無(wú)機(jī)結(jié)合料路基灰計(jì)量衰減周期檢測(cè)對(duì)路基施工的指導(dǎo)意義

周明

摘 要：截止2019年，中國(guó)高速公路總里程已達(dá)到484.65萬(wàn)公里。各類(lèi)型材料的路基也隨著道路建設(shè)發(fā)展不斷的創(chuàng)新和提高。特別對(duì)于沿海地區(qū)城市，其地基承載力等先天地質(zhì)原因，造成了路基施工及工后質(zhì)量的不穩(wěn)定。為了解決該問(wèn)題，各類(lèi)新型路基土方改良材料不斷出現(xiàn)。期間考量投資成本、使用效果、施工便利等方面因素，石灰穩(wěn)定土路基目前仍是被廣泛應(yīng)用的一種路基形式。

關(guān)鍵詞：路基施工;質(zhì)量;工程背景;解決問(wèn)題

路基驗(yàn)收過(guò)程中，石灰穩(wěn)定土灰計(jì)量與壓實(shí)度作為雙控指標(biāo)。在施工實(shí)踐中，往往出現(xiàn)灰計(jì)量與壓實(shí)度不能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。因此，如何做好施工過(guò)程灰計(jì)量衰減檢測(cè)，在確?；矣?jì)量滴定結(jié)果滿足的同時(shí)確保壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求顯得尤為重要。

1 工程背景及問(wèn)題

常熟市三環(huán)路快速化改造工程BT-S5標(biāo)（K8+495.3～K9+382.3）順接新世紀(jì)大道互通，起于龍騰路平面交叉以西194.4m，路線向南沿東三環(huán)布線，與黃河路交叉后，止于黃河路平交以南180m，與S6標(biāo)順接，標(biāo)段路線長(zhǎng)0.887KM。

其中主線路基長(zhǎng)度887m，匝道路基長(zhǎng)度3.5km。設(shè)計(jì)總土方量約為15萬(wàn)立方米。路基主要采用5%、6%石灰穩(wěn)定土。在試驗(yàn)段施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求后灰計(jì)量無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。提高灰計(jì)量后，造成壓實(shí)度降低的情況。通過(guò)分析、總結(jié)后，發(fā)現(xiàn)造成該問(wèn)題的原因主要如下幾方面原因：

1）石灰土路基施工“布灰”過(guò)程中，未考慮石灰灰計(jì)量衰減問(wèn)題，導(dǎo)致驗(yàn)收階段灰計(jì)量無(wú)法滿足要求;

2）過(guò)度滿足灰計(jì)量單個(gè)指標(biāo)，造成石灰參量過(guò)高，影響到路基實(shí)際最佳含水量最大干密度降低，從而無(wú)法滿足壓實(shí)度要求。

2 石灰穩(wěn)定土灰計(jì)量檢測(cè)及衰減原理

2.1 石灰穩(wěn)定土灰計(jì)量檢測(cè)簡(jiǎn)述（EDTA法）

以EDTA二鈉作為標(biāo)準(zhǔn)液，對(duì)固定質(zhì)量的石灰穩(wěn)定土混合溶液進(jìn)行滴定。根據(jù)DETA二鈉標(biāo)準(zhǔn)液的用量，并利用繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線判斷石灰穩(wěn)定土中的石灰含量。EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定數(shù)據(jù)如圖1所示。

2.2 灰計(jì)量衰減原理

石灰中灰計(jì)量的衰減主要指原石灰中鈣（Ca）、鎂（Mg）離子，充分與土拌合碾壓后，與土中附著水膜的低價(jià)陽(yáng)離子之間發(fā)生離子交換。離子交換過(guò)程中形成混合土沙化、板塊板結(jié)等效果。因而，使原有土體中Ca、Mg離子的活性降低，EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量減少，從而形成衰減現(xiàn)象。

根據(jù)目前本工程最多采用的5%石灰穩(wěn)定土作為試驗(yàn)對(duì)象，獲得石灰衰減數(shù)據(jù)如圖2所示：

3 加強(qiáng)灰計(jì)量控制的應(yīng)對(duì)措施

3.1 重視原材料的檢驗(yàn)及保存

考慮石灰穩(wěn)定土施工時(shí)，首先應(yīng)該重視石灰的原材料質(zhì)量。在高等級(jí)公路石灰穩(wěn)定土路基施工時(shí)，采用的石灰原材料應(yīng)符合JTJ034-2000標(biāo)準(zhǔn)。其中，II級(jí)消石灰有效鈣和氧化鎂的合量測(cè)定不應(yīng)低于60%。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，在實(shí)際施工過(guò)程中對(duì)于土體含水量大、工期要求緊的情況，可以采用袋裝I級(jí)磨細(xì)生石灰代替消石灰。根據(jù)目前市場(chǎng)石灰價(jià)格I級(jí)磨細(xì)生石灰較II消石灰價(jià)格略有提高。但在實(shí)際使用過(guò)程中，I級(jí)磨細(xì)生石灰具有降低土體含水量快、土體沙化效果顯著、有效鈣和氧化鎂合量測(cè)定值高的特點(diǎn)。因此，綜合節(jié)約設(shè)備機(jī)具使用及石灰摻量合理降低等因素，綜合施工成本采用I級(jí)磨細(xì)生石灰與II級(jí)消石灰價(jià)格基本持平。

同時(shí)應(yīng)該注意，如改變石灰類(lèi)型應(yīng)及時(shí)做好原材料的檢驗(yàn)送檢工作，并根據(jù)檢驗(yàn)合格后的原材料重新測(cè)定石灰穩(wěn)定土標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。

對(duì)進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)合格的石灰應(yīng)注意現(xiàn)場(chǎng)保存，防止受到雨淋、浸泡等原因造成其有效鈣和氧化鎂合量的損失。

3.2 合理推算作業(yè)周期減少灰計(jì)量損失

根據(jù)上述石灰穩(wěn)定土的衰減原理，可見(jiàn)石灰—土混合料的拌合、碾壓直至灰計(jì)量檢測(cè)的時(shí)間周期是石灰穩(wěn)定土灰計(jì)量損失的關(guān)鍵因素。因此，在施工過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)考量施工作業(yè)周期對(duì)灰計(jì)量衰減的影響。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，自石灰土悶灰—攤鋪—補(bǔ)灰—拌合—碾壓—檢測(cè)，總時(shí)長(zhǎng)應(yīng)嚴(yán)格控制在3天內(nèi)完成。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，其灰計(jì)量衰減總量可控制在5%～8%范圍內(nèi)。因此，在進(jìn)行石灰穩(wěn)定土施工時(shí)應(yīng)做到設(shè)備、人員、材料的各項(xiàng)充分準(zhǔn)備。特別在碾壓完成后由于混合料顆粒接觸密實(shí)，造成離子交換加劇，灰計(jì)量衰減速度進(jìn)一步加快。因此，碾壓至檢測(cè)工作階段盡可能安排在1天內(nèi)完成。

3.3 重視預(yù)拌悶灰及時(shí)補(bǔ)灰

在施工過(guò)程中應(yīng)充分重視石灰穩(wěn)定土的預(yù)拌悶灰，預(yù)拌悶灰往往在堆土場(chǎng)進(jìn)行。其作用主要為：

1）生石灰與土體中的水分子發(fā)生反應(yīng)，形成Ca（OH）2。反應(yīng)過(guò)程中釋放熱量可快速降低土體含水量。

2）提前悶灰可使土體中低價(jià)離子與鈣、鎂離子發(fā)生交換反應(yīng)，形成土體沙化，便于攤鋪和運(yùn)輸及碾壓。

預(yù)拌悶灰時(shí)，可根據(jù)計(jì)算一次足量摻入石灰。但在實(shí)際施工過(guò)程中往往出現(xiàn)由于無(wú)法對(duì)打堆的土方數(shù)量準(zhǔn)確估計(jì)、挖掘機(jī)加灰量難以準(zhǔn)確把握、悶灰過(guò)程形成灰計(jì)量衰減等情況，造成最終檢測(cè)灰計(jì)量低于設(shè)計(jì)值的情況。

因此，在路基石灰穩(wěn)定土混合料攤鋪完成后，還需進(jìn)一步對(duì)攤鋪完成后的混合料進(jìn)行灰計(jì)量過(guò)程測(cè)定。根據(jù)施工實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)10m 車(chē)道/點(diǎn)。根據(jù)測(cè)定的數(shù)值用以計(jì)算需要補(bǔ)灰的用量及區(qū)域。由此確保碾壓完成后灰計(jì)量檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)通過(guò)補(bǔ)灰可抵抗悶灰階段灰計(jì)量衰減的不足的問(wèn)題。

3.4 根據(jù)衰減周期科學(xué)判定壓實(shí)度

石灰穩(wěn)定土在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中雖然可以通過(guò)合理配置設(shè)備、合理安排施工周期以減少衰減的幅度。但灰計(jì)量衰減現(xiàn)象肯定無(wú)法完全避免。為保證最終檢驗(yàn)結(jié)果的灰計(jì)量滿足設(shè)計(jì)要求值，因此在施工過(guò)程中往往石灰摻量大于檢驗(yàn)時(shí)EDTA滴定數(shù)值。由于石灰較土的比重輕，石灰摻量的提高，造成石灰穩(wěn)定土混合料最大干密度下降。石灰摻量與最大干密度關(guān)系根據(jù)本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定情況如圖3所示：

因此發(fā)現(xiàn)很多施工實(shí)際過(guò)程中發(fā)現(xiàn)碾壓遍數(shù)已經(jīng)很充分，灌砂樣洞外觀極為緊密，但測(cè)定壓實(shí)度始終無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)得出的壓實(shí)度要求。

根據(jù)本工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不考慮灰計(jì)量衰減及考慮灰計(jì)量衰減二種情況分別進(jìn)行壓實(shí)度比對(duì)。比對(duì)數(shù)據(jù)如下：

1）樣品來(lái)源：主線K8+600～K8+800。

2）結(jié)合料計(jì)量：5%（石灰）。

3）設(shè)計(jì)壓實(shí)度：94%。

4）衰減周期：3天。

不考慮灰計(jì)量衰減情況下壓試驗(yàn)情況表

根據(jù)上表可見(jiàn)上表4組數(shù)據(jù)中由于未考慮施工中石灰計(jì)量衰減而增加石灰實(shí)際摻入量問(wèn)題，造成實(shí)際最大干密度較理論取用最大干密度有所降低，從而3組試樣壓實(shí)度被判定為不合格。

根據(jù)測(cè)定摻灰量，對(duì)實(shí)際摻灰量按照“石灰穩(wěn)定土石灰計(jì)量——EDTA關(guān)系曲線”進(jìn)行還原，并根據(jù)“最大干密度與灰計(jì)量關(guān)系圖”修正實(shí)施最大干密度指標(biāo)。該批樣品均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的94%以上壓實(shí)度。

因此，在檢驗(yàn)過(guò)程必須考量為抵抗衰減而增加的該部分石灰摻量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)值的影響，從而客觀的評(píng)價(jià)壓實(shí)度的合格情況。

4 措施驗(yàn)證案例及總結(jié)

根據(jù)上述情況，在項(xiàng)目于2014年10月20日重新進(jìn)行了試驗(yàn)段施工，試驗(yàn)段位于本項(xiàng)目主線K9+330～K9+382.3位置，長(zhǎng)度52.3m，單層厚度20cm，石灰設(shè)計(jì)摻量5%，壓實(shí)度要求94%。

在試驗(yàn)段施工時(shí)緊抓如下幾點(diǎn)要點(diǎn)：

1）調(diào)整原材料，選用I級(jí)磨細(xì)生石灰代替II級(jí)消石灰以提高有效鈣及氧化鎂合量。

2）提前悶灰：使得快速降低土體含水量，促使石灰穩(wěn)定土快速沙化。

3）增加挖掘機(jī)、穩(wěn)定土拌和機(jī)、平地機(jī)各一臺(tái)，增加三輪壓路機(jī)2臺(tái)。確保悶灰至碾壓完成控制在3天之內(nèi)，碾壓至檢測(cè)控制在1天之內(nèi)。

4）重新測(cè)定“5%石灰穩(wěn)定土石灰計(jì)量——EDTA關(guān)系曲線”及“最大干密度與灰計(jì)量關(guān)系圖”合理判定壓實(shí)度。

通過(guò)上述措施，2014年10月24日召開(kāi)試驗(yàn)段總結(jié)會(huì)議，經(jīng)自評(píng)及業(yè)主、監(jiān)理評(píng)價(jià)合格。在后續(xù)施工中，項(xiàng)目繼續(xù)搶抓落實(shí)，做到石灰穩(wěn)定土路基施工施工一次性驗(yàn)收合格率100%。