處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土新工法的探討與應(yīng)用

董志磊

【摘 要】黃河沖積平原歷代由于黃河的多次泛濫和改道，加之長期雨水、風(fēng)力等自然和人類生產(chǎn)活動的影響，形成了許多沙丘、灘地、背河洼地、湖洼地等相互交錯分布的平原地質(zhì)。公路施工中經(jīng)常遇到大面積深度達兩米左右的含多層不透水粘土夾層的飽和粉砂土，含水率在32%—42%左右，無法通過正常的碾壓達到設(shè)計壓實度。經(jīng)過多次試驗和比較，采用機械摻拌生石灰后封土碾壓令其固結(jié)的方法對其進行了處理，經(jīng)檢測處理后路基石灰土基層的彎沉值完全符合設(shè)計要求，與石灰樁、挖除換填、翻曬等其他軟基處理方法相比效果更好、更經(jīng)濟、更易操作。該工法通過不斷摸索，已先后在商丘市營廓集高速公路SBTJ3合同段、商丘至周口高速公路商丘段土建一標(biāo)、商丘經(jīng)濟開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程中推廣應(yīng)用、效果明顯。因此本工法具有較大的推廣價值和應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】不透水粘土夾層 飽和粉砂土 摻拌 彎沉值

1工法特點

本工法原理在于利用生石灰塊的膨脹擠密作用、石灰塊消解時吸水及其和周圍飽和土粉砂土的高溫效應(yīng)令其氣化脫水、熟石灰與周圍土體中的二氧化硅和氧化鋁反應(yīng)生成水化物對土體顆粒起膠結(jié)作用，施工時直接用挖掘機翻拌摻加生石灰塊，然后再用壓路機碾壓擠密以減少生石灰消解時釋放的水化熱迅速流失，從而將施工工藝進行了簡單化、增強了可操作性。

本工法所用機具更具有普遍性，能夠保證施工的安全和質(zhì)量、縮短了施工周期，適用于大面積作業(yè)，降低了工程成本，經(jīng)濟和社會效益顯著。關(guān)鍵在于根據(jù)土體的含水量大小計算生石灰的用量及碾壓時機和次數(shù)。

2適用范圍

本工法適用于黃河沖積平原地區(qū)出現(xiàn)的厚度在2m左右含多層不透水粘土夾層的飽和粉砂土路基的處理。

3工藝原理

（1）生石灰消解后體積膨脹擠密作用，在自然狀態(tài)下熟化后其體積可增加1.5～3.5倍；

（2）生石灰塊消解時大量吸收周圍土體中的水分并且在消解時釋放大量熱量使土體中的大量水分通過高溫氣化后蒸發(fā)掉，經(jīng)過理論推算和多次實際試驗得出：1Kg生石灰的消解反應(yīng)要吸收0.32Kg的水，同時在理論上將放出278千卡的熱量，該部分熱量可蒸發(fā)掉周圍土體（未處理前的土體溫度為15攝氏度）中0.35Kg的水；

（3）生石灰消解后與周圍土體的膠凝固結(jié)作用，由于生石灰吸水生成的氫氧化鈣一部分與土中二氧化硅和氧化鋁產(chǎn)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等。水化物對土體顆粒起膠結(jié)作用，使土體聚集體積增大，并趨于緊密，同時加固土體，粘粒含量減少，說明顆粒膠結(jié)根本上改變了土體結(jié)構(gòu)，提高了土體強度，另外土體的強度將隨齡期的增長而逐漸增強。

4施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

用挖掘機挖至路槽以下2m，檢測該層位飽和粉砂土的含水量→根據(jù)生石灰塊消解時吸水量、消解時水化熱氣化蒸發(fā)量計算出每平方所需生石灰重量→用裝載機按照算出的用量將生石灰塊散開→人工將所散布的生石灰塊整理使其趨于均勻分布→用挖掘機翻拌生石灰塊至路槽以下80cm→挖掘機履帶排壓，前三天每天早晚壓路機各穩(wěn)壓一遍→七天后進行路槽石灰土處理。

4.2 操作要點

（1）檢測路槽以下2米左右的含水量時一定要多取幾處，以便具有代表性，從而能準(zhǔn)確計算出每平方所需生石灰塊的用量，以最經(jīng)濟的成本達到最佳處理效果。

（2）在生石灰塊的選取上其最小邊不得低于10cm，石灰等級不得低于II級。

（3）挖掘機翻拌時盡量將生石灰塊控制在路槽以下80cm，操作手只需挖深1m左右然后將鏟中的生石灰塊和土緩慢自然翻落入坑中即可達到要求。

（4）安排專人及時對因生石灰塊消解時體積膨脹而造成的裂縫進行碾壓密實，以防止水化熱流失。

（5）如遇見陰雨天氣，應(yīng)做好覆蓋排水工作，以免因雨水流入而影響處理效果。

5材料與設(shè)備

5.1主要材料

生石灰塊。在生石灰塊的選取上其最小邊不得低于10cm，石灰等級不得低于II級，具體見各等級石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一覽表。

5.2主要設(shè)備

（1）反鏟挖掘機一臺。

（2）裝載機一臺。

（3）壓路機一臺。

（4）壓實度檢測儀器一套。

6 質(zhì)量控制

6.1一般質(zhì)量保證措施

（1）建立質(zhì)量責(zé)任制，針對工程特點建立各級管理人員的質(zhì)量責(zé)任制。形成質(zhì)量管理從原材料抓起，工序把關(guān)，人人負責(zé)的局面。實行內(nèi)部工程質(zhì)量獎懲辦法。

（2）根據(jù)工程進度安排，由技術(shù)負責(zé)人分階段向各部室及各班組進行專項施工技術(shù)交底工作，同時在下達施工任務(wù)時，隨同下達質(zhì)量目標(biāo)，使工程施工始終處于嚴格的質(zhì)量管理中。實行“三工” 、“三檢”制度，“三工”即工前技術(shù)交底，工中檢查指導(dǎo)，工后總結(jié)評比，“三檢”即自檢、互檢、終檢，達到質(zhì)量合格要求。

（3）應(yīng)嚴把原材料進場質(zhì)量關(guān)，不合格的原材料堅絕不能進場；進場后的材料要嚴格執(zhí)行二次復(fù)檢制度，檢驗不合格材料不得投入使用。

（4）施工的全過程均應(yīng)搞好臨時排水設(shè)施，任何車輛禁止在其上通行。

6.2過程控制質(zhì)量保證措施

（1）嚴格控制生石灰塊的等級，石灰等級不得低于II級，其最小邊不得低于10cm。

（2）挖掘機翻板是盡量將生石灰塊控制在路槽以下80cm，操作手只需挖深1m左右然后將鏟中的生石灰塊和土緩慢自然翻落入坑中即可達到要求。

（3）安排專人及時對因生石灰塊消解時體積膨脹而造成的裂縫進行碾壓密實，以防止水化熱流失。

7安全措施

（1）建立以項目經(jīng)理為組長，項目副經(jīng)理為副組長，各專業(yè)施工負責(zé)人為組員的安全領(lǐng)導(dǎo)小組，項目設(shè)專職安檢員，各專業(yè)隊設(shè)兼職安檢員，形成完善的安全保證體系。

（2）建立安全管理制度，明確項目和專業(yè)隊的安全責(zé)任，并對全體施工人員進行安全教育，有必要時要進行專業(yè)培訓(xùn)。

（3）進入新工種的工人必須進行安全技術(shù)培訓(xùn)。工人應(yīng)掌握本工種操作技能，熟悉本工種安全技術(shù)操作規(guī)程，并對其進行全面的針對性的安全技術(shù)交底，嚴格按照施工規(guī)范和安全操作規(guī)程施工，嚴禁違章操作施工。尤其是機械操作人員，并做好機械設(shè)備的定期保養(yǎng)。

（4）現(xiàn)場施工人員一律佩帶三安用品，不佩帶者嚴禁上崗。

（5）建立定期安全檢查制度，安全檢查有記錄。

8環(huán)保措施

（1）加強施工現(xiàn)場管理，每道工序做到工完場清，不留尾巴。

（2）運輸石灰的車輛應(yīng)緩慢卸車，裝載機散布石灰塊時應(yīng)輕裝輕卸，以避免揚起的石灰粉對周圍環(huán)境造成污染，晴天需對臨時道路定時灑水，以免污染環(huán)境，運輸車輛應(yīng)覆蓋以防止拋撒。

（3）在城鎮(zhèn)居民區(qū)或村莊附近施工時，噪聲較大的機械避免在夜間施工，并通過有效的管理和技術(shù)手段將噪聲控制到最低程度。

（4）物料堆放要整齊有序，按類放置。

9效益分析

由于工藝的改進，采用摻拌碾壓生石灰塊法處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土施工工法，軟基厚度深度2米的每平方米處理費用約為50元；采用挖除后換填透水性材料進行處理，每平方米處理費用約為145元；每平方可節(jié)約處理費用45元，已先后在商丘市營廓集高速公路SBTJ3合同段、商丘至周口高速公路商丘段土建一標(biāo)、商丘經(jīng)濟開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程中共計處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土15600平方米，共計節(jié)約費用約70.2萬元。

縮短了建設(shè)工期、節(jié)約了投資成本、確保了工程質(zhì)量，得到設(shè)計、監(jiān)理和建設(shè)單位的一致好評。

10工程實例及處理效果

2010年3月16日～2010年4月20日在商丘經(jīng)濟開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程中應(yīng)用了摻拌生石灰塊、壓路機多次碾壓擠密處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土的新工法，該工法具有先進性、經(jīng)濟性、可靠性、可操作性，最重要的是將鋼套管成孔后再添加生石灰塊的處理方法變成了直接用挖掘機翻拌摻加生石灰塊，封土碾壓令其固結(jié)。降低了施工工藝的難易程度，節(jié)約了工程成本、保證了含不透水粘土夾層的飽和粉砂土路基的處理質(zhì)量。

11結(jié)語

經(jīng)過多次試驗和比較，采用機械摻拌生石灰塊封土碾壓令其固結(jié)的方法對其進行了處理，經(jīng)檢測處理后路基石灰土基層的彎沉值完全符合設(shè)計要求，與石灰樁、挖除換填、翻曬等其他軟基處理方法相比效果更好、更經(jīng)濟、更易操作；本工法具有較大的推廣價值和應(yīng)用前景。

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