雨季路基施工中湿软填土的生石灰处治技术

2022-05-12梁飞

交通世界 2022年10期

梁飞

（河北光太路桥工程集团有限公司，河北邯郸 056002）

1 工程概况

某公路项目原定在当地雨季到来之前结束路基转序，但由于施组不力，加之材料供应不及时，使项目施工进度延后，导致路基不得不在雨季进行填土，这一季节对填料自身含水量与整套施工工艺都提出了更高要求，且工期较紧，整条线路都处在追赶工期的状态。该项目总长约12km，填方量可达2.1×105m3，项目周围基本无透水性材料可用。若完全按照原设计要求实施填筑，不仅难以达到工期要求，路基整体质量也难以保证。项目所在地区的雨季为7月—9月，降雨集中，且雨量充沛，给路基填筑带来较大影响，应采用合理有效的方法处治雨季路基施工湿软填土。

2 方法及原理

生石灰是公路工程建设中的一种常用材料，主要成分为氧化钙，还包含一定量的硅酸钙及氧化镁。经研究可知，在湿软土中适量掺加生石灰能发生以下几种反应：

首先是石灰消解，当生石灰发生水化时，会释放热量并蒸发水分，以氢氧化钙为主要产物，产物自身也会吸水，使土体含水量降低，具体的反应过程为氧化钙与水反应生成氢氧化钙，并释放热量；其次是结晶反应，使原本处于松散状态的土粒变为整体，由于氢氧化钙结晶的溶解度相对较低，因此能起到增加土体水稳性的作用；最后是碳酸化反应，完成消解的石灰和二氧化碳反应将生成碳酸钙，使土体进一步被黏结，具体的反应过程为氢氧化钙和二氧化碳反应生成碳酸钙与水[1]。

在以上各种反应的作用下，原本湿软的填土将产生质变，具体表现为结团、液塑限与最佳含水量提高、产生结晶结构，最终提高土体稳定性、板体性与强度。

3 生石灰掺量

采用生石灰处治湿软土时，施工管理人员往往未能对处治机理予以深入分析，只是根据以往的经验，结合现场具体情况确定生石灰掺量，不仅理论依据不足，且有很大的偶然性与随意性，可能影响最终的处治效果。

该项目在雨季路基施工中采用生石灰处治湿软土之前，先对处治机理开展了深入分析和研究，以此确定具体影响机理。在湿软土中掺加生石灰以后，土体中干料占总量的比例有所增加，土体含水量降低，将降低值记作W1；在湿软土中掺加生石灰以后，氧化钙和湿软土所含水分发生反应，以氢氧化物为主要产物，降低土体含水量，将降低值记作W2；以上反应过程必然放出大量的热，使水分蒸发速度加快，蒸发量和生石灰掺量之间为正比关系，同时受到现场温湿度条件的影响，将此含水量降低值记作W3；在湿软土中掺加生石灰以后，土体自身最大干密度也会有所降低，但最佳含水量反而升高，而且当生石灰的掺量增大时，土体自身最佳含水量的升高程度越大。经试验可知，采用5%的掺量时，土体自身最佳含水量可以升高2%～3%；采用8%的掺量时，土体自身最佳含水量可以升高3%～4%[2]。

对上述三个影响因素进行汇总，若土体处治前的含水量记作W0，将生石灰的掺量记作a，将生石灰所含有效氧化钙实际含量记作b，将蒸发系数记作c（具体数值通过试验确定），则由于生石灰的掺加使土体实际含水量的总降低值（记作W）可表示为：

在湿软土中掺加生石灰的基本目的为使土体实际含水量降低至最佳含水量，通过对由于生石灰的掺加使土体实际含水量的总降低值及其各项影响因素的综合考虑，得出以下生石灰掺量建议值：当土体天然含水量比最佳含水量高3%时，建议采用3%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高4%时，建议采用3%～5%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高5%时，建议采用5%～6%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高6%时，建议采用6%～8%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高7%时，建议采用7%～9%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高8%时，建议采用8%～10%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高9%时，建议采用9%～10%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高10%时，建议采用10%～12%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高11%时，建议采用11%～14%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高12%时，建议采用12%～15%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高13%时，建议采用13%～15%的掺量；当土体天然含水量比最佳含水量高14%时，建议采用14%～16%的掺量[3]。

该项目所用填土自身天然含水量为20%～23%，且随雨量的变化而改变，经试验，最佳含水量为13.9%。通过对方案经济性与施工方便性进行的综合考虑，将生石灰掺量确定如下：当土体自身天然含水量为20%时，采用5%的掺量；当土体自身天然含水量为21%时，采用6%的掺量；当土体自身天然含水量为23%时，采用7%的掺量。

4 试验与指标控制

通过承载比试验可知，经处治的土体CBR值由于生石灰掺量及压实度的提高而变大，采用5%的掺量时，土体CBR值比处治前增加了约250%；采用6%的掺量时，土体CBR值比处治前增加了约300%；采用7%的掺量时，土体CBR值比处治前增加了约340%，具体数值为：处治前，当压实度为92%时，土体CBR值为6.7%，当压实度为93%时，土体CBR值为8.5%，当压实度为95%时，土体CBR值为13.2%；按5%的掺量采用生石灰处治后，当压实度为92%时，土体CBR值为16.75%，当压实度为93%时，土体CBR值为24.2%，当压实度为95%时，土体CBR值为33.2%；按6%的掺量采用生石灰处治后，当压实度为92%时，土体CBR值为20.4%，当压实度为93%时，土体CBR值为27.8%，当压实度为95%时，土体CBR值为38.6%；按7%的掺量采用生石灰处治后，当压实度为92%时，土体CBR值为22.4%，当压实度为93%时，土体CBR值为29.8%，当压实度为95%时，土体CBR值为42.%[4]。

根据已有研究成果，结合承载比试验结果，同样能验证承载比和压实度及生石灰掺量之间存在一定比例关系。基于此，在采用生石灰对湿软土进行处治的施工中，CBR是一项重要的质量指标。但在现行规程当中，仅提出了不同层位所用填料需达到的CBR值，对于当前应用越来越广泛的无机结合料稳定土，并未对其承载比提出明确要求。不同层位所用填料的CBR值要求为：上路床（路面底面向下30cm以内），高速公路与一级公路所用填料的CBR值不能低于8%，其他公路不能低于6%；下路床（路面底面以下30～80cm范围内），高速公路与一级公路所用填料的CBR值不能低于5%，其他公路不能低于4%；上路堤（路面底面以下80～150cm范围内），高速公路与一级公路所用填料的CBR值不能低于4%，其他公路不能低于3%；下路堤（路面底面以下150cm以下），高速公路与一级公路所用填料的CBR值不能低于3%，其他公路不能低于2%；零填与路堑路床，高速公路与一级公路所用填料的CBR值不能低于8%，其他公路不能低于6%[5]。

该项目结合现有研究成果并通过现场试验，首次提出按照压实度与CBR值两个指标对采用生石灰处治完成的路基土进行压实控制的方法。综合考虑项目所在地区地质条件与自然气候等外界因素，将路基不同部位的采用生石灰处治完成后的填土压实度及CBR值要求确定如下：路床（路面底面以下0～80cm范围内），采用生石灰处治完成后的填土压实度应达到92%以上，最小CBR值为16%；路堤（路面底面以下小于80cm的部分）采用生石灰处治完成后的填土压实度应达到90%以上，最小CBR值为10%。

5 社会效益与经济效益

通过大量的实践可知，采用生石灰对雨季湿软填土进行处治，能在保证质量的同时加快进度，使工期与质量都达到预期要求，具有良好的社会效益和经济效益。在社会效益方面，雨季施工时，由于降雨可能会使路基出现反弹与翻浆，加之填土的含水量大，无法较快完成填筑，导致施工现场泥泞不堪，使保通压力急剧升高。而采用生石灰对湿软土进行处治，则能从根本上解决这一问题，确保填筑完成的路基形成足够的强度，并提供良好排水能力，极大地缓解了保通压力，使施工现场环境得以改善。在经济效益方面，采用生石灰对雨季湿软土进行处治，虽然使用生石灰量较大，但该处治方法除对路基质量有利，还能减少或避免由于雨季施工造成的一系列质量问题带来的修复费用，同时还能加快进度，避免由于雨季施工过程中填土含水量过大不得不进行晾晒而造成的窝工。