凤凰河综合治理工程灰土地基质量控制探究

□ 刘 瑞 钟 庆华

灰土地基施工具有工艺简单、取材容易、费用较低、板体性强等特点。现以凤凰河综合治理工程主园路施工为例，对灰土地基的施工工序、质量控制、易出现的问题及解决方法进行简要叙述，并提出灰土掺灰量“双控制”方案，以供类似工程施工参考。

一、概述

（一）工程概况

凤凰河位于安徽省六安市城区西南，全长33km，城区段长6.7km，流域面积269km2，其50年和20年一遇设计洪水洪峰分别达到723m3/s、556m3/s。凤凰河综合治理工程是一项集园路、橡胶坝、排涝涵、阶梯式格宾石笼、生态挡墙等多种建筑形态为一体的市重点建设工程。该项工程既是本地区中小河流治理的典范工程，也是打造西城景观中轴带的民生工程，建设成果将惠及全市人民。

（二）灰土概述

灰土是市政道路工程应用最为广泛的材料之一，凤凰河综合治理工程中10.8km主园路地基结构层选用的是10%灰土。严格控制灰土地基质量是该工程主园路质量控制的关键所在。

1.灰土的特点：具有强度高、承载力好、造价低廉、板体性强等特点。

2.强度形成原理：其强度形成的主要原因是石灰与细粒土的相互作用。一是土中掺入适量的石灰，经最优含水量压实后，既发生力学作用，也发生物理化学作用。在这一系列作用发生的同时，形成了石灰土基层的强度；二是由于石灰与土之间发生了一系列相互作用，使土的性质发生根本改变。与原素土相比，初期表现在土的结团、塑性降低、最优含水量增大和最大密度减小等，而后期变化主要表现在结晶结构的形成，土的强度与稳定性的提高；三是石灰加入土中发生的物理与化学反应主要有离子交换、Ca(OH)2的结晶、碳酸化合物和火山灰反应，结果使粘土胶粒絮凝，生成Ca(OH)2、CaCO3等晶体和含水硅、铝酸钙等胶结物。这些胶结物逐渐由胶凝状态向晶体状态转化，致使石灰土的刚度不断增大，强度与水稳定性不断提高。

3.灰土基层的优缺点。灰土基层的优点:板体性好，强度较高；强度随着龄期的增长而增长；垂直变形小，能使路面表层保持较好的平整度；水稳定性较好。灰土因此成为水文状况不良路段和缺乏砂石地区修建路面基层的较好选择。缺点:耐磨性较差；低温季节施工时强度增长较慢，影响路面施工；抗冻性能较差，容易产生干缩和冻胀裂缝；遇雨施工，灰土易成泥浆，难于压实。

二、施工准备

（一）现场准备

施工人员应按照图纸确定路槽位置，划清边线，认真清理路基用地范围内的树枝、杂草。两侧路肩应留有适当距离的施工作业面，便于压实。路基两边应开挖临时排水沟，以利雨天排水。施工人员在下承层整理通过验收后，应向施工班组进行技术交底，制定具体详细的施工方案，明确施工流程，把握质量控制关键点。

（二）施工原材料准备

1.石灰：将生石灰运进施工现场时，应选择宽且地势较高的场地集中堆放。生石灰块应在使用前7～10d内充分消解。消解后的石灰粒径≤5mm，其湿度应保证既不会产生扬尘，也不会过湿成团。

2.土：应选用塑性指数（wp）在10～20的粘性土，土中硫酸盐含量≤0.8%，腐殖质≤10%。

（三）机械准备

要根据施工需要配置机械设备，详见机械设备表。

机械设备表

三、施工工序

（一）铺土

1.施工人员应结合现场实际对主园路合理分段、分块施工，在划定的路段中依据路段面积、松铺厚度，大致估算出上土量，使用装载机将土卸在路段中。

2.施工人员应先用推土机对路段中的土料粗平，然后人工配合平地机精平。精平后应采取挖深法对松铺厚度自检复核。

3.对自检后的土层，应洒水并使用光轮压路机静压，确保路面平整，利于石灰均匀铺摊。

（二）石灰摊铺

10%灰土的摊灰量应换算成相应的石灰与土的体积比进行控制。质量比换算成体积比应依据现场土质及消解后石灰测定的密度进行，施工人员根据路段面积、上土厚度、体积比可计算出该路段需要的上灰量。现场应按此上灰量使用装载机大致布灰，推土机粗平，然后人工配合精平。精平后应对上灰量进行复检，合格后才可进入下道工序。

（三）灰土拌合

灰土摊铺结束后应用旋耕机翻拌2～3遍，拌合时应控制好旋耕机的拌合深度及行驶速度，速度一般控制在5～7m／min，旋耕机各行程间的搭接宽度应≥30cm。在桥涵两端拌合时，旋耕机应人工配合横向进行两个单程拌合，确保拌合均匀。拌合后应满足的条件：拌合深度适宜；混合料没有离析现象，色泽一致，无灰条、灰团和花面；混合料粒径合乎要求且含水量均匀适中；灰土路无土坎、沟槽等，平整度较佳。

（四）碾压

1.应遵循“先两边后中间，先慢后快”的原则，碾压前两遍的速度为1.5～1.7km／h，之后为2.O～2.5km／h。压路机应保证横向重叠宽度不少于半轮宽，轮迹应有1/3～1/2的重叠，做到无死角，以确保压实度和施工质量。

2.应按照光轮压路机静压1遍→平地机刮平→振动压路机碾压5～7遍→压实度检测的顺序进行碾压施工。利用振动压路机碾压时，应采用灌沙法，按每20m随机检查1处的原则做压实度检测，待压实度满足设计要求后碾压才可结束。

（五）接口的处理

施工时如遇接口，应采用搭接法加以处理。先预留3～5m不进行碾压，等进行后一段施工时，添加部分石灰到前一段并与后一段一起碾压。

（六）养生

应尽量在当天完成灰土碾压，碾压成型后应及时均匀洒水，保温养生，避免表面干湿交替。养生期间应封闭交通，避免重车行驶或调头行驶对成品的破坏。

四、灰土路基施工的质量控制

（一）含灰量的控制

凤凰河综合治理工程主园路路基采用的是10%的灰土。《公路路面基层施工技术规范》规定，石灰剂量是以石灰质量占全部粗颗粒干质量的百分率表示的。而在实际施工中，多以质量比换算出的体积比来控制含灰量。

1.质量含灰比与体积含灰比之间的关系

目前，学术界尚未对含灰比给出统一的规定，但考虑行业习惯与实际操作性，含灰比一般采用体积含灰比表达，如施工中常采用的2：8灰土或3：7灰土等，均采用体积含灰比的表达形式，其换算为质量含灰比，大概为8%和14%。

设体积含灰比为q，质量含灰比为p，a为土与石灰的干密度之比，则密度可使用轻型击实仪测定。

当a分别是1，2，3时，质量含灰比与体积含灰比关系见下图。

质量含灰比与体积含灰比之间的关系

从图上可见，a=1时，体积含灰比与质量含灰比呈线性关系，随a值不断变大，其关系曲线曲率越大，越往上凸起。

2.凤凰河主园路灰土地基掺灰量的“双控制”

(1)摊铺厚度控制：凤凰河路基采用10%的灰土。以Ⅴ标为例，消石灰的堆积密度为0.71t/m3，土的最大干密度为1.86t/m3，0.97压实度对应干密度为1.8t/m3。则单位体积中灰土的总质量是1.8t，灰的质量是灰的体积是1m3的灰土摊在5.2m长、0.2m高的灰土层上，就有0.961m宽，见单位体积灰土模型图。

单位体积灰土模型（cm）

凤凰河各标段掺灰厚度

（2）过磅总量控制：10%的灰土上在5.2m宽的路基上，以凤凰河Ⅴ标为例，0.231m3的消石灰可摊0.961m长，那么换算到100m长时就有24.04m3的消石灰。其重量就有24.74×0.73=17.55t=1 754kg。量化以后，施工人员就能通过消石灰过磅重量对上灰量进行有效控制。100m灰土路基施工就过磅17 547kg的消石灰，确保上灰量满足要求。过磅以后，17 547kg的消石灰按10m一段，每段倾倒1 755kg，整平之后，施工单位应复测摊铺厚度有没有达到4.6cm，进而控制上灰质量。

（二）含水率、压实度的控制

1.含水量的控制是保证灰土地基质量的重点。控制好含水量，灰土基层就会表现出应有的强度与板结结构，易达到设计密实度。施工人员应使含水量保持在最优含水量的±2%，并防止灰土干缩裂缝的出现。

2.主园路施工正值酷暑季节，灰土易失水且素土中粉粒含量多。故施工过程中应分别在下承层整理、摊铺素土整平、摊铺石灰整平、灰土拌合整平四个环节中进行适时的洒水养护。当气温特别高时，还应在碾压过程中洒水，有效保证含水量，压实度符合设计要求。

五、灰土施工中易出现的问题及解决方法

（一）灰土拌合不均，有夹层

1.原因：一是石灰摊铺不均或摊铺厚度过厚导致拌合不彻底；二是土的塑性指数过高，含水量太大，有不易破碎的石块。

2.解决方法：旋耕机拌合前应将铧犁一次犁到底层，将素土翻到石灰面层之上后，再使用旋耕机充分拌合直至灰土色泽均匀，没有花白现象出现。

（二）灰土过干或过湿碾压

1.原因：一是高温状态下施工，灰土水分易蒸发，未及时洒水养护；二是雨天覆盖不及时，排水沟排水不畅。

2.解决方法：高温天气施工时，在拌合过程中应密切关注灰土的含水率，适时洒水。为避免雨天雨水浸泡灰土成品，施工单位应及时进行覆盖保护，同时在施工路基两侧开挖排水沟，保证灰土成品不受损坏。

（三）灰土起皮现象

1.原因：一是灰土缺料找补；二是压路机碾压次数过多，致使灰土上下层含水量即干湿程度不同。

2.解决方法：施工人员应严格遵守“宁高勿低”、“宁铲勿贴”的原则，禁止用薄层补贴的办法进行找平。压路机应严格按照规定工序进行碾压，确保灰土内部含水率均匀分布。对于接近最优含水量的灰土，其简单鉴别的方法是，用手去捏灰土，可成团，较费劲，手掌无水印；灰土团自50cm处落地散成蒜瓣形块状，自lm高处落在坚实地面即松散，则表明含水量接近最优。

（四）灰土“拱蘑菇”现象

1.原因：过烧石灰的存在和生石灰消解不当等。消解后的灰土中或多或少地存在着尚未完全消解的生石灰颗粒。当基层材料被压实形成板体后，这些生石灰颗粒开始慢慢吸收水分进入消解过程。消解过程中发生体积膨胀，使路面结构隆起、开裂，进而发生“拱蘑菇”现象。由石灰的消解过程可知，生石灰消解的需水量为生石灰质量的32.13%，由于石灰消解过程中水分的流失和放热时水分的蒸发，实际加水量往往达到理论需水量的23倍，消解中石灰体积可膨胀至原体积的1～2.5倍。这些不确定因素使得加水量变得很难控制。

2.解决方法：施工时，生石灰堆码高度应≤3～4m,以水能浇透为宜。在消解过程中不可对石灰进行扰动，以防消石灰粉裹覆生石灰，阻断水分与生石灰的通道。对于生石灰的消解，可在挖方区做一个大坑当作生石灰消解池，将计划一次拌合的生石灰倒入池中，用喷洒的方式进行消解。