浅谈化新高速公路路基填筑的石灰改良土处理

史成武

河南高速公路发展有限责任公司，河南郑州 450000

0 引言

近年来，我国高速公路发展十分迅速，对质量的要求也越来越高，也就增加了施工和建设进度控制的难度。路基工程作为高速公路建设的关键性工程，其施工进度的快慢和施工质量状况，直接关系到后续路面工程，是决定项目建设周期长短的重要因素。

1 项目简介

化新高速公路项目路线全线25.815km，路基平均填土高度4m，全线借土填方总量为3 450km3。本项目按平原微丘区高速公路标准进行设计，设计速度100km/h。沿线地势平坦，地形条件好，路线布设主要受沿线村庄的制约，在不过多增加拆迁的前提下，平、纵面设计采用了较高的指标。

由于沿线地势平坦，无大的土岗，路基取土非常困难。为节约耕地，路基土方施工土源全部采用沿线近距集中取土，取土深度在6m左右，全线地下水位较高，大多在1m左右，土源天然含水量较大，现施工单位试验检测出土源的天然含水量为25%～30%，而试验做出土方碾压的最佳含水量为12%～14%。土方的晾晒、施工周期较长。

根据当地气象局提供的数据，该地区降雨量较大（年均980mm）。年平均降雨天数为60d，雨后影响天数约为70d（根据2010年上半年雨后实际影响天数推算），有效工作日仅为53d，施工工期极其有限。

综上所述，在沿线土源缺乏、土质较差、气候不利、有效施工工期紧张的情况下，必须对原定路基填方方案进行变更处理。

2 填方变更方案

2.1 填料比选

1）填料换填：换填毛渣碎石和换填河沙

毛渣碎石和河沙填筑路基，透水性好，结构稳定，施工快捷，受气候条件影响小，但从经济角度考虑，毛渣碎石材源与河沙材源距施工现场平均运距在95km左右，运输成本高，并且碾压成型预算成本高，并不满足控制造价的要求。

2）土质改良：生石灰改良和水泥改良

水泥改良土，可有效提高路基强度，但对降低土方含水量、缩短每层土方填筑的施工周期无效果，不满足降低土方含水量和加快施工进度的要求。

生石灰改良土，可有效降低土方含水量，缩短每层土方填筑的施工周期，同时也可提高路基整体强度。另外，从经济角度考虑，掺加生石灰每方增加费用及土方填筑费用不超过预算。

综上所述，采用生石灰改良土质，一方面可有效的降低土方含水量，缩短施工周期，同时还能提高路基整体强度，另一方面从经济角度比较是最合理的，所以生石灰改良土质是首选方案。

2.2 生石灰改良土质原理

将土粉碎,掺入适量石灰,在素土含水时拌和、压实,使石灰与土发生一系列的物理、化学作用,逐渐形成石灰土的强度。石灰土的强度往往在半年、一年以后还有所增长,且后期强度对石灰土具有更重要的意义。石灰土强度形成的因素,包括内因和外因两个方面。属于内因的有土质、灰质、石灰剂量、含水量与密实度等，属于外因的有温度、湿度、碾压、龄期等因素。一般认为石灰与土之间产生的化学的与物理化学的作用可分成四方面：1）离子交换作用；2）结晶硬化作用；3）火山灰作用；4）碳酸化作用。

石灰剂量对石灰土强度的影响较为明显。剂量较低时(小于3%～4%) ,石灰主要起稳定作用,即减少土的塑性、膨胀、吸水量,使土的密实度、强度得到稳定。在一定剂量范围内,石灰土的强度随着剂量的增长而显著增长,水稳定性和冻稳定性也有显著变化,石灰主要起加固作用。但剂量超过一定范围时强度反而降低。生产实践中常用的最佳剂量范围,对于黏性土及粉性土为8%～14%；对砂性土为9%～16%。

3 生石灰剂量比选

考虑本项目路基填土掺灰，目的是为了减少素土膨胀和含水率，加快土方施工进度，故采用小剂量掺加。

掺加3%生石灰：降低土方含水量效果较差，减少晾晒时间仅为1d～2d，不能有效的提高施工进度，同时也几乎无法对土质进行改良。

掺加4%生石灰：可在一定程度上降低土方含水量，减少晾晒时间为2d～3d，并对土质有一定的改良效果。

掺加5%生石灰：可有效降低土方含水量，减少晾晒时间为3d～4d，并对土质有明显的改良作用。

就工程需要而言，应选择可有效降低含水量和对土质有明显改良作用的灰剂量对土方进行改良，则应在4%和5%灰剂量中比选。灰土采用铧犁翻晒拌灰，灰土拌和机破碎土颗粒的方式进行施工，每立方4%灰土费用远低于5%灰土，经济性较好。选择4%灰土可降低土方含水量，加快施工进度，同时对土质有一定的改良作用，综合考虑，选择4%剂量的生石灰对土方进行改良。

4 计划掺灰改良路基段落及数量

按照上述控制工程计划工期的安排，如全部填筑素土按7d填筑一层（试验段试验结果），一层土方平均为17万方，在53个有效工作日内可完成土方填筑1 290km3。

如按照变更后填筑4%石灰改良土，按4d填筑一层（试验段试验结果），一层土方平均为17万方，在53个有效工作日内可完成土方填筑2 250km3。则可在工期内基本完成土方填筑任务。

为确保在要求工期内通车目标的实现，应对全线土方全部掺灰改良，但本着节约造价的原则，充分考虑路基土方施工的同步性、均衡性，拟定对部分土方进行掺灰改良。具体土方掺灰改良路段及数量为：填土高度2.5m以下路段全填筑素土；2.5m～4m路段应部分掺灰改良；4m以上路段全部掺灰改良。

5 施工措施

1）在取土场采取多种措施进行降水

（1）对周围有沟渠的取土场，可在取土场周围挖降水沟，通过周围沟渠降水排走；

（2）对于周边排水困难的取土场，可在取土场内依次分区开挖，循环利用作为排水坑塘。

2）应采取多种措施进行土方晾晒

（1）将取土场中一部分作为晾晒场地，堆土沥水；

（2）将路基中部分合适段落作为晾晒场地，堆土晾晒；

（3）临时征用部分土地作为晾晒场地，进行土方晾晒。

3）路基土方掺加4%白灰做土质改良试验段

在以上两项措施的基础上，再对路基土方掺加4%白灰做土质改良。通过施工现场路基土方试验段的施工，结合以往高速公路的施工经验，可确定本项目土方施工在正常情况下每填筑一层素土约需7天，每填筑一层灰土约需4d。

4）加强施工中的工艺控制

（1）为加快土方晾晒和碾压速度，施工中应采用“小段落、大机群”，快速成型；

（2）路基土方碾压时，路基横坡应不小于3%，并要保证平整，以免积水；

（3）对已摊开尚未碾压的路基土方，在下雨前要及时平整并碾压封面，并用彩条雨布进行覆盖，最大限度的减少雨水下渗；

（4）加快路基土方质量检测程序，随时完成，随时检测；

（5）保证拌和均匀性，灰土中一系列化学反应均在石灰和集料微粒接触而进行的，均匀拌和是保证石灰与其他微粒进行充分接触。

5）根据不同路段的具体情况考虑采用相应的降水方法、晾晒措施和施工工艺，通过试验路段进行多方案比较，最终确定合适的土方施工方案。

6 结论

1）采用掺灰处理后，有效加快了工程进度

若全线素土在正常情况下每填筑一层素土约需7d，现每填筑一层灰土约需4d，可保证路基施工按时完成。

2）路基强度增加

（1）土体的黏性明显降低：化新项目取土场土体的天然状态平均含水量在27%左右。若不采用掺灰处理，土体在含水量降低的同时，土粒间的黏性连接不断增强，土块的硬度明显增加，破碎困难，压实难度很大。在取土场掺4%的石灰，堆放2d，翻拌后土体平均含水量24%，土粒的黏性明显降低，呈碎块状，易破碎。将堆放2d的土摊铺到路基上，松铺厚度25cm，用旋耕机翻晒2d后，平均含水量降低到17%左右，可以进行碾压。

（2）石灰改良后强度显著增加：掺拌4%石灰改良后，土体的CBR强度和回弹模量都大大提高。实验室用静力压样法制取压实度90%和96%的试样在相对湿度大于90%、温度20℃的条件下养护6d，然后侵入水中，分别在制样后的第7、14、28、60、90d进行CBR和回弹模量试验，实验结果可见，改良土的CBR强度和回弹模量随龄期而增长。

3）减少毛细水侵害路基

路基进行4%灰土改良后路基强度和稳定性大大提高，可有效帮助减少毛细水上升对路基稳定性的影响。

[1]王明怀.高等级公路施工技术与管理[M].北京：人民交通出版社,1998：267-276.

[2]张显丰.白灰土中白灰剂量与最佳含水量的关系[J].黑龙江交通科技，2004(1).

[3]中华人民共和国交通部.公路工程技术标准JJGB01-2003[S]，2004.