濕陷性黃土地基處理及石灰改良土路基施工要點(diǎn)

張 轟

中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 710075

1 項(xiàng)目概況

該公路項(xiàng)目的施工區(qū)域位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州，該地區(qū)處于天山褶皺系的伊犁地塊區(qū)域，三面環(huán)山，地勢西低東高，地勢的總體走向?yàn)橛晌飨驏|。整個(gè)地區(qū)的植被比較茂盛，地勢起伏比較明顯，山勢起伏平緩，以中低丘陵地貌為主，山體主要由砂巖、礫巖和泥巖組成。路線所經(jīng)區(qū)域主要為草場、河谷、丘陵和農(nóng)田。根據(jù)現(xiàn)場勘察得出，該公路沿線地區(qū)廣泛分布著濕陷性黃土，使得該區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜。

2 施工區(qū)段主要工程量簡介

該工程項(xiàng)目順利運(yùn)行的主要前提是具有良好的下部結(jié)構(gòu)工程——路基。路基承載車輛通行的荷載和重量，路基工程是所有公路工程的核心構(gòu)成。因此，公路施工單位應(yīng)將路基作為一種土工結(jié)構(gòu)物進(jìn)行設(shè)計(jì)、展開施工。

該項(xiàng)目施工內(nèi)容主要為K0+000～K70+280.28段的路基工程。由于該地區(qū)的土質(zhì)特點(diǎn)為濕陷性黃土，為了使該工程項(xiàng)目施工建設(shè)完成投入使用后的安全性和可靠性，滿足車輛運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，防止路基因車輛荷載和重量的影響產(chǎn)生下沉的情況，根據(jù)路基濕陷性黃土的厚度，分別采取一系列施工方法，對(duì)其進(jìn)行加固處理。所處理的濕陷性黃土路基達(dá)到45km左右，沖擊碾壓面積達(dá)到136萬m2。通過以挖做填方式進(jìn)行石灰改良土路基填筑為19.44萬m3。

3 濕陷性黃土地基特性及施工目的

3.1 濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)特性

黃土的主要特征為濕陷性和黏性，導(dǎo)致該地區(qū)的路基易于出現(xiàn)下沉和變形的情況，進(jìn)而引起沉降破壞，因此不能將其直接作為路基填料使用，需要進(jìn)行處治、改良。

3.2 濕陷性黃土的物理特性

（1）濕陷性黃土水平方向的抗剪強(qiáng)度較大，垂直方向的抗剪強(qiáng)度相對(duì)較小，而洪水和雨水沖擊形成的水平層理濕陷性黃土則與其恰恰相反。

（2）濕陷性黃土具有黃土的所有特點(diǎn)，主要的粒度形式為風(fēng)土粒度，約占黃土總成分的50%，其空隙肉眼可見。

（3）濕陷性黃土的主要物理特征為松散多孔和垂直大孔性，富含水溶性鹽分硫酸鹽、碳酸鹽等。當(dāng)濕陷性黃土遇水以后，其顆粒間的加固凝聚力會(huì)出現(xiàn)直線下降的趨勢，甚至完全消失，導(dǎo)致路基沉陷。

3.3 處理濕陷性黃土地基的目的

處理濕陷性黃土地基的最終目的是改善其物理特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特性，將其壓縮性和滲水性降至最低，從而有效控制黃土濕陷問題，使該工程的施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。處理濕陷性黃土的主要措施包括沖擊碾壓、重錘夯實(shí)、換填灰土等。該項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)濕陷性黃土覆蓋約在2～10m，具有工作量大、覆蓋范圍廣、質(zhì)量要求高等的特點(diǎn)。

4 濕陷性黃土地基處理措施

濕陷性黃土路基在覆土層自重應(yīng)力作用下，或在自重應(yīng)力與附加應(yīng)力共同影響下，一旦地基浸水將破壞地基結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致附加變形。該種由黃土構(gòu)成的地基會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生較大的性能影響，出現(xiàn)傾斜、開裂、大幅度的沉降等安全問題，因此對(duì)濕陷性土路基的處理至關(guān)重要。

在處理濕陷性黃土地基問題時(shí)，需嚴(yán)格控制路基路面排水系統(tǒng)施工質(zhì)量，使路基和坡面上的積水通過排水溝流入自然溝，同時(shí)做好排水溝的防滲處理工作。采取沖擊式壓路機(jī)碾壓、強(qiáng)夯，石灰土改良等方法來處理地基，可以有效消除黃土層的高壓縮性和濕陷性。

文章主要分析石灰土改良路基處理方法。石灰土的主要類型有兩種，即熟石灰和生石灰。生石灰分解時(shí)水化熱現(xiàn)象非常嚴(yán)重，使石灰硬化速度不斷加快，石灰在開始分解過程中的溶解度和活性均較強(qiáng)，使黃土與石灰之間的膠粒反應(yīng)變得更加迅速。因此，相比熟石灰，生石灰的改良效果更好。

大量實(shí)踐證明，在劑量相同的情況下，隨著石灰等級(jí)的不斷提高，其接觸面和細(xì)度也不斷增加，作用效果更加突出，能顯著提升路基的穩(wěn)定性和安全性。因此，該項(xiàng)目石灰主要采用河南省澠池某石灰場生產(chǎn)的Ⅲ級(jí)石灰。以國家《建筑生石灰粉》（JC/T 480—92）中的有關(guān)規(guī)定為基礎(chǔ)，認(rèn)真分析該產(chǎn)品的質(zhì)量，可知其滿足合格生石灰質(zhì)量的全部要求。

5 石灰改良土路基施工要點(diǎn)

5.1 石灰改良土形成機(jī)理

（1）濕陷性黃土具有容易崩解、容易潛蝕、抗水性能差等特點(diǎn)，不能滿足該工程項(xiàng)目的路基填筑的基本要求。多次試驗(yàn)證明，將一定比例的石灰加入濕陷性黃土中，可以改變濕陷性黃土路基的填料性能，使其滿足路基填料的要求。

（2）在濕陷性黃土中摻入石灰后，石灰中的氧化鈣會(huì)與濕陷性黃土中的三氧化二鋁和二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，生成硅酸鈣和碳酸鈣，這些化合物的網(wǎng)狀膜會(huì)在石灰表面依附，并呈現(xiàn)出不斷硬化的狀態(tài)，以增加土體的強(qiáng)度，從而使地基結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定、結(jié)實(shí)。

5.2 石灰改良土比例確定

（1）為了確定石灰改良土的比例，結(jié)合該工程項(xiàng)目所在區(qū)域黃土的特點(diǎn)，分別在石灰摻入量為5%、7%和9%的情況下，對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。經(jīng)過前后對(duì)比，當(dāng)石灰量摻入7%時(shí)，改良土的性能最符合該項(xiàng)目路基填筑的基本要求。因此，在改良濕陷性黃土性能時(shí)，使用的石灰劑量為7%，填筑試驗(yàn)也滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）經(jīng)過大量試驗(yàn)后可知，原狀濕陷性黃土的液限為29.1%，塑限為19.7%，壓縮模為10.5MPa；摻量7%的石灰后，最大干密度變?yōu)?3.7g/cm3，含水量為20.4%，液限為33.7%，塑陷為26.2%，壓縮模為19.1%。由此可知，在石灰土改良以后，各項(xiàng)指標(biāo)均有一定程度的提升。

5.3 石灰改良土常用機(jī)械設(shè)備和目標(biāo)

在改良石灰土的過程中，常用的機(jī)械設(shè)備包括平地機(jī)、重型振動(dòng)壓路機(jī)、多鏵犁機(jī)、路拌機(jī)、推土機(jī)等。使用石灰土改良路基和處理濕陷性黃土地基的目標(biāo)如下：檢驗(yàn)所使用的機(jī)械設(shè)備的可靠性和安全性；混合料的配比與施工項(xiàng)目要求是否一致；明確施工流程和工序參數(shù)；為工程項(xiàng)目的順利開展提供主要參考依據(jù)。

5.4 石灰改良土試驗(yàn)實(shí)施

（1）試驗(yàn)段選擇。根據(jù)該工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，選定K63+216～K63+400段作為路基填筑試驗(yàn)段。該試驗(yàn)段主要工程量內(nèi)容：填料8685m3、路基改良土3619m3。改良土從路基段調(diào)至試驗(yàn)段，試驗(yàn)段填筑高度為4m，分別設(shè)置3個(gè)沉降觀測點(diǎn)，完成路基填筑封層獲得試驗(yàn)結(jié)果，為下一步地段施工提供指導(dǎo)。

（2）施工工藝流程。在試驗(yàn)段改良土路基填筑施工的過程中，使用路拌法施工技術(shù)的具體流程如下：清除表面→整平→沖擊碾壓地基處理→路基承載能力測試→埋設(shè)沉降標(biāo)樁→分層填筑→整平→碾壓→檢測→沉降觀測。

（3）施工要點(diǎn)。①石灰改良土施工之前，需要對(duì)上一道工序技術(shù)指標(biāo)予以認(rèn)真地檢查和驗(yàn)收，合格并經(jīng)過簽字確認(rèn)后，方可組織改良施工。②做好土質(zhì)的塑限、液限、含水量、顆粒大小、塑性指數(shù)、天然稠度等試驗(yàn)工作；石灰運(yùn)送至施工現(xiàn)場后，必須提交石灰等級(jí)報(bào)告單，同時(shí)對(duì)石灰中氧化鎂和氧化鈣的含量進(jìn)行測試。③在備料的過程中，以路基的厚度和寬度為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確計(jì)算干土的使用劑量。在計(jì)算石灰土堆放距離時(shí)，以運(yùn)輸車的容量和濕陷性黃土的含水量為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)施工區(qū)域內(nèi)劃格線的精準(zhǔn)定位。④對(duì)現(xiàn)場堆放的石灰做好防潮、防雨工作，同時(shí)石灰堆放的時(shí)間不易太長，使用堆放時(shí)間比較長的石灰施工時(shí)，需認(rèn)真檢測其質(zhì)量。⑤粉碎施工時(shí)，使用的主要機(jī)械設(shè)備為穩(wěn)定土拌和機(jī)，最大土塊粒徑比＜2cm時(shí)，準(zhǔn)確監(jiān)測粉碎后土體的含水量和石灰劑量。如果測試點(diǎn)的石灰劑量小于設(shè)計(jì)值，需及時(shí)添加石灰，使其達(dá)到設(shè)計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)，使用穩(wěn)定土拌和機(jī)對(duì)其實(shí)施粉碎性拌和。如果含水量的檢測結(jié)果存在不均勻或者過高（過低）的情況，使用拌和法將其含水量控制在設(shè)計(jì)值的范圍之內(nèi)；如果含水量較低，可采取灑水濕潤的辦法進(jìn)行提升。壓實(shí)施工的最終壓實(shí)度需滿足設(shè)計(jì)的要求，土層壓實(shí)施工以后，其厚度需保持在20cm以下。

6 結(jié)束語

通過詳細(xì)分析石灰改良土路基和濕陷性黃土地基處理的施工要點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，濕陷性黃土地基的能力出現(xiàn)了大幅度的提高，石灰改良土路基及時(shí)彌補(bǔ)了濕陷性黃土填筑施工時(shí)的不足之處，顯著提升了路基的施工質(zhì)量和施工效率。通過對(duì)上述施工要點(diǎn)的分析，加快了該工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度，達(dá)到了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，取得了良好的技術(shù)效果，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，為同類工程項(xiàng)目濕陷性黃土的綜合處理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。