雨季路基施工中濕軟填土的生石灰處治技術(shù)

梁飛

（河北光太路橋工程集團(tuán)有限公司，河北邯鄲 056002）

1 工程概況

某公路項(xiàng)目原定在當(dāng)?shù)赜昙镜絹碇敖Y(jié)束路基轉(zhuǎn)序，但由于施組不力，加之材料供應(yīng)不及時(shí)，使項(xiàng)目施工進(jìn)度延后，導(dǎo)致路基不得不在雨季進(jìn)行填土，這一季節(jié)對(duì)填料自身含水量與整套施工工藝都提出了更高要求，且工期較緊，整條線路都處在追趕工期的狀態(tài)。該項(xiàng)目總長約12km，填方量可達(dá)2.1×105m3，項(xiàng)目周圍基本無透水性材料可用。若完全按照原設(shè)計(jì)要求實(shí)施填筑，不僅難以達(dá)到工期要求，路基整體質(zhì)量也難以保證。項(xiàng)目所在地區(qū)的雨季為7月—9月，降雨集中，且雨量充沛，給路基填筑帶來較大影響，應(yīng)采用合理有效的方法處治雨季路基施工濕軟填土。

2 方法及原理

生石灰是公路工程建設(shè)中的一種常用材料，主要成分為氧化鈣，還包含一定量的硅酸鈣及氧化鎂。經(jīng)研究可知，在濕軟土中適量摻加生石灰能發(fā)生以下幾種反應(yīng)：

首先是石灰消解，當(dāng)生石灰發(fā)生水化時(shí)，會(huì)釋放熱量并蒸發(fā)水分，以氫氧化鈣為主要產(chǎn)物，產(chǎn)物自身也會(huì)吸水，使土體含水量降低，具體的反應(yīng)過程為氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，并釋放熱量；其次是結(jié)晶反應(yīng)，使原本處于松散狀態(tài)的土粒變?yōu)檎w，由于氫氧化鈣結(jié)晶的溶解度相對(duì)較低，因此能起到增加土體水穩(wěn)性的作用；最后是碳酸化反應(yīng)，完成消解的石灰和二氧化碳反應(yīng)將生成碳酸鈣，使土體進(jìn)一步被黏結(jié)，具體的反應(yīng)過程為氫氧化鈣和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣與水[1]。

在以上各種反應(yīng)的作用下，原本濕軟的填土將產(chǎn)生質(zhì)變，具體表現(xiàn)為結(jié)團(tuán)、液塑限與最佳含水量提高、產(chǎn)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)，最終提高土體穩(wěn)定性、板體性與強(qiáng)度。

3 生石灰摻量

采用生石灰處治濕軟土?xí)r，施工管理人員往往未能對(duì)處治機(jī)理予以深入分析，只是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定生石灰摻量，不僅理論依據(jù)不足，且有很大的偶然性與隨意性，可能影響最終的處治效果。

該項(xiàng)目在雨季路基施工中采用生石灰處治濕軟土之前，先對(duì)處治機(jī)理開展了深入分析和研究，以此確定具體影響機(jī)理。在濕軟土中摻加生石灰以后，土體中干料占總量的比例有所增加，土體含水量降低，將降低值記作W1；在濕軟土中摻加生石灰以后，氧化鈣和濕軟土所含水分發(fā)生反應(yīng)，以氫氧化物為主要產(chǎn)物，降低土體含水量，將降低值記作W2；以上反應(yīng)過程必然放出大量的熱，使水分蒸發(fā)速度加快，蒸發(fā)量和生石灰摻量之間為正比關(guān)系，同時(shí)受到現(xiàn)場(chǎng)溫濕度條件的影響，將此含水量降低值記作W3；在濕軟土中摻加生石灰以后，土體自身最大干密度也會(huì)有所降低，但最佳含水量反而升高，而且當(dāng)生石灰的摻量增大時(shí)，土體自身最佳含水量的升高程度越大。經(jīng)試驗(yàn)可知，采用5%的摻量時(shí)，土體自身最佳含水量可以升高2%～3%；采用8%的摻量時(shí)，土體自身最佳含水量可以升高3%～4%[2]。

對(duì)上述三個(gè)影響因素進(jìn)行匯總，若土體處治前的含水量記作W0，將生石灰的摻量記作a，將生石灰所含有效氧化鈣實(shí)際含量記作b，將蒸發(fā)系數(shù)記作c（具體數(shù)值通過試驗(yàn)確定），則由于生石灰的摻加使土體實(shí)際含水量的總降低值（記作W）可表示為：

在濕軟土中摻加生石灰的基本目的為使土體實(shí)際含水量降低至最佳含水量，通過對(duì)由于生石灰的摻加使土體實(shí)際含水量的總降低值及其各項(xiàng)影響因素的綜合考慮，得出以下生石灰摻量建議值：當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高3%時(shí)，建議采用3%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高4%時(shí)，建議采用3%～5%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高5%時(shí)，建議采用5%～6%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高6%時(shí)，建議采用6%～8%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高7%時(shí)，建議采用7%～9%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高8%時(shí)，建議采用8%～10%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高9%時(shí)，建議采用9%～10%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高10%時(shí)，建議采用10%～12%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高11%時(shí)，建議采用11%～14%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高12%時(shí)，建議采用12%～15%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高13%時(shí)，建議采用13%～15%的摻量；當(dāng)土體天然含水量比最佳含水量高14%時(shí)，建議采用14%～16%的摻量[3]。

該項(xiàng)目所用填土自身天然含水量為20%～23%，且隨雨量的變化而改變，經(jīng)試驗(yàn)，最佳含水量為13.9%。通過對(duì)方案經(jīng)濟(jì)性與施工方便性進(jìn)行的綜合考慮，將生石灰摻量確定如下：當(dāng)土體自身天然含水量為20%時(shí)，采用5%的摻量；當(dāng)土體自身天然含水量為21%時(shí)，采用6%的摻量；當(dāng)土體自身天然含水量為23%時(shí)，采用7%的摻量。

4 試驗(yàn)與指標(biāo)控制

通過承載比試驗(yàn)可知，經(jīng)處治的土體CBR值由于生石灰摻量及壓實(shí)度的提高而變大，采用5%的摻量時(shí)，土體CBR值比處治前增加了約250%；采用6%的摻量時(shí)，土體CBR值比處治前增加了約300%；采用7%的摻量時(shí)，土體CBR值比處治前增加了約340%，具體數(shù)值為：處治前，當(dāng)壓實(shí)度為92%時(shí)，土體CBR值為6.7%，當(dāng)壓實(shí)度為93%時(shí)，土體CBR值為8.5%，當(dāng)壓實(shí)度為95%時(shí)，土體CBR值為13.2%；按5%的摻量采用生石灰處治后，當(dāng)壓實(shí)度為92%時(shí)，土體CBR值為16.75%，當(dāng)壓實(shí)度為93%時(shí)，土體CBR值為24.2%，當(dāng)壓實(shí)度為95%時(shí)，土體CBR值為33.2%；按6%的摻量采用生石灰處治后，當(dāng)壓實(shí)度為92%時(shí)，土體CBR值為20.4%，當(dāng)壓實(shí)度為93%時(shí)，土體CBR值為27.8%，當(dāng)壓實(shí)度為95%時(shí)，土體CBR值為38.6%；按7%的摻量采用生石灰處治后，當(dāng)壓實(shí)度為92%時(shí)，土體CBR值為22.4%，當(dāng)壓實(shí)度為93%時(shí)，土體CBR值為29.8%，當(dāng)壓實(shí)度為95%時(shí)，土體CBR值為42.%[4]。

根據(jù)已有研究成果，結(jié)合承載比試驗(yàn)結(jié)果，同樣能驗(yàn)證承載比和壓實(shí)度及生石灰摻量之間存在一定比例關(guān)系?；诖?，在采用生石灰對(duì)濕軟土進(jìn)行處治的施工中，CBR是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)。但在現(xiàn)行規(guī)程當(dāng)中，僅提出了不同層位所用填料需達(dá)到的CBR值，對(duì)于當(dāng)前應(yīng)用越來越廣泛的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土，并未對(duì)其承載比提出明確要求。不同層位所用填料的CBR值要求為：上路床（路面底面向下30cm以內(nèi)），高速公路與一級(jí)公路所用填料的CBR值不能低于8%，其他公路不能低于6%；下路床（路面底面以下30～80cm范圍內(nèi)），高速公路與一級(jí)公路所用填料的CBR值不能低于5%，其他公路不能低于4%；上路堤（路面底面以下80～150cm范圍內(nèi)），高速公路與一級(jí)公路所用填料的CBR值不能低于4%，其他公路不能低于3%；下路堤（路面底面以下150cm以下），高速公路與一級(jí)公路所用填料的CBR值不能低于3%，其他公路不能低于2%；零填與路塹路床，高速公路與一級(jí)公路所用填料的CBR值不能低于8%，其他公路不能低于6%[5]。

該項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)有研究成果并通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，首次提出按照壓實(shí)度與CBR值兩個(gè)指標(biāo)對(duì)采用生石灰處治完成的路基土進(jìn)行壓實(shí)控制的方法。綜合考慮項(xiàng)目所在地區(qū)地質(zhì)條件與自然氣候等外界因素，將路基不同部位的采用生石灰處治完成后的填土壓實(shí)度及CBR值要求確定如下：路床（路面底面以下0～80cm范圍內(nèi)），采用生石灰處治完成后的填土壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到92%以上，最小CBR值為16%；路堤（路面底面以下小于80cm的部分）采用生石灰處治完成后的填土壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到90%以上，最小CBR值為10%。

5 社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

通過大量的實(shí)踐可知，采用生石灰對(duì)雨季濕軟填土進(jìn)行處治，能在保證質(zhì)量的同時(shí)加快進(jìn)度，使工期與質(zhì)量都達(dá)到預(yù)期要求，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在社會(huì)效益方面，雨季施工時(shí)，由于降雨可能會(huì)使路基出現(xiàn)反彈與翻漿，加之填土的含水量大，無法較快完成填筑，導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)泥濘不堪，使保通壓力急劇升高。而采用生石灰對(duì)濕軟土進(jìn)行處治，則能從根本上解決這一問題，確保填筑完成的路基形成足夠的強(qiáng)度，并提供良好排水能力，極大地緩解了保通壓力，使施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得以改善。在經(jīng)濟(jì)效益方面，采用生石灰對(duì)雨季濕軟土進(jìn)行處治，雖然使用生石灰量較大，但該處治方法除對(duì)路基質(zhì)量有利，還能減少或避免由于雨季施工造成的一系列質(zhì)量問題帶來的修復(fù)費(fèi)用，同時(shí)還能加快進(jìn)度，避免由于雨季施工過程中填土含水量過大不得不進(jìn)行晾曬而造成的窩工。

6 結(jié)語

綜上所述，在雨季路基填筑施工中采用摻加生石灰的方式處治濕軟土是合理可行的，具有良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。而為使這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到最佳效果，需根據(jù)土體天然含水量確定適宜的生石灰摻量，同時(shí)在壓實(shí)施工中針對(duì)不同層位的經(jīng)生石灰處治后的填土，提出相應(yīng)的壓實(shí)度與CBR值控制指標(biāo)。