石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)研究

鄭 磊

(安徽誠(chéng)信項(xiàng)目管理有限公司，安徽 合肥 230001)

1 工程概況

合肥市包河區(qū)太原路(重慶路—黑龍江路)位于合肥市包河區(qū)大圩片區(qū)，規(guī)劃為城市次干道，東西走向。道路西起重慶路，東至黑龍江路，全長(zhǎng)880 m，雙向4車(chē)道，紅線寬度為36 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為40 km/h。該路段路基均位于黏土層上，裂隙發(fā)育，是一種典型的膨脹土地層，具有中等偏弱膨脹性。

2 膨脹土填料石灰改良室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 自由膨脹率實(shí)驗(yàn)

自由膨脹率是反映黏土膨脹性的指標(biāo)之一，它與黏土的黏性礦物組成、膠體顆粒含量、化學(xué)成分和水溶性密切相關(guān)。自由膨脹率能在一定程度上反映黏土礦物組成、粒度組成、化學(xué)成分和交換陽(yáng)離子的基本特性，該指標(biāo)可測(cè)試土體膨脹潛勢(shì)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，得到了4種不同石灰摻量條件下改良膨脹土的自由膨脹率變化曲線，如圖1所示。

圖1 不同摻灰率時(shí)改良土的自由膨脹率變化曲線

由圖1可知，加入生石灰后，膨脹土的自由膨脹率明顯降低。當(dāng)生石灰摻量為4%時(shí)，自由膨脹率降至19%，屬于非膨脹土范圍。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

根據(jù)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，分析了4種石灰摻量情況下改良膨脹土抗壓強(qiáng)度的變化。在最佳含水率條件下，將膨脹土壓實(shí)成5 cm(直徑)×5 cm(高度)的圓柱形土體，石灰摻量分別為0、4%、6%和8%。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，得到4種石灰摻量情況下改良膨脹土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化曲線，如圖2所示。

圖2 不同摻灰率時(shí)改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化曲線

從圖2可知，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著改良土摻灰率的變化而變化，隨之不斷增大。當(dāng)摻灰率為6%時(shí)達(dá)到峰值3.79 MPa，隨后逐漸降低。

2.3 抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

土的黏聚力C和內(nèi)摩擦角φ是路基穩(wěn)定性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)固結(jié)快剪直剪試驗(yàn)得到4種摻灰率情況下改良土的抗剪強(qiáng)度變化曲線，如圖3所示。

從圖3可知，直接剪切試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨著摻灰量的變化有著明顯的變化，隨著石灰含量的改變膨脹土黏度顯著下降。當(dāng)摻灰率為4%時(shí)，改良土的黏結(jié)力降到最低；當(dāng)摻灰率繼續(xù)增大時(shí)，黏結(jié)力反向增加，摻灰率為8%時(shí)黏結(jié)力達(dá)到最大值。內(nèi)摩擦角C隨著摻灰率的增大而增大，但當(dāng)摻灰率超過(guò)6%后內(nèi)摩擦角C卻呈下降趨勢(shì)。

圖3 不同摻灰率時(shí)改良土的粘聚力和內(nèi)摩擦角變化曲線

3 施工工藝參數(shù)的確定

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和本著經(jīng)濟(jì)合理的原則得出現(xiàn)場(chǎng)路基填料改良方案：清理表面后對(duì)于填土高度大于80 cm的路段采用4%生石灰改良土分層回填至路床頂面以下80 cm，然后分層回填80 cm厚6%石灰改良土至路床頂面；清理表面后對(duì)于挖方段及填高不足80 cm的路段，向下反挖至路床頂面以下80 cm，再采用80 cm厚6%石灰改良土分層回填至路床頂面。

3.1 石灰質(zhì)量的控制

將生石灰作為改良材料時(shí)其粒徑不宜大于1 mm。若生石灰的粒徑過(guò)大，在養(yǎng)生時(shí)會(huì)出現(xiàn)“暴花、脫皮”等現(xiàn)象，從而降低路基質(zhì)量。因此，當(dāng)采用生石灰作為膨脹土改良材料時(shí)，石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或石灰中換算有效鈣、氧化鎂含量。

石灰的質(zhì)量要按規(guī)范要求進(jìn)行控制，生石灰中有效氧化鈣和氧化鎂的含量必須取樣檢測(cè)。石灰標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在3級(jí)及以上。進(jìn)入場(chǎng)地后應(yīng)盡快使用石灰，貯存時(shí)間應(yīng)盡量縮短。貯存期應(yīng)覆蓋，以防下雨。石灰使用時(shí)間一般控制在7 d以?xún)?nèi)，避免活性成分過(guò)度衰減損失。

3.2 填料含灰率控制

含灰率控制主要包括施工損耗率和布灰均勻度兩方面。由于施工過(guò)程中摻灰作業(yè)存在損耗現(xiàn)象，所以實(shí)際摻灰率應(yīng)比最佳摻灰率大1%左右。由于路拌機(jī)拌灰時(shí)存在局部區(qū)域不能均勻拌和現(xiàn)象，應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)路段確定的拌和遍數(shù)和布灰方式進(jìn)行拌和施工。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同一點(diǎn)拌和遍數(shù)為3次可以得到良好的拌和效果。

3.3 填料層壓實(shí)系數(shù)與碾壓遍數(shù)

在路基壓實(shí)前，確定改良填料的壓實(shí)系數(shù)對(duì)路基壓實(shí)的施工質(zhì)量和成本具有重要意義。為了得到填土層的壓實(shí)系數(shù)，在路基施工現(xiàn)場(chǎng)選取了30 m長(zhǎng)的試驗(yàn)路段。路基填料按15 cm、20 cm和25 cm三種松鋪厚度填筑。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出該路段路基碾壓組合方式：使用16 t雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍、振動(dòng)碾壓1遍、重壓2遍。同時(shí)在路基壓實(shí)過(guò)程中應(yīng)安排技術(shù)員跟蹤檢測(cè)路基壓實(shí)度。根據(jù)上面的測(cè)試和分析，得到石灰改良路基填料的壓實(shí)系數(shù)與碾壓遍數(shù)方案：本路段路基壓實(shí)系數(shù)為1.206，松鋪厚度采用25 cm，壓實(shí)遍數(shù)為靜壓2遍、振動(dòng)碾壓1遍、重壓2遍。

4 石灰改良膨脹土施工工藝研究

在綜合分析各種改良方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合石灰在膨脹土改良中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和成本優(yōu)勢(shì)，本路段膨脹土改良劑選用生石灰。與一般路基施工相比，改良膨脹土路基施工主要增加了石灰拌和工藝，而不同的拌和工藝對(duì)改良土的質(zhì)量有一定程度的影響。本文綜合分析了其他地區(qū)石灰改良膨脹土的施工工藝，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本路段擬采用路拌法工藝，路基填筑采用“三階段、五區(qū)段、十流程”施工工藝組織施工。施工工藝流程圖如圖4所示。

圖4 路拌法改良膨脹土路基施工工藝流程圖

4.1 拌和方法

與集中路拌法中的填料攤鋪和布灰拌和工藝相比，路拌法不會(huì)造成路基填筑過(guò)程中將下層土混入填料的現(xiàn)象。布灰前素填料應(yīng)按照設(shè)計(jì)寬度和坡度攤鋪并整平，確保填料厚度均勻。拌和過(guò)程中應(yīng)保證路拌機(jī)拌和深度保持一致。布灰前應(yīng)平整作業(yè)工作面，以畫(huà)方格網(wǎng)形式進(jìn)行控制含灰率。

4.2 路基基底處理

根據(jù)互不干擾原則，對(duì)施工路段進(jìn)行區(qū)段劃分，區(qū)段長(zhǎng)度宜控制在100～200 m。施工前應(yīng)清除路基表面雜物，做好臨時(shí)排水設(shè)施并保持其暢通。對(duì)局部松軟地段應(yīng)采用原土換填壓實(shí)處理措施，然后對(duì)地基進(jìn)行平整和碾壓，用輕型動(dòng)力觸探儀進(jìn)行基底檢測(cè)，只有基底檢測(cè)合格后方可進(jìn)行下道工序。

4.3 路基填料攤鋪

路基填筑采用橫斷面全寬縱向水平分層的填筑方法。路基填料裝車(chē)前應(yīng)將其中的樹(shù)根等雜物清除干凈。根據(jù)試驗(yàn)路段確定的施工參數(shù)和車(chē)容量計(jì)算出堆土間距，攤鋪過(guò)程中控制好填料厚度的均勻性。同時(shí)，為了確保路肩和邊坡位置的壓實(shí)度質(zhì)量，填筑路基填料時(shí)路基兩側(cè)應(yīng)各加寬50 cm。

本路段路基采用推土機(jī)進(jìn)行初平，采用平地機(jī)進(jìn)行終平，按設(shè)計(jì)要求設(shè)置4%路拱，且保證路基縱向平順。路基平整后應(yīng)確保表面無(wú)明顯凹凸現(xiàn)象，若出現(xiàn)局部不平整現(xiàn)象須采用人工找平的方式進(jìn)行修復(fù)。路基填料攤鋪過(guò)程中遇到大土塊應(yīng)采用機(jī)械碾碎，同時(shí)控制好填料的松鋪厚度。

4.4 布灰及拌和施工

路基填料攤鋪并平整后采用石灰劃出3 m×3 m的縱橫雙向方格網(wǎng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的摻灰率計(jì)算出每個(gè)方格內(nèi)的布灰量，將計(jì)量好的袋裝生石灰堆放在方格網(wǎng)內(nèi)，然后人工用木板耙將生石灰均勻地?cái)偲健Ｊ也荚O(shè)完成后，采用路拌機(jī)將生石灰和土料上下均勻拌和，拌和深度應(yīng)超過(guò)基底1～2 cm。拌和過(guò)程中應(yīng)按照試驗(yàn)路段確定的拌和遍數(shù)進(jìn)行施工，安排專(zhuān)職技術(shù)員隨時(shí)檢查拌和寬度、深度及拌和遍數(shù)。

為了保證石灰與膨脹土之間的化學(xué)反應(yīng)能充分進(jìn)行。自路基填料拌和完成到碾壓前應(yīng)控制其含水率在最佳含水率±2%范圍內(nèi)。當(dāng)含水率小于最佳含水率-2%時(shí)應(yīng)采取灑水悶料措施處理，當(dāng)含水率大于最佳含水率+2%時(shí)應(yīng)采取翻曬和增加拌和遍數(shù)等措施處理。

4.5 路基填料碾壓夯實(shí)

當(dāng)改良填料含水率控制在最佳含水率±2%范圍，且填料中石灰拌和均勻滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，即可進(jìn)行路基壓實(shí)施工。路基碾壓施工按照先兩側(cè)后中間、先慢后快、先輕后重的操作程序進(jìn)行。兩輪跡間的搭接寬度應(yīng)不小于30 cm，兩施工段間的縱向搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于2 m。碾壓過(guò)程中應(yīng)安排專(zhuān)職技術(shù)人員檢查壓實(shí)質(zhì)量，壓實(shí)質(zhì)量檢查合格后方可進(jìn)行下道工序。若局部改良填料因含水率過(guò)大導(dǎo)致壓實(shí)質(zhì)量欠佳時(shí)，則人工將其清除并換填合格填料后繼續(xù)壓實(shí)。

4.6 路基檢測(cè)驗(yàn)收及養(yǎng)護(hù)

路基填筑壓實(shí)成型且檢測(cè)合格后，應(yīng)及時(shí)采取措施對(duì)路基進(jìn)行保濕養(yǎng)生。養(yǎng)生可采用塑料膜或草簾灑水覆蓋的方法，養(yǎng)生期不少于7 d，待路基壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求且經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行路面工程施工。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以合肥市包河區(qū)太原路(重慶路—黑龍江路)作為案例背景，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得出石灰改良土的膨脹率、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律，從而得到適合本路段的最佳摻灰率。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，總結(jié)出石灰改良膨脹土路堤的施工技術(shù)要求，可為以后同類(lèi)型市政道路路基施工提供一定的參考。