石灰改良膨胀土施工技术

GXF360 2017-11-09

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石灰改良膨胀土施工技术

张谏

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091)

摘要：用石灰改良膨胀土修筑高速公路路基技术已被广泛应用，介绍了湖北宜张高速公路采用的石灰改良膨胀土施工技术。通过采用现场集中拌制、砂化试验、灰土的均匀性控制等措施，确保了施工质量和工程进度，取得了良好的效果。

关键词：石灰改良；膨胀土；砂化试验；均匀性；宜张高速公路

1 工程概述

宜昌至张家界高速公路当枝段位于湖北省宜昌市，该地区膨胀土分布范围较广，项目全长39.4 km，其中30.5 km位于膨胀土区域，自由膨胀率为40%≤δef<60%(弱)、60%≤δef<90%(中)的膨胀土所占比例较大。

该项目一般填方路基设计方案为：根据路基填土的高度和分段，当高度小于、等于8 m时，边坡坡率为1∶1.5；当高度大于8 m、小于等于20 m时，自上而下于8 m处设宽2 m、横坡3%的路基中部平台，平台以上路堤边坡坡率为1∶1.5，平台以下路堤坡率为1∶1.75。护坡道宽度为2 m，外设路堤边沟。

2 膨胀土路基的处理防治方案

湖北宜昌地区膨胀土的大气活动区深度为2.1 m，为确保路基填料符合要求并保证路基的稳定性，对膨胀土路基填料进行石灰改良处理并对路床进行换填，具体处置方案如下：

膨胀土路基填料——当弱膨胀土作为路基填料时，胀缩总率不应超过0.7%，清表后，第一层30 cm采用4%石灰处理防治膨胀土填筑，向上依次采用三层弱膨胀土加一层4%石灰处理防治膨胀土填筑；当中膨胀土作为路基填料时，全断面采用4%的石灰改良膨胀土分层填筑。强膨胀土不得作为路堤填料。

膨胀土路床处理防治——对于膨胀土路段填方路基和弱～中膨胀土挖方路基，50 cm下路床采用4%石灰改良土，30 cm上路床采用6%石灰改良土。对于强膨胀土挖方路基，上路床以下70 cm范围采用4%石灰改良土分层填筑，上路床30 cm采用6%石灰改良土填筑。

2.1 工艺原理

利用生石灰在潮湿膨胀土中的水化作用和离子交换作用，在取土坑中掺入3%的生石灰堆土“焖料”，初步降低土的含水量并有效降低土颗粒的表面活动性，短期内减弱土颗粒间的粘聚力并使土料“砂化”。上料前，进行二次掺灰，使石灰剂量达到设计要求。土料上路后，经粉碎、整平、碾压后，利用熟石灰的结晶效应、熟石灰与土的长期火山灰效应及熟石灰的长期碳酸化效应，提高石灰-土体系的整体强度和稳定性。

2.2 砂化试验

为保证改良效果，改良膨胀土需达到砂化状态，同时进行灰剂量测定和最佳含水量快速测定，以满足路基填筑要求。由于现有规范对改良膨胀土在砂化过程中的所需时间无具体规定，因此，在大规模施工前，应通过试验确定。

2.2.1 砂化试验的目的

(1)确定掺灰工艺及掺灰比例；(2)确定闷料时间；(3)进行灰剂量测定和含水率现场的快速测定。

2.2.2 砂化试验的方法

(1)在控制总掺灰量4%、首次掺灰不小于2%的前提下，首次掺灰比例为2%、2.5%、3%；相应二次掺灰的比例为2%、1.5%、1%。

(2)掺灰前用磅称称取消解好的石灰201.6 kg、252 kg、302.4 kg，分别用尼龙袋装好并分别堆放。

(3)在取土场利用1.2 m3反铲挖取5斗土，并用反铲平摊成3 m×4 m、厚0.5 m，人工将称好的201.6 kg石灰布洒于平整好的土板上，洒灰应均匀。

(4)洒灰完成后，用反铲翻拌均匀并堆成土堆。记下土堆完成的时间，将其定为开始闷料的时间。

(5)48 h后，试验人员每隔24 h对闷料土堆进行取样试验，取样前，利用反铲翻拌，共取6次，即闷料时间为2、3、4、5、6、7 d。

(6)重复上述(2)、(3)、(4)步骤，完成掺灰2.5%和3%的砂化试验。三种砂化试验同时进行。

2.2.3 砂化试验取得的成果及其具有的指导意义

通过分别对中、弱膨胀土在取土场处进行的砂化试验，得出的试验结果为：第一次掺灰量为3%，闷料时间为4 d，能够使团块状的膨胀土崩解，达到土团容易粉碎、形成较均匀的混合料。

3 施工方法

3.1 施工准备

(1)石灰的检测。

施工用石灰进场前应进行抽检试验，同一厂家、品种、批号的石灰每200 t为一批，不足200 t时亦按一批计。除检查生产检验报告和产品合格证外，还应检验石灰的有效钙和氧化镁含量。

(2)石灰的消解与堆放。

在每个取土区设置石灰消解坑，将需消解的石灰倒入石灰坑，采用花管注水充分消解并堆高闷放2～3 d后用于路基施工，这样实施既利于彻底消解且不易扬灰，也减少了环境污染。对于消解后放置时间过长的石灰，使用前应重新测定其有效钙及氧化镁含量，确保石灰改善土的质量。

(3)施工区段的划分。

施工前，先按照设计要求对天然原地面及沟塘进行处理。根据现场实际情况合理划分作业区段，每一作业区段以100～200 m为宜。

3.2 路基清表

将施工区域内的树木砍伐，表层覆盖层清除厚度不小于10～30 cm，并将草皮、树根清除干净。

3.3 开挖排水沟

沿着地界线挖出纵向排水沟，排出原地面积水。施工排水沟与原有排水系统保持畅通，路堤坡面设置流槽接入坡脚排水沟。

3.4 填前碾压

清表完成并经检验合格后，应及时做基底土击实试验并检验含水量，合格后即可进行填前碾压。如地基表层为松散土层(旱地等)、厚度不超过30 cm时，可清除杂草后碾压至90%密实度；当松散层厚度大于30 cm时，将其翻松晾晒碾压或换填碾压至规范要求。场地清理拆除及回填压实后，重测地面标高。

3.5 备灰与备土

石灰应提前消化，备灰前根据灰剂量、不同含水量情况下的石灰松方干容重及石灰土最大干容重计算每m3的石灰用量，确定需备灰多少。根据段落划分，确定每层需土料的多少，每段按3～4层进行备土。备土过程中，利用反铲多次播拌，尽可能地将土块切碎，达到碎土效果。

3.6 石灰土的拌和及闷料

石灰土在料场集中拌和，采用挖掘机与装载机配合进行拌和。在进行土料开挖时，边开挖土料边上石灰，用挖掘机将土与石灰进行初步拌和，再用挖掘机与装载机配合进行二次上灰及翻拌，将拌和好的石灰土打堆存放。拌和好的灰土应色泽均匀，无离析、成团块现象。在雨天，应用彩条布覆盖，防止雨水渗入。

对拌和好的石灰土现场进行闷料，闷料时间为4 d。

3.7 运输及摊铺

石灰土在拌和场拌和闷料完成并经检测合格后，运至现场进行摊铺，推土机按平整工艺进行施工，将料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面力求平整并有规定的路拱。根据土的压实厚度、松铺系数确定每车土的松铺面积，然后在地面打方格，并以每个方格内上一车土进行控制。土料倒入方格后，立即根据石灰土的最佳含水量和干密度检检石灰用量和含水率是否合适，并检验松铺层的厚度，看其是否符合设计要求。摊铺石灰土的表面应没有空白的表面。

3.8 碾压

碾压采用振动式压路机联合完成。根据试验段结果：93区碾压时，一般碾压4遍，先振动压路机快速静压一遍→振动压路机振压2遍(中速或低速行进)→最后用振动光面至无明显轮迹。总之，碾压时遵循“由边到中，先轻后重，由慢到快”的原则。碾压必须连续完成，中途不得停顿，压路机应及时碾压作业，以减少碾压成型时间，碾压过程中应行走顺直，低速行驶。

3.9 接缝处理

两工作段的搭接部分应采用对接形式。接头部位如不能交替填筑时，则先填路段按1∶1坡度分层留台阶；如能交替填筑，则应分层相互交替搭接，搭接长度不小于2 m。

3.10 试验检测

试验员应驻守在施工现场，完成碾压遍数后，立即取样检验压实度(及时拿出试验结果)，并随时测量和收集松铺系数等基础数据；压实不足时应立即补压，直到满足压实要求为止。

3.11 养护

对不能及时覆盖上层结构层的灰土，其养生期不少于7 d，采用洒水覆盖养生法。养生期间要保持灰土表面经常湿润，养生期内应封闭交通，除洒水车外禁止一切车辆通行。灰土完成并经验收合格后，即可进行下道工序施工。每层填土碾压成型后，立即组织人员进行验收，主要验收项目包括：压实度、灰剂量、高程、宽度、平整度、外观质量及内业资料等。

4 质量控制

4.1 施工中的灰剂量控制

(1)根据灰剂量、不同含水量情况下的石灰松方干容重及石灰土最大干容重计算每反铲土料的石灰用量。

(2)在砂化完成后，进行二次掺灰，以确保其满足设计要求。

(3)采用EDTA滴定法，测量改良土料的石灰含量，补足石灰至满足设计要求。

4.2 石灰土拌和的均匀性控制

在取土坑采用反铲进行石灰与土料的拌和。施工过程中，使用装载机、挖掘机等进行灰土搅拌，若形成不了固定合理的搅拌工艺，灰土不易搅拌均匀。因此，需要注意所采用的拌和方法：一是布灰均匀性控制。现场监督挖掘机拌和过程，特别是布灰过程，以灰剂量为标准，通过计算指导驾驶员一次布灰量，通过学习并于现场操作合格的驾驶员方可参与拌和施工；二是多次掺灰。现场施工的土质参差不齐，有的含水量较高，土块较大，不容易拌和均匀，多次掺灰能分摊其不均匀性，提高石灰和土的结合性。

4.3 质量控制措施

(1)加强取土坑的焖灰作业，确保土料的“砂化”效果；(2)及时、快速地测定土料的含水量，严格控制土料的含水量变化速率，及时组织机械设备进行相应工序的作业；(3)准确测定土料的松铺系数，严格控制松铺厚度，确保压实厚度不超过30 cm；(4)准确计算掺灰数量，确保铺灰均匀；拌和作业时，安排专人跟随检查，避免素土夹层和拌和不均匀现象；(5)严格控制碾压前灰剂量及土料的拌和、粉碎效果，确保石灰改良效果；(6)加强施工期间的纵、横坡调整及临时排水措施，保护成型路基不被雨水冲刷和长期浸泡；(7)加强灰土的标准试验工作，确保试验结果准确、可靠；(8)膨胀土路基施工时应避开雨季，各道工序紧密衔接，连续施工，分段完成。路基填筑后不应间隔太久或越冬后再做路面；(9)膨胀土路堤按设计要求修整后，应立即进行边坡防护工程施工，防止雨水侵蚀。