高速公路路基過濕土施工技術(shù)

1、高速公路路基過濕土施工技術(shù)熊茂東1 馮義卿2 鄒衛(wèi)國3(1華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院 南昌 330000)（2江西省交通廳工程定額站 南昌 330008）(3江西省公路橋梁工程局 南昌 330003)摘 要：本文介紹了通過試驗確定對樂溫高速公路天然含水量偏大，CBR偏小的過濕土土質(zhì)進(jìn)行改良處理的方法，并通過試驗段的施工形成了生石灰改良土的成套施工技術(shù)。關(guān)鍵詞：道路工程；過濕土；檢測；施工；方法0 前言樂溫高速公路橫貫贛江沖積平原地區(qū)，為近代沉積土層，地形平坦開闊，沿線為水田，區(qū)內(nèi)季節(jié)性積水。地表覆蓋層為第四系全新統(tǒng)的沖積（Q4a1）層，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)。一般表層0.3m左右為種植土，0.3m1

2、0m左右為低液限粉土、低液限粘土層，黃色、灰黃色至灰白色，濕，硬塑。1 原狀土技術(shù)分析根據(jù)設(shè)計圖紙A9標(biāo)K28+986.1K32+200段用位于K29+600處的5#取土場，該取土場與瑤湖只有一堤相隔，取土場頂面標(biāo)高與瑤湖最低水位相差不大，所以在取土后取土坑內(nèi)很快積水，倒至該土場土質(zhì)天然含水量偏大，經(jīng)液塑限聯(lián)合測定及顆粒大小分析試驗確定該土為低液限粘土，開挖出的土塊一般直徑為30cm80cm，含水量大，質(zhì)地堅硬，解小困難，具體技術(shù)指標(biāo)見表1所示：表1 不同深度土的含水量液塑限和CBR對照表取樣深度（m）天然含水量（%）液限WL塑限WP塑性指數(shù)CBR（%）9094960.5127.643.220

3、.522.73.23.53.71226.842.721.820.92.42.83.42323.041.520.121.43.183.593.8規(guī)范規(guī)定50263.04.05.0該土的液限及塑性指數(shù)都比較高施工難度較大，CBR值也不滿足規(guī)范要求，并且因為取土坑的積水，實際取土的含水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然含水量，一般在30%40%左右，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗該土的最大干密度為1.812g/cm3,最佳含水量為14.6%。在雨季施工期間土方經(jīng)過短時間的翻曬很難將40%含水量的土降至14.6±2%范圍內(nèi)，在附近沒有合格的取土場并且工期緊張的情況下只有采取土質(zhì)改良的措施。2 過濕土的工程性質(zhì)及其作為高速公路

4、路基填料的可能性對“過濕土”目前尚無確切的定義。按現(xiàn)行公路路基的分類，對本文所說的過濕土大多屬于高液限粘土。有的文獻(xiàn)認(rèn)為，過濕土一般是指稠度(WC)小于某一允許值后，必須采取相應(yīng)技術(shù)措施加以處理方可壓實到規(guī)定壓實度的土。研究表明：粘性土按稠度(WC=(WL-W)/IP，WL為液限，W為天然含水量，IP為塑性指數(shù))劃分時，WC0.5時呈極軟塑狀，不能直接用作筑路材料；Wc=0.50.75時呈軟塑狀，屬于需要處理的濕粘土，如用作填土材料，可摻入無機(jī)結(jié)合料，視情況晾曬拌和后壓實，能獲得滿意效果；WC=0.751.00時呈硬塑狀，屬于可利用的濕粘土，其中WC=0.901.00時只需稍加晾曬便可壓實；W

5、C=0.750.90時需要晾曬時間較長，并需要摻入小劑量的結(jié)合料拌和后壓實；只有當(dāng)WC1.00時土呈半固體狀，屬于正常填料，直接可用重型機(jī)具碾壓密實。用上述觀點(diǎn)分析表1中的數(shù)據(jù)可知，樂溫高速公路(A9標(biāo)K28+986.1-K32+200段)路基的部分填料土屬于軟塑狀態(tài)，屬于需經(jīng)處理方可填筑路堤的填料。由于這種土的天然含水量大、粘性大，一般還含有膨脹性礦物，其親水性和持水性強(qiáng)，透水性差等特性，晾曬有困難且不易粉碎，施工難度大，粘粒含量越高的土，其膨脹性礦物的含量也越高，膨脹性越明顯，工程性質(zhì)越差。這種土風(fēng)干需要時間和場地，一旦風(fēng)干以后，它便成為硬塊，難于粉碎。而剛從取土坑取出的原狀土又由于天然含

6、水量較大，都遠(yuǎn)超過二種壓實標(biāo)準(zhǔn)(重型或輕型)的最佳范圍，顯然欲使此類填料在密實度上達(dá)到重型壓實標(biāo)準(zhǔn)，不采取措施是不可能的，因為在壓路機(jī)的瞬時壓力作用下，土中多余的水分不可能立即被排出，因此碾壓的結(jié)果，土體只會出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象。3 多種處理方法的原理分析及對比試驗 3.1處理方法的原理分析土質(zhì)改良的一般方法為水泥改良，石灰改良，土壤固化劑改良，石灰改良又分為消石灰改良和生石灰改良，土壤固化劑價格昂貴使用較少，本項目僅對水泥，消石灰，生石灰三種材料進(jìn)行對比。3.1.1水泥改良土的基本原理 水泥加入土中并拌合后，水泥中的各個成分與土中的水分發(fā)生，強(qiáng)烈的水解和水化反應(yīng)，同時從溶液中分解出氫氧化鈣及其它

7、水化物，Ca(OH)2 繼續(xù)與土發(fā)生各種反應(yīng)，其它水化物繼續(xù)硬化并在土中形成水泥石骨架，水泥在改良土中的作用，從工程觀點(diǎn)看主要有以下三點(diǎn)：降低土的含水量：水泥與水反應(yīng)形成結(jié)晶水同時反應(yīng)產(chǎn)生的熱量有利于水的蒸發(fā);改變土的塑性：3%的水泥劑量能在短時間內(nèi)降低土的塑指5%左右;增加土的強(qiáng)度和穩(wěn)定。3.1.2石灰改良土的基本原理 石灰加入土中后，發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)反應(yīng)，主要有離孒交換反應(yīng)、Ca(OH)2的結(jié)晶反應(yīng)和碳酸化反應(yīng)以及火山灰反應(yīng)。這些反應(yīng)的結(jié)果使粘土顆粒絮凝，生成晶體氫氧化鈣、碳酸鈣和含水硅鋁酸鈣等膠結(jié)物。這些膠結(jié)物逐漸由凝膠狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化，致使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度和水

8、穩(wěn)性不斷提高。當(dāng)土中加入生石灰時其主CaO+H2O=Ca(OH)2+64058J Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O ,所以采用生石灰粉處理過濕土特別有利，因為它能吸收的水分比水泥和消石灰多得多，此外，生石灰粉消解時放出的大量水化熱能促使較多的水分蒸發(fā)。3.2對比試驗（見表2所示）表2 采用不同的改良劑不同的劑量對比土的含水量下降的速度、程度以及CBR的提高程度從經(jīng)濟(jì)效益方面分析3%的水泥與6%的生石灰或消石灰的單價基本接近，但6%的生石灰能夠在短時間內(nèi)有效的降低土的含水量至最佳含水量的±2%范圍內(nèi)，而水泥和消石灰則沒有這種效果，同時生石灰對土的CBR提高的程度也較高, 所以

9、通過以上室內(nèi)外試驗最后確定采用生石灰作為過濕土的改良劑。4 生石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與處理技術(shù)4.1生石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)石灰應(yīng)采用級或以上級別的磨細(xì)的生石灰，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表3所示：表3 生石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對進(jìn)場的同廠家，同品質(zhì)，同編號，同生產(chǎn)日期的石灰，以200t為一批，每批至少取樣一次按公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTJ057-94）進(jìn)行試驗。4.2處理技術(shù)4.2.1施工機(jī)械準(zhǔn)備 每作業(yè)段應(yīng)配備灑水車一輛,旋耕機(jī)四臺,重型鏵犁兩臺,穩(wěn)定土路拌機(jī)一臺,18T以上壓路機(jī)不少于兩臺,推土機(jī)一臺,平地機(jī)一臺,自卸車不少于20輛。4.2.2材料準(zhǔn)備 素土：在取土坑周圍開挖一條比設(shè)計取土深度深1m左右的水渠，用抽

10、水機(jī)排除地下水，以降低土的天然含水量。石灰：石灰分批進(jìn)料，做到既不影響進(jìn)度，又不過多存放。4.2.3上土控制 依據(jù)施工經(jīng)驗，按松鋪系數(shù)為1.2，壓實厚度20cm計算每車土（松方約4方）的攤鋪面積，選用體積基本相等的翻斗車運(yùn)料，將路基全幅打4m×4m方格網(wǎng)，每個方格堆放一車土。以便指揮人員控制上土的均勻性。在同一地方取土供料的路段內(nèi)，指揮人員由遠(yuǎn)到近按要求將土卸于制定的方格內(nèi)，指揮人員要認(rèn)真負(fù)責(zé)，嚴(yán)格控制，避免上土不夠或過多。用推土機(jī)粗平，將土料均勻攤鋪在預(yù)定的平面上，表面平整，并按圖紙要求設(shè)置路拱橫坡，攤鋪過程中，人工將土中的雜質(zhì)撿除。試驗人員檢測土的含水量，若含水量過于偏大，則應(yīng)用

11、重型鏵犁和旋耕機(jī)翻拌晾曬以降低土的含水量。4.2.4石灰攤鋪控制 當(dāng)土質(zhì)含水量降至大于最佳含水量的1114時用平地機(jī)平整后用壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍，使其表面平整。施工技術(shù)人員按6的灰計量計算每袋石灰的攤鋪面積，在土層上畫好方格網(wǎng)，同時撒出石灰的攤鋪邊線，將石灰卸在指定的位置。人工將石灰均勻攤開，攤鋪后應(yīng)表面沒有空白位置，用鋼尺檢測石灰的松鋪厚度。根據(jù)石灰的松密度，核算石灰用量是否達(dá)到設(shè)計要求，若石灰厚度小于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)則補(bǔ)撒石灰以達(dá)到設(shè)計要求。4.2.5石灰土拌和 采用路拌機(jī)進(jìn)行二次拌和，拌和深度為整層厚度（24cm），要求專人跟隨拌和機(jī)，隨時挖坑檢查拌和深度及均勻性，并配合機(jī)械操作人員調(diào)整拌和深度。在拌

12、和過程中，及時檢查含水量。含水量合適時（大于最佳含水量23）用壓路機(jī)緊跟拌和機(jī)進(jìn)行封面以防止水分蒸發(fā)，如含水量較小，用灑水車補(bǔ)充灑水，使混合料含水量稍大于最佳含水量，水車起灑處和調(diào)頭處應(yīng)超過拌和路段2m以上，灑水車不要在正在進(jìn)行拌和或當(dāng)天計劃拌和的路段上調(diào)頭和停留，以防局部水量過大，拌和機(jī)應(yīng)緊跟水車進(jìn)行拌和。如含水量過大應(yīng)進(jìn)行翻拌晾曬。注意拌和時拌和機(jī)行走速度不宜太快，要求拌和色澤均勻一致、無灰條，土粒粉碎粒徑不大于15mm，必要時進(jìn)行三次拌和。拌和完畢及時檢測灰劑量，如灰劑量小于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，則必須補(bǔ)撒水泥，并且路拌機(jī)進(jìn)行拌和。拌和好的混合料要及時進(jìn)行碾壓，不得超過6h。4.2.6碾壓 先用壓路

13、機(jī)穩(wěn)壓1遍，一方面是封面以防止表面水分蒸發(fā)，另一方面是灰土碾壓基本密實，消除了在平整時平地機(jī)輪跡造成的不均勻密實和虛標(biāo)高。然后平地機(jī)進(jìn)行初步整平和整形，平地機(jī)由兩側(cè)向路基中心刮平，做出明顯的路拱橫坡度略大于2。在整形過程中，嚴(yán)禁任何車輛通行。用壓路機(jī)強(qiáng)振碾壓3遍，每次重疊1/3輪寬，壓路機(jī)碾壓速度控制在1.5km/h1.7km/h內(nèi)。碾壓過程中，土的表面應(yīng)保持濕潤，如表面水分蒸發(fā)較快，應(yīng)及時灑少量水。碾壓遵循由路邊向路中、先輕后重、低速行駛的原則。4.2.7接縫 橫向施工縫采用與表面垂直的平接縫處理。5 結(jié) 論實踐表明，經(jīng)生石灰處治的過濕土，其膨脹量和膨脹力都能得到有效的控制，其脹縮對干濕循環(huán)

14、已不敏感，有較好的穩(wěn)定性，強(qiáng)度也有顯著提高，即使用低劑量石灰處理，也能滿足路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。尤其重要的是，該種土采用石灰處理后，其壓實含水量可高于最佳含水量45，即使碾壓時含水量高達(dá)20以上，石灰土仍能很好地壓實，不會出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，壓實度也較易達(dá)到重型標(biāo)準(zhǔn)。研究還指出，應(yīng)在可壓實的情況下盡可能提高壓實含水量，這對路基的穩(wěn)定性有利。樂溫高速公路的實踐表明，過濕土摻灰后的壓實含水量約在23%25%，一般認(rèn)為只要24%，均可壓實到95%的重型標(biāo)準(zhǔn)密實度，同時過濕土填料經(jīng)摻灰處理后，使土的液限減小，塑限增加，塑指降低。如當(dāng)素土的塑性指數(shù)為24時，摻入6%、5%、4%、3%的石灰后塑性指數(shù)大致可降低為14.8、15.6、17.5、18.3，土質(zhì)團(tuán)?；?，土塊易于粉碎，小于0.075mm粘粒成分減少，降低了收縮性和膨脹性，提高了土的強(qiáng)度和