淺談“兩高土”摻灰改良路基填筑施工技術(shù)

王惠民

(廣西交通投資集團(tuán)柳州高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西 柳州 545000)

0 引言

灌陽(yáng)(永安關(guān))至全州(鳳凰)高速公路土方挖方路段大部分為“兩高土”，如廢棄挖方填料換用其他材料，棄方難以處置，征地、防護(hù)等各項(xiàng)費(fèi)用較大，并且沿線附近也無(wú)法借到合格的土進(jìn)行填筑。為解決“兩高土”利用的難題，本項(xiàng)目根據(jù)自身特點(diǎn)，采用模擬現(xiàn)場(chǎng)施工的試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)公式，能夠快速準(zhǔn)確地確定最佳灰劑量和調(diào)整各路段的灰劑量，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)的摻石灰改良“兩高土”的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，形成了采用袋裝生石灰、鏵犁和旋耕犁等機(jī)械設(shè)備的二次摻灰成套技術(shù)，在不降低路基填筑質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)下可利用常規(guī)的機(jī)械設(shè)備即可滿足施工要求，因此該施工方法更利于推廣與實(shí)施。

1 施工技術(shù)特點(diǎn)

本摻灰改良“兩高土”在技術(shù)特點(diǎn)上相對(duì)傳統(tǒng)摻灰改良“兩高土”方法有著其特有的創(chuàng)新之處，主要表現(xiàn)在：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式即能較為準(zhǔn)確快速地確定最佳灰劑量，減少試驗(yàn)段工作量；采用袋裝生石灰及二次摻灰技術(shù)，能較好地提高灰土拌合質(zhì)量；踐行試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際施工的思想，改進(jìn)灰劑量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線，節(jié)約生石灰用量[1]；結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，采用鏵犁和旋耕犁進(jìn)行灰土拌合，在保證質(zhì)量的前提下節(jié)約項(xiàng)目投資。

2 適用范圍

本施工方法適用于那些借、棄土困難且“兩高土”分布較為廣泛的地區(qū)修建高速公路建設(shè)工程，其能較好地提高改良后“兩高土”路基填筑施工質(zhì)量、進(jìn)度及項(xiàng)目投資控制。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

摻石灰改良“兩高土”方案中材料選擇、機(jī)械配置、工藝采用等主要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行，并通過先進(jìn)行室內(nèi)摻灰試驗(yàn)研究后再開展室外試驗(yàn)段進(jìn)行驗(yàn)證來不斷優(yōu)化。

3.1 室內(nèi)摻灰試驗(yàn)

室內(nèi)摻灰試驗(yàn)的目的是為確定最佳設(shè)計(jì)灰劑量、繪制灰劑量測(cè)定曲線以及測(cè)定灰土含水量的變化情況[1]，以方便用來指導(dǎo)施工。由于一次摻灰難以使灰土拌合均勻，本工法采用二次摻灰，因此摻灰試驗(yàn)盡可能地模擬二次摻灰施工過程，具體過程如下：

從挖方段中取土60 kg土樣，剔除石塊和有機(jī)質(zhì)后拌勻，測(cè)量其含水率后分成6份，每份質(zhì)量為10 kg，作為制作標(biāo)準(zhǔn)試樣用土，并且摻灰前檢驗(yàn)生石灰質(zhì)量，保證生石灰達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

按照干土質(zhì)量的2%向其中的5份土樣中摻生石灰并拌勻。將剩下的1份素土和5份含2%生石灰的土裝入塑料桶內(nèi)堆放2 d，每天拌合兩次，模擬實(shí)際取土坑中的拌土過程。

在第1次摻灰后的第3 d進(jìn)行2次摻灰，向4份含2%生石灰的土中摻加不同含量的生石灰使其形成含灰量分別為4%、6%、8%、10%的灰土。在生石灰添加到土中后將土拌勻、粉碎，使土塊最大顆粒<5 mm[2]。然后，將素土和灰土均放入塑料桶中堆放。

在第2次摻灰后的第1 d，從6份含灰量不同的標(biāo)準(zhǔn)試樣(含灰量分別為0%、2%、4%、6%、8%、10%)中分別取出500 g，測(cè)定各土樣含水率，并繪制灰劑量與含水量關(guān)系圖(如圖1所示)；另分別取出800 g土樣風(fēng)干到碾壓含水率(較灰土最佳含水量高2%左右)附近后裝入塑料袋，從中分別取出500 g土樣準(zhǔn)確測(cè)定其含水率，再分別取出300 g按照規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行EDTA滴定，并將結(jié)果校正到300 g干土消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液的體積，從而分別得到第二次摻灰后的第1 d各含灰量試樣的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液消耗的體積。

圖1 含水率與摻灰量關(guān)系曲線圖

在第2次摻灰后的第2 d，從6份含灰量不同的土(含灰量分別為0%、2%、4%、6%、8%、10%)中分別取出800 g土樣風(fēng)干到碾壓含水率(較灰土最佳含水量高2%左右)附近后裝入塑料袋，從中分別取出500 g土樣準(zhǔn)確測(cè)定其含水率，再分別取出300 g按照規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行EDTA滴定，并將結(jié)果校正到300 g干土消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液的體積，從而分別得到第二次摻灰后的第2 d各含灰量試樣的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液消耗的體積。

在第2次摻灰后的第3～10 d重復(fù)上一步驟，得到第3～10 d各含灰量試樣的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液消耗的體積。在以時(shí)間為橫坐標(biāo)、試樣的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液消耗的體積為縱坐標(biāo)圖上，繪出以灰劑量為參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)數(shù)據(jù)繪制EDTA滴定量與時(shí)間關(guān)系圖如下頁(yè)圖2所示，可用來檢測(cè)二次摻灰后10 d內(nèi)的灰劑量。

圖2 EDTA滴定量與時(shí)間關(guān)系示意圖

3.2 室外試驗(yàn)路段

選取一段路基作為摻灰改良的試驗(yàn)段，試驗(yàn)段施工主要為確定壓實(shí)工藝主要參數(shù)(最佳灰劑量、最佳含水率、機(jī)械組合；壓實(shí)機(jī)械規(guī)格、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度)。

根據(jù)試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)論，最佳設(shè)計(jì)灰劑量為6.9%，故初擬摻灰6%及8%兩個(gè)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，該試驗(yàn)段第16層采用摻灰8%，第17層采用摻灰6%，為進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，松鋪厚度均控制在23 cm左右。通過對(duì)原始資料的整理分析，得出以下結(jié)論：

(1)最佳強(qiáng)振遍數(shù)

每遍強(qiáng)振后均進(jìn)行壓實(shí)度及含水量檢測(cè)，經(jīng)整理后繪制壓實(shí)度與強(qiáng)振遍數(shù)關(guān)系圖。根據(jù)壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)關(guān)系圖，可知灰劑量為8%和6%時(shí)，隨著強(qiáng)振遍數(shù)增加，壓實(shí)度一直增加，但強(qiáng)振至5遍時(shí)，壓實(shí)度增加比較緩慢。強(qiáng)振至3遍時(shí)，摻灰8%和摻灰6%時(shí)壓實(shí)度均能達(dá)到94%；強(qiáng)振至4遍時(shí)，摻灰8%和摻灰6%時(shí)壓實(shí)度均能達(dá)到96%。故93、94區(qū)最佳強(qiáng)振遍數(shù)為3遍，96區(qū)最佳強(qiáng)振遍數(shù)為4遍。

(2)最佳灰劑量

根據(jù)圖3可知摻灰6%及摻灰8%時(shí)，強(qiáng)振第3遍時(shí)均能達(dá)到94區(qū)，強(qiáng)振第4遍時(shí)均能達(dá)到96區(qū)。但摻灰8%用灰量較大，成本偏高，故本試驗(yàn)段摻灰6%比較合理。

圖3 摻灰8%與摻灰6%對(duì)比曲線圖

(3)最佳含水量范圍

根據(jù)試驗(yàn)資料可知，摻灰8%時(shí)灰土最佳含水量為19.0，摻灰6%時(shí)灰土最佳含水量為19.2。隨著碾壓進(jìn)行，灰土含水量會(huì)降1%～2%，為保證路基壓實(shí)后含水量在最佳含水量左右，故控制灰土壓實(shí)前含水量應(yīng)比最佳含水量高1%～2%。

(4)松鋪厚度及松鋪系數(shù)

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 034-2000)4.1.7條可知，灰土的壓實(shí)厚度不應(yīng)超過20 cm。通過松鋪系數(shù)計(jì)算，松鋪厚度不超過22.7 cm時(shí)，壓實(shí)厚度均<20 cm。為保證路基施工質(zhì)量，松鋪厚度按不超過22 cm控制，松鋪系數(shù)為1.16[3]。

3.3 技術(shù)方案實(shí)施階段

根據(jù)試驗(yàn)段的技術(shù)參數(shù)組織安排施工，并根據(jù)土質(zhì)、天氣、運(yùn)距等方面變化對(duì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，具體工藝流程如下：

(1)取土燜灰

在取土場(chǎng)向“兩高土”摻2%生石灰，燜放2 d，每天拌合1～2次，使含水率快速降低，土料團(tuán)塊變小(控制粒徑<5 cm)，黏性降低。

(2)二次摻灰

2 d后運(yùn)輸?shù)铰坊?，通過控制石灰層厚補(bǔ)足剩余的摻灰量，采用農(nóng)用旋耕機(jī)與多鏵犁或平地機(jī)配合進(jìn)行拌和。

(3)整形

待含水量及灰劑量檢測(cè)合格后，先用平地機(jī)初平；用平地機(jī)立即在初平的路段上快速碾壓一遍，以暴露潛在的不平整；再用平地機(jī)重新進(jìn)行整形，整形前用齒耙將輪跡低洼處表層5 cm以上耙松，并用新拌和的混合料進(jìn)行找平；最后平地機(jī)再整形一次，將高處料直接刮出路外，不應(yīng)形成薄層貼補(bǔ)現(xiàn)象。

(4)碾壓

壓實(shí)采用振動(dòng)壓路機(jī)和三輪壓路機(jī)聯(lián)合作業(yè)。碾壓時(shí)直線段由兩側(cè)路肩向中心碾壓，平曲線由內(nèi)側(cè)向外側(cè)路肩進(jìn)行碾壓。遵照先輕后重、先靜后振再靜的原則壓實(shí)過程中，如發(fā)現(xiàn)彈簧、松散、起皮等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)翻開處理，并按規(guī)范要求進(jìn)行壓實(shí)度、平整度、彎沉檢測(cè)。

4 效益分析

經(jīng)濟(jì)效益科學(xué)合理，主要考慮用摻灰與外借土進(jìn)行比較，通過比較可知“兩高土”摻灰造價(jià)比借土高20.6元/m3，主要由于石灰價(jià)格偏高所致，但考慮到環(huán)境效益應(yīng)該是比較合理的。

社會(huì)生態(tài)效益顯著，由于項(xiàng)目所在位置為國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)耕地區(qū)域，土資源匱乏，本項(xiàng)目部分路床采用摻石灰改良“兩高土”，減少破壞林地和耕地；同時(shí)減少了水土流失，有效地保護(hù)了湘江源頭生態(tài)鏈，因此生態(tài)環(huán)境效益十分突出[4]。

通過改良“兩高土”，使得棄方得以有效利用，從而最大限度上實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約。同時(shí)減少了征地范圍，避免激化與當(dāng)?shù)卮迕竦拿?，有利于社?huì)和諧穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

灌陽(yáng)(永安關(guān))至全州(鳳凰)高速公路項(xiàng)目路線全長(zhǎng)47.964 721 km，基本原設(shè)計(jì)大部分挖方段為“兩高土”均設(shè)計(jì)為利用方，灰土處理段落填挖基本平衡，如廢棄挖方填料換用其他材料，則需要棄方約40萬(wàn)立方米。從整個(gè)施工過程來分析，解決了借、棄土及征地困難等實(shí)際問題，并且該方法較為快速準(zhǔn)確找出最佳灰劑量，同時(shí)修正了灰劑量測(cè)定曲線，施工過程中節(jié)約了石灰用量，減少了施工成本；“兩高土”經(jīng)摻石灰改良后，含水量、液塑限和塑性指數(shù)均降低，CBR值大幅提高，改變了黏土的物理性質(zhì)，有利于提高路基填筑質(zhì)量；從壓實(shí)度、彎沉檢測(cè)結(jié)果及外觀來看，均證明“兩高土”摻灰改良后能很好滿足路基填筑施工要求。

[1]李小民.高塑性黏土填筑路基的分析和研究[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002(4)：15.

[2]王勤福.低液限粉砂土用于高速公路底基層的綜合穩(wěn)定[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000(2)：21.

[3]董 豫.石灰、粉煤灰處理過濕土技術(shù)的探討[J].交通世界(建養(yǎng)機(jī)械)，2012(6)：75.

[4]王 飛，李 銳，楊勤科.公路建設(shè)水土流失與水土保持研究[J].公路，2003(8)：149.