浅谈高速公路石灰稳定土的施工控制

汪晶晶

0 引言

石灰土路基填筑是目前高等级公路施工中最重要、最常见的单位工程。路基填筑不仅线长、工作量大、持续时间长,而且受当地气候条件、温湿变化影响较大。石灰稳定土施工,不但可以改良土性,而且还可以提高路基强度、增加路基稳定性、耐久性。

临连高速公路连云港段4标路基采用灰土填筑96区,受地方条件限制路基填筑用土有其特殊之处,作为临连高速公路第二总监办的一员,我参与了整个施工过程。在路基灰土施工过程中,我办本着求真务实的精神,对各种施工参数的选取,相应配套工艺的采用等方面进行了一系列探讨,总结了一些经验。

1 本工程地质条件

路基填筑用土取自临近取土坑,取土深度3 m～5 m,土质大部分为塑限指数15～20的低液限黏土,其中还掺杂着部分塑性指数高于20的高液限黏土颗粒,取土坑天然含水率大,在3 m以下基本呈流塑状,受地方条件限制,土源直接作为路基填筑料是难以达到设计要求的,施工中最大的困难是土源中的高液限黏土施工时难以粉碎,所以我们采用在取土坑砂化和现场二次掺灰处理过程,以达到改良土性、提高路基承载力的目的。

2 现场灰土施工基本工艺

2.1 取土坑准备

取土时,先从内侧周边往外挖土,这样先期成型的坑塘可起到集水的作用。由于当地地下水位较高,一般在地表下1.0 m左右,需配备水泵排水,以有效降低地下水位。挖出土后,先在坑边堆高沥水,如时间许可,可尽量长一些,使土的含水量降至35%左右,备土最好提前进行。

根据土质的实际情况我们决定在取土坑掺入4%～5%的生石灰,其质量要求达到三级以上,便于质量控制。掺加前先根据土堆的体积和土的容重,计算出相应需要掺入的生石灰量。先用挖机将挖出沥水的土堆挖开,铺一层土在地上,一般厚度为40 cm～50 cm,然后在上面铺上一层石灰,再铺上一层土,再上一层石灰,直至相应的需要掺入的石灰都用完。最后用挖机将石灰土进行翻拌堆高,焖灰48 h。2天后再用挖机将灰土堆再次翻拌堆高,焖灰24 h。

通过这两次翻拌,土粒表面基本包裹着石灰,但还存在一些大颗粒,这样的灰土不能直接上路堤使用。应用大吨位的推土机将土堆推开,然后再推成堆,通过推土机履带的碾压,将大的土颗粒碾碎,使石灰进入到达颗粒土内部。经过二次倒堆,土块基本都在10 cm以下,砂化比较充分,可以上路堤使用。此时的土体含水量大约在25%～28%。

2.2 二次掺灰、拌和

当灰土在土场内经多次处理,已达到砂化效果后,可将灰土运到验收合格的下层路段上。在允许上土的路段上,先用石灰画好方格线,根据方格面积、灰土松铺系数、每车装运灰土虚方量(按松铺厚度不大于30 cm计算)确定每一方格内的卸土量,并严格按照确定量卸土。上料后用推土机将土推开,推土可采用斜向推开的方法。推土机将土基本摊平,通过履带碾压起到将土颗粒进一步破碎的作用。此后,用轻型压路机稳压一遍,用平地机进行一遍初平。待土整平后,根据8%掺灰量和施工的厚度20 cm,以及运输石灰车辆的能力进行人工控制3%～4%二次掺灰的数量及均匀性。按照车辆的运输能力计算出二次掺灰的厚度。运输车辆(因施工场地限制,用小三轮车运送石灰)运载能力4 m3/车。

计算如下:

已知:8%灰土干密度1.655 g/cm2,最佳含水率18%。则1 m3灰土摊铺面积为1/0.2=5.0 m2;每平方米灰土中含土量为:1×1.655×(1-0.08)/5.0=305 kg,3%灰土每平方米掺量为:1×1.655×0.03/5.0=9.9 kg。

上灰车数:每车装石灰 4 m3,合计重3.2 t(4 m3×0.8 t/m3=3.2 t),去除20%消石灰含水率为2.56 t,则每车消石灰摊铺面积为2 560/9.9=258 m2,石灰的摊铺厚度约等于1.6 cm。

采用人工撒布石灰可以有效保证撒布的均匀性,然后铧犁进行翻犁、晾晒,使土体含水量进一步下降,在此基础上用旋耕机,对灰土再作进一步的破碎,当灰土已破碎至细颗粒状后,检测石灰量、含水量,当石灰量合格、含水量达到或接近最佳含水量。

2.3 稳压、整形

在施工土层接近最佳含水率±2%时,采用T220振动压路机以5 km/h～7 km/h的速度稳压,按1.2的系数放点桩,平地机反复整平,测量人员根据相应的纵坡、横坡要求在土上用石灰做好记号,以指导平地机精平。

2.4 碾压

整形结束后的施工路段,采用三轮压路机和T220振动压路机,按照先两边后中间的行走路线进行碾压,碾压速度控制在1.5 km/h～1.7 km/h。碾压时先慢后快,横向接头对振动压路机一般重叠0.4 m～0.5 m,对三轮压路机一般重叠后轮宽1/2,前后相邻两区段宜纵向重叠1m～1.5 m,对于路基两侧为确保边缘压实度,比相应的工作面增压2遍～3遍,在试验段施工时试验人员要检测每一遍的压实度,并做好记录,用来确定最佳碾压组合。

3 灰土施工的几点想法

3.1 含水率的控制

含水率控制是灰土施工的关键,路堤填筑施工中的大部分工序都是围绕降低填筑土的含水量展开的,而含水量控制又往往与土的性质、天气因素和施工工艺有关。

通过掺生石灰降低含水量。通过5%的生石灰砂化土质将得到明显改善,虽然掺灰的首要作用是改善土性,但对降低填筑土的含水量也起到了重要作用,由于将生石灰直接掺入土中,石灰的消解是一个吸收水分和放出大量热量的过程,根据实际施工测算,在设计5%掺灰量下,生石灰在消解过程中所吸收土中的水分在2%左右,其余要通过多次倒堆、翻晒,将聚集在土堆中由消解产生的热量散发出来,带走一部分的水分,待要上路堤时,一般可控制在28%以下。从外表来看,此时土基本干燥,色发白,手捏要用劲方可捏成团,这样基本上可运上路堤填筑。余下部分含水量要靠上路后摊平、翻晒作业来降低。根据临连高速公路的灰土施工我们做出的大量试验数据表明,我们所面对的这种低液限和高液限黏土颗粒混杂的其间还带有少量的盐渍成分的土质碾压时的含水率大于最佳含水率压实度将会显著降低,相反如果碾压含水率等于或略小于最佳含水率压实效果将大幅提高,这也是我们觉得连云港这种特殊土质的特别之处。

3.2 掺灰量的控制

由施工性质所定,掺灰量的控制比较粗,有时灰量上下偏差会很大。在取土场第一次加灰时,根据土堆的方量,通过计算得出石灰的掺量,掺入后虽经翻拌、焖灰倒堆等工序,但均匀度不是很理想。灰土上路堤后,经推土机、铧犁、旋耕机的多次作业,土颗粒相对比较细了,石灰分布也比前期均匀了,此时在测灰剂量上会有所下降,而且灰土在翻拌和晾晒过程中,与空气接触面大,石灰的碳化过程加快了,灰剂量衰减也比较快。所以必须抢时间施工,在含水量接近最佳值时,立即碾压成型。在这里要纠正一种错误的认识:以为灰剂量会随时间衰减,就可以克扣灰剂量,以达到降低成本的目的,这往往是得不偿失的。因为掺灰量不够,势必影响到填筑土的砂化,含水量下降也比较慢,所用机械处理费用的增加要大于石灰的费用。

3.3 灰土施工的季节

灰土上路堤后,通过推土机的作业,将土摊开,增加其与大气的接触面积。当气温较高时,水蒸发较快,特别是夏季,一般经1 d翻晒就接近最佳含水量,就可进行成型碾压;当气温较低时,大气蒸发量少,灰土上路堤后要经过2 d～3 d的翻晒才行。当气温在5℃左右时白天蒸发的水与晚上霜露降下的水分基本持平,此时施工较为困难,有时还会出现含水量上升的趋势,这可能是石灰在碳化过程中产生的水分和土中含有的盐分所致。因此,在寒冷的秋冬季,不宜进行灰土施工。

以上是我从事临连高速公路连云港段灰土施工的一些体会,由于对该地区土质的认识还不够全面,对有些问题还停留在摸索阶段,希望通过以后的施工有更加深刻的认识。

[1]JTG F10-2006,公路路基施工技术规范[S].