，屬黃河三角洲沉積的退海之地，地勢平坦，海拔較低，區(qū)域內(nèi)水系較豐富，地下水位較高，有鹽堿上升現(xiàn)象。地表下埋藏有深厚的第四紀(jì)松軟覆蓋層，接近地表部分，有厚度不等的淤泥和淤泥粉砂質(zhì)軟土基，具有高壓縮性、透水性小、承載力弱、強度較低及變形穩(wěn)定需要的時間長等特點，加上地表水和地下水共同作用，濕軟地基十分普遍。

10多年前，東營地區(qū)的市政道路多為零填。對原地面進行填前碾壓后即施工石灰土底基層，原地面以下深埋的濕軟土基未予考慮。當(dāng)時由于東營是新建城市，交通量不大，質(zhì)量隱患暴露不突出。隨著時間的推移，城市不斷擴展，交通量與日俱增，濕軟土基埋藏下的隱患逐步顯現(xiàn)，致使路面基層和面層出現(xiàn)不同程度的陷落，尤其是快車道渠化交通部分更為明顯，繼而造成積水，在行車作用下，路面破壞嚴(yán)重?，F(xiàn)狀促使工程技術(shù)人員開始對道路軟土地基的處理高度重視。

經(jīng)過近年來的不斷探索我們初步取得了一些經(jīng)驗，認(rèn)識到“戧灰”是技術(shù)上先進合理、經(jīng)濟上切實可行的較好的軟土土基處理方法。

一、“戧灰”的機理

東營地區(qū)所引用的石灰均由淄博和青州購進，由石灰石煅燒而得。石灰煅燒的化學(xué)方程式如下：

生石灰遇水就開始消解，同時釋放出大量的熱：

氫氧化鈣繼續(xù)硬化，其硬化反應(yīng)為：

碳酸是空氣中所含二氧化碳和游離的水所產(chǎn)生的。

生石灰加入濕土中并拌合后，生成的消石灰使土的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)很快開始變化。起初是絮凝和絮聚，隨后粘土顆粒就形成粗粉粒狀的較大顆粒。這種變化依次逐漸改變土的液限、塑限、塑性指數(shù)和壓實性能。

絮凝作用因于離子交換，一般是游離鈣離子占據(jù)吸附在粘土礦物質(zhì)周圍的其他離子。在碳化過程中，還會產(chǎn)生某些能發(fā)揮輕微膠結(jié)作用的碳酸鈣。石灰與土的另一種反應(yīng)是火山灰反應(yīng)。硅酸鹽和鋁酸鹽元素從粘土礦物質(zhì)中分離，再次引起密實土—鈣的混合物緩慢的膠結(jié)，這種反應(yīng)長期進行。

石灰與土拌合后氫氧化鈣很快離解成鈣離子和氫氧根離子，改變著粘土礦物質(zhì)的電表面力，使土的結(jié)晶結(jié)構(gòu)大部分損失。

凝膠物質(zhì)將礦物顆粒連接和膠結(jié)起來，改變整個孔隙結(jié)構(gòu)。凝膠逐漸發(fā)展到“新生石”，完成固化過程。

總之，石灰加入土中后，發(fā)生離子交換反應(yīng)，氫氧化鈣的結(jié)晶反應(yīng)和碳酸化反應(yīng)以及火山灰反應(yīng)等一系列化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，結(jié)果使粘土顆粒絮凝，發(fā)生晶體氫氧化鈣、碳酸鈣和含水硅、鋁酸鈣等膠結(jié)物。逐漸由凝膠狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化，致使石灰和土的混合料的剛度不斷增大，強度和水穩(wěn)性不斷提高。

二、“戧灰”在城鎮(zhèn)道路路基處理中的應(yīng)用

采用“戧灰”處理的路基，有良好的力學(xué)性能和板體性，也有較好的水穩(wěn)性，這些性質(zhì)僅次于水泥固化土處理的路基。“戧灰”處理的路基雖然初期強度較低，但其強度隨齡期較長時間的增長，可達(dá)三個月甚至更長?！豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》主要起草人沙慶林院士稱“某些石灰土混合料的強度在10年內(nèi)甚至更長些都有所增長?！?/p>

與東營市相鄰的青州市和淄博市都盛產(chǎn)石灰，而“戧灰”處理的混合料能達(dá)到的強度水平是以適應(yīng)城鎮(zhèn)道路的需要，相比“水泥固化土”處理的同等效果價格要低很多。

石灰是一種緩凝慢硬的材料，從拌合到完成碾壓的延遲時間，對其壓實度和強度沒有明顯的影響。在施工過程中遭雨并被行車壓翻成灰泥，也不至于失效，晾干后，仍具備相當(dāng)高的強度。

“戧灰”工藝簡單，易于掌握，可以就地原槽拌和。

“戧灰”需要在第一次重冰凍到來之前1-1.5個月停止施工，施工期短于水泥固化處理的施工期。在冬季負(fù)溫度反復(fù)作用下，強度明顯降低。

三、“戧灰”的方法及對比

常用的“戧灰”方法有三種：一是向土中添加消石灰；二是向土中添加生石灰粉；三是向土中添加生石灰。

1、生石灰塊消解成消石灰粉，加水量約為生石灰重量的60%-80%，為消除過火石灰消解慢在石灰土處理層硬化過程中引起隆起和開裂的危害，需提前7-10天（《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》中為2-3天）。為避免過干飛揚，要保持一定的濕度，消石灰都含有一定的水分。

石灰堆放的時間越長，質(zhì)量降低越嚴(yán)重，故應(yīng)盡快使用。堆放時間較長時，要堆放在地勢較高處，并覆蓋封存。

2、生石灰粉使用時不需經(jīng)過消解，拌入土中后，需經(jīng)幾小時后再進行碾壓。因生石粉在土中消解過程中會放出大量的水化熱，如碾壓成型過早，會由于水化熱過多而使土體膨脹；碾壓成型過晚，則水化熱對促成石灰和土之間的各種反應(yīng)的有利作用得不到充分發(fā)揮，也會影響效果。一般生石灰粉入土拌勻后，經(jīng)過3h悶料后效果最佳。

用生石灰粉處理濕軟土基特別有利，因為它能吸收的水分較消石灰多得多；此外，生石灰粉消解時放出的大量水化熱能促使?jié)裢林休^多的水分蒸發(fā)。

3、生石灰塊“戧灰”處理路基，除對消石灰和生石灰粉兩種材料的優(yōu)點同時具備之外，從技術(shù)上，經(jīng)濟上更能體現(xiàn)其“優(yōu)”。

生石灰塊在加入粘土和淤泥質(zhì)沙土?xí)r，利用挖掘機進行拌合一遍，悶放一晝夜后，第二天再次拌和，土塊很容易粉碎，三小時后，再拌和一遍就能得到較均勻的混合料。

新的生石灰塊加入土中，充分利用濕軟土中水分進行消解。剛剛消解的石灰比消石灰和生石灰粉存放的時間短，因而具有較高的活性，有利于與土反應(yīng)，效果明顯優(yōu)于消石灰和生石灰粉。

生石灰塊“戧灰”減少了消解石灰的工序，節(jié)約了勞動力和水，因而降低了人工費和材料費。

生石灰塊運輸過程中無需像生石灰粉那樣袋裝，故減少了包裝費和生石灰粉的加工費。

攤鋪過程中，生石灰體積要比消石灰體積小得多，可大量節(jié)約二次倒運費用和攤鋪費用。

經(jīng)過我們多年來的實踐經(jīng)驗和理論分析、效果對比及經(jīng)濟效益測算，對東營地區(qū)城鎮(zhèn)道路濕軟路基處理得出如下結(jié)論：

1、“戧灰”處理路基相對于“水泥固化”經(jīng)濟合算。

2、生石灰塊優(yōu)于生石灰粉，生石灰粉優(yōu)于消石灰。

3、東營地區(qū)城鎮(zhèn)道路建設(shè)處理濕軟土基可廣泛推廣生石灰塊“戧灰”方法。

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