处理含不透水粘土夹层的饱和粉砂土新工法的探讨与应用

董志磊

【摘 要】黄河冲积平原历代由于黄河的多次泛滥和改道，加之长期雨水、风力等自然和人类生产活动的影响，形成了许多沙丘、滩地、背河洼地、湖洼地等相互交错分布的平原地质。公路施工中经常遇到大面积深度达两米左右的含多层不透水粘土夹层的饱和粉砂土，含水率在32%—42%左右，无法通过正常的碾压达到设计压实度。经过多次试验和比较，采用机械掺拌生石灰后封土碾压令其固结的方法对其进行了处理，经检测处理后路基石灰土基层的弯沉值完全符合设计要求，与石灰桩、挖除换填、翻晒等其他软基处理方法相比效果更好、更经济、更易操作。该工法通过不断摸索，已先后在商丘市营廓集高速公路SBTJ3合同段、商丘至周口高速公路商丘段土建一标、商丘经济开发区产业集聚区基础设施工程中推广应用、效果明显。因此本工法具有较大的推广价值和应用前景。

【关键词】不透水粘土夹层 饱和粉砂土 掺拌 弯沉值

1工法特点

本工法原理在于利用生石灰块的膨胀挤密作用、石灰块消解时吸水及其和周围饱和土粉砂土的高温效应令其气化脱水、熟石灰与周围土体中的二氧化硅和氧化铝反应生成水化物对土体颗粒起胶结作用，施工时直接用挖掘机翻拌掺加生石灰块，然后再用压路机碾压挤密以减少生石灰消解时释放的水化热迅速流失，从而将施工工艺进行了简单化、增强了可操作性。

本工法所用机具更具有普遍性，能够保证施工的安全和质量、缩短了施工周期，适用于大面积作业，降低了工程成本，经济和社会效益显著。关键在于根据土体的含水量大小计算生石灰的用量及碾压时机和次数。

2适用范围

本工法适用于黄河冲积平原地区出现的厚度在2m左右含多层不透水粘土夹层的饱和粉砂土路基的处理。

3工艺原理

（1）生石灰消解后体积膨胀挤密作用，在自然状态下熟化后其体积可增加1.5～3.5倍；

（2）生石灰块消解时大量吸收周围土体中的水分并且在消解时释放大量热量使土体中的大量水分通过高温气化后蒸发掉，经过理论推算和多次实际试验得出：1Kg生石灰的消解反应要吸收0.32Kg的水，同时在理论上将放出278千卡的热量，该部分热量可蒸发掉周围土体（未处理前的土体温度为15摄氏度）中0.35Kg的水；

（3）生石灰消解后与周围土体的胶凝固结作用，由于生石灰吸水生成的氢氧化钙一部分与土中二氧化硅和氧化铝产生反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等。水化物对土体颗粒起胶结作用，使土体聚集体积增大，并趋于紧密，同时加固土体，粘粒含量减少，说明颗粒胶结根本上改变了土体结构，提高了土体强度，另外土体的强度将随龄期的增长而逐渐增强。

4施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

用挖掘机挖至路槽以下2m，检测该层位饱和粉砂土的含水量→根据生石灰块消解时吸水量、消解时水化热气化蒸发量计算出每平方所需生石灰重量→用装载机按照算出的用量将生石灰块散开→人工将所散布的生石灰块整理使其趋于均匀分布→用挖掘机翻拌生石灰块至路槽以下80cm→挖掘机履带排压，前三天每天早晚压路机各稳压一遍→七天后进行路槽石灰土处理。

4.2 操作要点

（1）检测路槽以下2米左右的含水量时一定要多取几处，以便具有代表性，从而能准确计算出每平方所需生石灰块的用量，以最经济的成本达到最佳处理效果。

（2）在生石灰块的选取上其最小边不得低于10cm，石灰等级不得低于II级。

（3）挖掘机翻拌时尽量将生石灰块控制在路槽以下80cm，操作手只需挖深1m左右然后将铲中的生石灰块和土缓慢自然翻落入坑中即可达到要求。

（4）安排专人及时对因生石灰块消解时体积膨胀而造成的裂缝进行碾压密实，以防止水化热流失。

（5）如遇见阴雨天气，应做好覆盖排水工作，以免因雨水流入而影响处理效果。

5材料与设备

5.1主要材料

生石灰块。在生石灰块的选取上其最小边不得低于10cm，石灰等级不得低于II级，具体见各等级石灰技术标准一览表。

5.2主要设备

（1）反铲挖掘机一台。

（2）装载机一台。

（3）压路机一台。

（4）压实度检测仪器一套。

6 质量控制

6.1一般质量保证措施

（1）建立质量责任制，针对工程特点建立各级管理人员的质量责任制。形成质量管理从原材料抓起，工序把关，人人负责的局面。实行内部工程质量奖惩办法。

（2）根据工程进度安排，由技术负责人分阶段向各部室及各班组进行专项施工技术交底工作，同时在下达施工任务时，随同下达质量目标，使工程施工始终处于严格的质量管理中。实行“三工” 、“三检”制度，“三工”即工前技术交底，工中检查指导，工后总结评比，“三检”即自检、互检、终检，达到质量合格要求。

（3）应严把原材料进场质量关，不合格的原材料坚绝不能进场；进场后的材料要严格执行二次复检制度，检验不合格材料不得投入使用。

（4）施工的全过程均应搞好临时排水设施，任何车辆禁止在其上通行。

6.2过程控制质量保证措施

（1）严格控制生石灰块的等级，石灰等级不得低于II级，其最小边不得低于10cm。

（2）挖掘机翻板是尽量将生石灰块控制在路槽以下80cm，操作手只需挖深1m左右然后将铲中的生石灰块和土缓慢自然翻落入坑中即可达到要求。

（3）安排专人及时对因生石灰块消解时体积膨胀而造成的裂缝进行碾压密实，以防止水化热流失。

7安全措施

（1）建立以项目经理为组长，项目副经理为副组长，各专业施工负责人为组员的安全领导小组，项目设专职安检员，各专业队设兼职安检员，形成完善的安全保证体系。

（2）建立安全管理制度，明确项目和专业队的安全责任，并对全体施工人员进行安全教育，有必要时要进行专业培训。

（3）进入新工种的工人必须进行安全技术培训。工人应掌握本工种操作技能，熟悉本工种安全技术操作规程，并对其进行全面的针对性的安全技术交底，严格按照施工规范和安全操作规程施工，严禁违章操作施工。尤其是机械操作人员，并做好机械设备的定期保养。

（4）现场施工人员一律佩带三安用品，不佩带者严禁上岗。

（5）建立定期安全检查制度，安全检查有记录。

8环保措施

（1）加强施工现场管理，每道工序做到工完场清，不留尾巴。

（2）运输石灰的车辆应缓慢卸车，装载机散布石灰块时应轻装轻卸，以避免扬起的石灰粉对周围环境造成污染，晴天需对临时道路定时洒水，以免污染环境，运输车辆应覆盖以防止抛撒。

（3）在城镇居民区或村庄附近施工时，噪声较大的机械避免在夜间施工，并通过有效的管理和技术手段将噪声控制到最低程度。

（4）物料堆放要整齐有序，按类放置。

9效益分析

由于工艺的改进，采用掺拌碾压生石灰块法处理含不透水粘土夹层的饱和粉砂土施工工法，软基厚度深度2米的每平方米处理费用约为50元；采用挖除后换填透水性材料进行处理，每平方米处理费用约为145元；每平方可节约处理费用45元，已先后在商丘市营廓集高速公路SBTJ3合同段、商丘至周口高速公路商丘段土建一标、商丘经济开发区产业集聚区基础设施工程中共计处理含不透水粘土夹层的饱和粉砂土15600平方米，共计节约费用约70.2万元。

缩短了建设工期、节约了投资成本、确保了工程质量，得到设计、监理和建设单位的一致好评。

10工程实例及处理效果

2010年3月16日～2010年4月20日在商丘经济开发区产业集聚区基础设施工程中应用了掺拌生石灰块、压路机多次碾压挤密处理含不透水粘土夹层的饱和粉砂土的新工法，该工法具有先进性、经济性、可靠性、可操作性，最重要的是将钢套管成孔后再添加生石灰块的处理方法变成了直接用挖掘机翻拌掺加生石灰块，封土碾压令其固结。降低了施工工艺的难易程度，节约了工程成本、保证了含不透水粘土夹层的饱和粉砂土路基的处理质量。

11结语

经过多次试验和比较，采用机械掺拌生石灰块封土碾压令其固结的方法对其进行了处理，经检测处理后路基石灰土基层的弯沉值完全符合设计要求，与石灰桩、挖除换填、翻晒等其他软基处理方法相比效果更好、更经济、更易操作；本工法具有较大的推广价值和应用前景。

参考文献：

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