石灰改良膨胀土路基施工

胡 波

0 引言

在路基施工中膨胀土的危害是十分严重的，有“逢堑必滑，无堤不塌”之说。因其具有经受干、湿循环，土体重复收缩、膨胀的性质，造成土体强度急剧衰减，对路基稳定性产生较大影响，导致路面开裂、松散脱落、路基下沉、边坡沉塌、滑坡等病害问题。因此膨胀土不能直接作为路基填料，必须经过改良处理，改变其物理、化学性质，达到降低膨胀土膨胀潜势，增加强度和提高水稳性的目的，有效防止土体变形，保证路基稳定、耐久。蚌淮高速公路淮南段，地域属江淮波状平原区是安徽省境内膨胀土分布区域之一，区域内土体普遍具弱 ～中度膨胀性。经设计单位的调查研究，该段路基使用石灰改良膨胀土的方法进行填筑。

1 石灰改良膨胀土的机理

生石灰的化学成分主要是CaO，加入土中后，会发生相应的物理变化和化学反应，致使石灰土的刚度不断增大，强度和水稳性不断提高。其作用机理一般有以下四种:

1)阳离子交换作用:石灰同膨胀土掺合后，土中将产生过量的Ca2+，它能置换土中其他低价离子。2)絮凝或团聚作用:主要是使土中的小团粒变成大的团块。3)碳化作用:土中的石灰同空气中的二氧化碳发生作用，可形成CaCO3晶体。4)胶结作用:适量的石灰和水可同土中大量存在的硅、铝或两者同时作用而产生较强的粘结物质，在这种高碱性的环境中，主要产生氢氧化钙铝。

在以上因素的综合作用下，土的结构也发生了较大变化。

2 石灰改良膨胀土的性质

消除膨胀土的破坏性膨胀是膨胀土施工的关键环节，膨胀土中加入石灰后，二者发生物理和化学作用，包括离子交换、Ca(OH)2结晶、碳酸化和火山灰反应。Ca(OH)2离解后的Ca2+与粘土胶体反粒子层上的K+，Na+进行交换，胶体吸附层减薄，胶体颗粒发生聚结;Ca(OH)2与水作用形成的含水晶体将粘土颗粒胶结成整体，以及形成CaCO3过程的碳酸化反应和形成硅酸钙、铝酸钙过程的火山灰反应均改变了膨胀土的力学性质，其强度和水稳定性大大提高，胀缩性也得到控制。

3 石灰改良膨胀土路基施工

石灰改良膨胀土的施工方法比一般路基施工增加了石灰掺入的过程，即:使含水量合适的膨胀土与掺入的石灰充分混合接触，并产生物理化学反应，以达到降低或消除膨胀土膨胀性，增加其水稳性和耐久性的目的。石灰改良膨胀土的施工质量控制主要包括压实度、混合料含水量和石灰剂量的检测和控制。石灰改良膨胀土路基填筑采用路拌法，按“三阶段、六区段、十流程”的施工工艺组织施工。具体为三阶段:准备阶段、施工阶段、竣工阶段;六区段:填土区段、拌和区段、水灰检测区段、平整区段、碾压区段、压实检测区段;十流程:施工准备、基底处理、分层填筑、初压平整、布灰拌和、洒水晾晒、填料整平、碾压夯实、检测记录、整修养生。工艺流程图见图 1。

3.1 施工准备

施工前的准备工作极为重要，它是组织施工的第一步，是保证路基施工的基本工作顺利完成的前提条件。石灰的质量要按规范要求进行控制，对生石灰必须进行取样检验，目的是检测有效CaO+MgO的含量不小于70%。

在施工准备中，除了要做一些常规的准备外，还要做好石灰加工的准备工作，根据设计要求，如果使用熟石灰改良膨胀土，应该选择避风近水的场所进行石灰的消解、过筛，并把消解残余物集中堆放，并及时清除，做好相应的环境保护工作。

3.2 基底处理

为降低路基本体水位，沿路基两侧开挖临时排水沟，引流至附近沟渠，降低路基基底范围的地下水位和含水量，并在施工过程中，随时保持临时排水系统的畅通。按照施工互不干扰的原则划分作业区段，区段长度宜在 100m～200m之间;水位降低后利用推土机推除表层 20 cm种植土，装运至弃土场。线路范围之内的杂草及不良土质全部清除干净后，对基底土进行翻松 30 cm晾晒，然后稳压布灰，对基底 4%石灰土采用20 t以上的压路机振动碾压，并利用轻型动力触探仪或K30进行基底试验，经检验路基基底的压实度大于 90%时，方可进行填土。

3.3 分层填筑

按横断面全宽纵向水平分层填筑方法，采用自卸车卸土。在用自卸车装填料前，应将树根等杂质清除干净，并根据车容量和松铺厚度计算堆土间距，以便平整时保证松铺厚度的均匀。为保证边坡的压实质量，填筑时在路基两侧各加宽 50 cm左右。

3.4 摊铺初平

摊铺后用履带式推土机推平并将大块料碾碎，控制填土层的松铺厚度，用路拌机将大粒径土打碎一遍，然后用平地机进行平整，个别不平处用人工配合找平，避免出现压实后土体厚度不均现象，确保层间接触良好。

3.5 布灰拌和

当平整好后，用石灰画出 3m见方的纵横向方格网，根据含灰率，确定每个方格内石灰用量，并以石灰干密度折合成体积的高度为标准确定挂线高度，然后用计量过的袋装灰堆放在方格网内，人工解袋，并用木板耙均匀的把灰分布在方格网内。布灰人员应穿上防护服，戴好口罩，做好安全保护。当风力大于 4级时，不宜安排布灰作业。石灰布好后，用路拌机进行拌和，拌和深度应侵入下承层1 cm～2 cm。路拌机轮迹搭接宽度不小于50 cm，设专人跟随拌和机，随时检查拌和搭接宽度和深度。发现与规定不符时，及时配合路拌机操作员进行调整，并注意对混合料含水量、颗粒细度、含灰率均匀度的检测。

3.6 洒水晾晒

由于膨胀土的天然含水量较高，在与生石灰充分拌和后，经过一段时间，使石灰与土进行充分的物理化学反应，降低膨胀土的早期胀缩变形。改良后的膨胀土填料在碾压前应控制其含水量在由试验段压实工艺确定的施工允许含水量范围内。当填料含水量较低时，应及时采用喷洒补水措施;当填料含水量过大时，可采用晾晒和增减拌和遍数的办法。

3.7 碾压夯实

当混合料处于最佳含水量以上 1个～2个百分点，颗粒粒径大于 15mm的不超过 20%，含灰率及其均匀度满足设计要求时，即可进行碾压。压实顺序应按先两边后中间，先快后慢，先轻压静压后重压的操作程序进行碾压，两轮迹搭接宽度一般不小于40 cm，两区段纵向搭接长度不小于2m。

3.8 填料平整

用推土机初平，压路机静压一遍后用平地机精平，控制层面无明显的局部凹凸，按设计要求做出 2%～4%的路拱，并保证纵向平顺。

3.9 检验签证

路基填土压实的质量检验应随分层填筑碾压施工分层检验。含灰率检测采用EDTA或钙离子直读仪法，压实度采用环刀法进行检测，地基系数采用承载板试验进行检测。

3.10 修整验收

使路基成形，达到规范要求的，在下层完成经检验质量合格后，若不能立即铺筑上层的或暴露于表层的改良土必须进行保湿养生，养生可采用洒水后草袋覆盖的方法，养生周期一般不少于7 d。路基施工进行到一定阶段，应刷坡整形;分部施工完毕，对其外观进行修整，组织中间验收;路基工程全部完工，整形完毕，组织竣工验收。

4 石灰改良膨胀土施工控制要点

4.1 严格控制标高

用“灰点法”控制高程，保证松铺厚度。灰土初平时应高于设计标高5mm～10mm，填料不够及时补充，并采用灰土拌和机翻松，达到上下层松铺系数一致;精平时刮掉灰土层 5～10，杜绝精平后找补现象。

4.2 控制含水量

灰土最后一次拌和前，试验人员应及时检测含水量。春季和夏季施工，灰土含水量一般控制在比最佳含水量高 1%～2%;雨季施工，由于空气潮湿，一般控制在最佳含水量 ±1%之间。达不到最佳含水量时，需及时洒水补充，然后翻拌;含水量过大则需晾晒，接近施工最佳含水量时再碾压。

4.3 杂物清除

人工配合机械作业，将灰土中超规格的石块、土块等杂物清理干净，特别是表面土块和石块的清理避免精平时土、石夹在平地机刀片中，带出沟槽坑洼。

4.4 拌和质量控制

在灰土施工过程中，应严格控制松铺厚度不大于灰土拌和机的有效拌和深度，且最厚不大于25 cm。灰土拌和应均匀，不留“素土”、施工层间夹层。

4.5 压实质量控制

压实要在最短时间内达到规范要求的密实度;灰土含水量过大或过小或表面过湿时，应禁止碾压，待灰土含水量满足要求且灰土层不粘轮时方可碾压;如果施工区段较长，碾压不可能在短时间内完成，灰土填层表面应及时补充水分，待水分浸透下去，表面多余水分基本吹干，碾压不粘轮时再进行补压。

4.6 石灰质量控制

石灰标准要求达到 3级以上，石灰进场后应尽快使用，尽量缩短存放时间;存放期间应覆盖，防止雨淋;消解时间一般控制在7 d以内，以免有效成分衰减损失过大。

5 施工体会

掺入相应剂量的石灰能有效改善膨胀土的性能，相对一般路基施工工艺主要增加石灰掺入的过程，既增加了拌和工艺，且易于操作。填料拌制时，均应拌制成粉状或细小的颗粒状，不应含有大块土团或大颗粒，否则石灰土的性能将受到很大的影响，这是石灰改良膨胀土填料质量控制的关键。施工过程中应严格控制最佳含水量、松铺厚度、拌和深度。

[1] 徐敦美.膨胀土路基石灰改良施工工艺试验研究[D].成都:西南交通大学，2005.

[2] JTG 013-95，公路路基设计规范[S].

[3] TB 10035-2002，铁路特殊路基设计规范[S].