灰土桩用石灰稳定土质量控制

2013-08-22程卫刚

山西建筑 2013年8期

程卫刚

(山西省交通建设工程监理总公司，山西太原 030006)

0 引言

石灰稳定土就是在粉碎或原来松散的土中掺入一定量的石灰和水，经过拌合、压实、养生至其强度符合设计要求时称为石灰稳定土。利用石灰土对特殊地基进行处理从20世纪70年代起在我国北方地区已经得到了广泛的应用。石灰稳定土具有较高的抗压强度和抗拉强度、具有很好的水稳定性和一定的冰冻稳定性;有效的解决了北方地区湿陷性黄土、低液限粉土等不良土质地区路基施工的难题。大多数的土可以用石灰来稳定，施工方便，便于大量使用。

山平项目处于我国山西省北部，所处地段大部分为湿陷性黄土。本文结合山平高速公路建设过程中，对2/8灰土挤密桩特殊路基处理段所使用的石灰稳定土及所应用的原材料进行试验分析，以确定所用稳定土的灰剂量曲线、最佳含水率、最大干密度，为施工做准备;确定合理的施工方案确保施工进度和工程质量。

1 石灰稳定土的原材料

1.1 生石灰粉

刚生产出来生石灰呈块状，这对灰土拌合的均匀性以及施工过程会带来很大的难度，所以需要用一种专用的设备球磨机进行粉碎，形成生石灰粉，其化学成分不改变，称之为球磨生石灰。

在生产石灰的原材料中常含有碳酸镁，经过高温煅烧后，分解成氧化镁。在JC/T 479-92建筑生石灰中将生石灰粉中氧化镁含量的不同分为钙质石灰和镁质石灰，当氧化镁含量不大于5%时，称之为钙质石灰;大于5%时称之为镁质石灰。同时(JC/T 479-92)还规定了石灰的等级(见表1)。

表1 石灰等级划分表

由于钙质石灰和镁质石灰在等级划分的技术指标上面存在着很大的区别，所以在施工准备阶段工地试验室还要对石灰的有效氧化镁含量进行化学试验，确定是钙质石灰还是镁质石灰，这也是石灰进场前，石灰稳定土原材检测的必检项目。只有确定了是钙质石灰还是镁质石灰，才能够进一步的确定石灰等级。

山平项目2/8灰土挤密桩特殊路基处理段要求用Ⅰ级生石灰。在开工前试验室应对石灰进行的试验主要有:1)有效氧化镁含量的确定，即石灰有效氧化镁的测定:JTG E51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程上规定用EDTA二钠标准溶液滴定的方法进行确定，具体试验操作步骤这里不再详解。试验过程中应注意EDTA二钠标准溶液对氧化钙、氧化镁的滴定度的计算，以及最后计算的正确性。对于山平项目所使用的山西玉竹产的生石灰粉，有效氧化镁含量为2.8%，小于规定值的5%，则判定该石灰为钙质消石灰。2)石灰等级的检验:石灰等级的检验主要是检测石灰氧化钙和氧化镁总含量占石灰样品总质量的百分率。其化学反应原理就是氧化钙、氧化镁与水反应生成碱性溶液，然后与盐酸滴定发生中和反应;根据盐酸消耗量计算出来氧化钙和氧化镁的总含量，对照(JC/T 479-92)判断出来石灰的等级。同时还对未消解的残渣含量、二氧化碳含量和产浆量进行检测，满足设计要求的，可以取样、进行灰土的拌合和灰剂量曲线滴定以及标准试验的使用。容量瓶法检测生石灰密度也是石灰进场时必不可少的一个检验项目，为以后的试验提供有效的数据。

1.2 石灰稳定土用素土

依据图纸设计，该施工段处于Ⅲ级自重湿陷性黄土段，湿陷性黄土是指饱和性结构不稳定的黄色土，在自重压力作用下受水浸湿后，土的结构变坏，发生显著下降的现象。该黄土虽然可以用于灰土的拌制，但是施工质量比较难控制，根据图纸要求，应采用取土场的土进行拌合。在拌合前，应该对取土场的土进行性质判定，以便于石灰稳定土拌合方式的确定，制定相应的施工方案，提高工程质量。

在一般的施工过程中，有的时候对拌合用素土的性质的判定这一项工作经常会舍去不做;还有就是有时候做了但是还是没有得到足够的重视，这样将会造成施工方案的不合理和不科学性，因为不同的素土，其天然成分以及物理性能会有着很大的差别，施工方法的不当将会对工程质量造成很严重的影响，同时还会带来施工的不经济性。

对于灰土桩用石灰稳定土的现场拌合，应采用场拌法，场拌法分为一次性拌合和分次拌合，具体采用哪一种方法，这就必须对素土进行颗粒分析和对液塑限进行具体的试验分析，以便于确定采用适当的拌合方法。还要根据素土的性质以及当地施工条件，制定一些相应的措施保证灰土质量。

结合本项目，对取土场的素土检验结果为:该土的液限为27.6%，塑限为20.1%，结合筛分结果，依据JTG E40-2007公路土工试验规程判定该土为低液限粉土。通过对土的颗粒分析，其不均匀系数Cu=3.5，曲率系数为Cc=1.35。由于不能够同时满足不均匀系数Cu＞5，曲率系数Cc在1～3之间的标准，因此，该土为级配不良的粉土。所以在施工过程中，要制定相应的措施。

2 石灰稳定土标准试验

该工程要求使用2/8石灰稳定土，即石灰与土的体积比是2/8，这已经明确规定了稳定土的配比问题;在以往的经验中，灰土的掺配比例经常用的有内掺法和外掺法两种方法，然后经过灰土的无侧限抗压强度试验确定合适的掺配比例。该项目业主及监理要求，灰土掺配按外掺法进行拌制灰土。因此，我们可以根据生石灰的堆积干密度以及素土的堆积干密度，以及2/8的体积比，换算出来设计灰剂量。

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试验所得生石灰粉的堆积干密度是ρ1=0.514 g/cm3、素土的堆积干密度为ρ2=1.14 g/cm3，因此2/8灰土灰剂量的计算公式如下:

其中，ω为石灰灰剂量;ρ1，ρ2分别为生石灰粉的堆积干密度、素土的堆积干密度;V1，V2分别为生石灰粉的体积、素土的体积。

计算得:ω=11.3%，该灰土的灰剂量就是11.3%，即为设计灰剂量。

根据该设计灰剂量，利用取土场素土和生石灰粉样品，分别配置灰剂量为7%，9%，11%，13%，15%的灰土试样，然后根据(JTG E51-2009)试验规程进行EDTA标准溶液的滴定，并记录各自的EDTA二钠标准溶液的消耗量。然后进行平行试验，以同一石灰计量稳定材料EDTA二钠标准溶液的消耗量的平均值为纵坐标、以石灰剂量为横坐标制图，做出一条标准平滑的曲线，以便施工过程中对混合料灰剂量的检验时使用(见图1)(注:内掺法是石灰质量百分数11.3%和素土的质量百分数88.7%之和为100%;外掺法是素土质量百分数为100%与石灰质量百分数11.3%之和为 111.3%)。

图1 EDTA标准曲线

最大干密度，含水率的确定:取适当烘干了的生石灰粉和烘干的素土，按质量比11.3(灰)/100(土)的比例进行拌制(即体积比2/8)，在拌制前素土和生石灰粉必须烘干，且必须过5 mm筛除大于5 mm的土块和石灰块。将拌合均匀的灰土干混合料按素土同样的焖料方法，焖制不同含水率的样品，进行灰土击实试验，获取最大干密度 ρdm=1.760 g/cm3和最佳含水率 ω0=13.4%。这些数据为下一步试验和以后的施工质量控制和检测提供具体的参考标准。

3 石灰稳定土作用机理、灰土拌合

拌合用素土为级配不良好的低液限粉土，低液限粉土主要是粉粒还有部分砂粒组成，粘土颗粒极少，而土体本身的强度是靠土颗粒之间的摩擦和粘聚力。当采用石灰稳定土时，由于各种反应在土颗粒之间产生胶结作用相当于增加了土颗粒之间的粘聚力，因而强度得到了提高。生石灰粉刚消解时呈胶状，其活性和溶解度较高，能够保证石灰与土较好的作用。同时由于粉土的级配不好，而生石灰是很细的粉状物质，比土的颗粒要小的多，这样当灰土拌合在一起的时候，石灰粉还能够充当“细粒”的作用填充在土粒之间，这客观上也改变了粉土的级配。同时低液限粉土的水稳不强，石灰稳定土可以有效的改变它的湿变量，提高地基承载力。

所以生石灰稳定低液限粉土在现场施工拌合时，宜分两次拌合，第一次拌合时石灰的产量应是设计产量的一大部分，充分改变低液限粉土的性质。再进行第二次拌合，使拌合更均匀，石灰粉与土更充分的接触。在拌合时还要保证灰土的含水率在最佳含水率±1%范围内。同时还应根据具体的施工环境，控制拌合用水，拌合好以后焖3 h～4 h后使用。

在施工前，试验室还要按照JTG E51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程对灰土的无侧限抗压强度进行试验，按照设计灰剂量、灰土的最佳含水率制备样品。在制备试样时，应保证计算灰土密度的准确性，以保证试验数据的精确性。将制备好的试件标准养护7 d，放在水中浸泡24 h后取出，称好质量m，高度h后，进行抗压试验，计算其无侧限抗压强度RC。当RC不小于设计值时，该灰土可以运用到施工工程中。若不满足设计要求，则应重新分析石灰和土的性质以及灰土的比例，重新进行试验。