淺談高速公路石灰穩定土的施工控制

汪晶晶

0 引言

石灰土路基填筑是目前高等級公路施工中最重要、最常見的單位工程。路基填筑不僅線長、工作量大、持續時間長,而且受當地氣候條件、溫濕變化影響較大。石灰穩定土施工,不但可以改良土性,而且還可以提高路基強度、增加路基穩定性、耐久性。

臨連高速公路連云港段4標路基采用灰土填筑96區,受地方條件限制路基填筑用土有其特殊之處,作為臨連高速公路第二總監辦的一員,我參與了整個施工過程。在路基灰土施工過程中,我辦本著求真務實的精神,對各種施工參數的選取,相應配套工藝的采用等方面進行了一系列探討,總結了一些經驗。

1 本工程地質條件

路基填筑用土取自臨近取土坑,取土深度3 m～5 m,土質大部分為塑限指數15～20的低液限黏土,其中還摻雜著部分塑性指數高于20的高液限黏土顆粒,取土坑天然含水率大,在3 m以下基本呈流塑狀,受地方條件限制,土源直接作為路基填筑料是難以達到設計要求的,施工中最大的困難是土源中的高液限黏土施工時難以粉碎,所以我們采用在取土坑砂化和現場二次摻灰處理過程,以達到改良土性、提高路基承載力的目的。

2 現場灰土施工基本工藝

2.1 取土坑準備

取土時,先從內側周邊往外挖土,這樣先期成型的坑塘可起到集水的作用。由于當地地下水位較高,一般在地表下1.0 m左右,需配備水泵排水,以有效降低地下水位。挖出土后,先在坑邊堆高瀝水,如時間許可,可盡量長一些,使土的含水量降至35%左右,備土最好提前進行。

根據土質的實際情況我們決定在取土坑摻入4%～5%的生石灰,其質量要求達到三級以上,便于質量控制。摻加前先根據土堆的體積和土的容重,計算出相應需要摻入的生石灰量。先用挖機將挖出瀝水的土堆挖開,鋪一層土在地上,一般厚度為40 cm～50 cm,然后在上面鋪上一層石灰,再鋪上一層土,再上一層石灰,直至相應的需要摻入的石灰都用完。最后用挖機將石灰土進行翻拌堆高,燜灰48 h。2天后再用挖機將灰土堆再次翻拌堆高,燜灰24 h。

通過這兩次翻拌,土粒表面基本包裹著石灰,但還存在一些大顆粒,這樣的灰土不能直接上路堤使用。應用大噸位的推土機將土堆推開,然后再推成堆,通過推土機履帶的碾壓,將大的土顆粒碾碎,使石灰進入到達顆粒土內部。經過二次倒堆,土塊基本都在10 cm以下,砂化比較充分,可以上路堤使用。此時的土體含水量大約在25%～28%。

2.2 二次摻灰、拌和

當灰土在土場內經多次處理,已達到砂化效果后,可將灰土運到驗收合格的下層路段上。在允許上土的路段上,先用石灰畫好方格線,根據方格面積、灰土松鋪系數、每車裝運灰土虛方量(按松鋪厚度不大于30 cm計算)確定每一方格內的卸土量,并嚴格按照確定量卸土。上料后用推土機將土推開,推土可采用斜向推開的方法。推土機將土基本攤平,通過履帶碾壓起到將土顆粒進一步破碎的作用。此后,用輕型壓路機穩壓一遍,用平地機進行一遍初平。待土整平后,根據8%摻灰量和施工的厚度20 cm,以及運輸石灰車輛的能力進行人工控制3%～4%二次摻灰的數量及均勻性。按照車輛的運輸能力計算出二次摻灰的厚度。運輸車輛(因施工場地限制,用小三輪車運送石灰)運載能力4 m3/車。

計算如下:

已知:8%灰土干密度1.655 g/cm2,最佳含水率18%。則1 m3灰土攤鋪面積為1/0.2=5.0 m2;每平方米灰土中含土量為:1×1.655×(1-0.08)/5.0=305 kg,3%灰土每平方米摻量為:1×1.655×0.03/5.0=9.9 kg。

上灰車數:每車裝石灰 4 m3,合計重3.2 t(4 m3×0.8 t/m3=3.2 t),去除20%消石灰含水率為2.56 t,則每車消石灰攤鋪面積為2 560/9.9=258 m2,石灰的攤鋪厚度約等于1.6 cm。

采用人工撒布石灰可以有效保證撒布的均勻性,然后鏵犁進行翻犁、晾曬,使土體含水量進一步下降,在此基礎上用旋耕機,對灰土再作進一步的破碎,當灰土已破碎至細顆粒狀后,檢測石灰量、含水量,當石灰量合格、含水量達到或接近最佳含水量。

2.3 穩壓、整形

在施工土層接近最佳含水率±2%時,采用T220振動壓路機以5 km/h～7 km/h的速度穩壓,按1.2的系數放點樁,平地機反復整平,測量人員根據相應的縱坡、橫坡要求在土上用石灰做好記號,以指導平地機精平。

2.4 碾壓

整形結束后的施工路段,采用三輪壓路機和T220振動壓路機,按照先兩邊后中間的行走路線進行碾壓,碾壓速度控制在1.5 km/h～1.7 km/h。碾壓時先慢后快,橫向接頭對振動壓路機一般重疊0.4 m～0.5 m,對三輪壓路機一般重疊后輪寬1/2,前后相鄰兩區段宜縱向重疊1m～1.5 m,對于路基兩側為確保邊緣壓實度,比相應的工作面增壓2遍～3遍,在試驗段施工時試驗人員要檢測每一遍的壓實度,并做好記錄,用來確定最佳碾壓組合。

3 灰土施工的幾點想法

3.1 含水率的控制

含水率控制是灰土施工的關鍵,路堤填筑施工中的大部分工序都是圍繞降低填筑土的含水量展開的,而含水量控制又往往與土的性質、天氣因素和施工工藝有關。

通過摻生石灰降低含水量。通過5%的生石灰砂化土質將得到明顯改善,雖然摻灰的首要作用是改善土性,但對降低填筑土的含水量也起到了重要作用,由于將生石灰直接摻入土中,石灰的消解是一個吸收水分和放出大量熱量的過程,根據實際施工測算,在設計5%摻灰量下,生石灰在消解過程中所吸收土中的水分在2%左右,其余要通過多次倒堆、翻曬,將聚集在土堆中由消解產生的熱量散發出來,帶走一部分的水分,待要上路堤時,一般可控制在28%以下。從外表來看,此時土基本干燥,色發白,手捏要用勁方可捏成團,這樣基本上可運上路堤填筑。余下部分含水量要靠上路后攤平、翻曬作業來降低。根據臨連高速公路的灰土施工我們做出的大量試驗數據表明,我們所面對的這種低液限和高液限黏土顆粒混雜的其間還帶有少量的鹽漬成分的土質碾壓時的含水率大于最佳含水率壓實度將會顯著降低,相反如果碾壓含水率等于或略小于最佳含水率壓實效果將大幅提高,這也是我們覺得連云港這種特殊土質的特別之處。

3.2 摻灰量的控制

由施工性質所定,摻灰量的控制比較粗,有時灰量上下偏差會很大。在取土場第一次加灰時,根據土堆的方量,通過計算得出石灰的摻量,摻入后雖經翻拌、燜灰倒堆等工序,但均勻度不是很理想。灰土上路堤后,經推土機、鏵犁、旋耕機的多次作業,土顆粒相對比較細了,石灰分布也比前期均勻了,此時在測灰劑量上會有所下降,而且灰土在翻拌和晾曬過程中,與空氣接觸面大,石灰的碳化過程加快了,灰劑量衰減也比較快。所以必須搶時間施工,在含水量接近最佳值時,立即碾壓成型。在這里要糾正一種錯誤的認識:以為灰劑量會隨時間衰減,就可以克扣灰劑量,以達到降低成本的目的,這往往是得不償失的。因為摻灰量不夠,勢必影響到填筑土的砂化,含水量下降也比較慢,所用機械處理費用的增加要大于石灰的費用。

3.3 灰土施工的季節

灰土上路堤后,通過推土機的作業,將土攤開,增加其與大氣的接觸面積。當氣溫較高時,水蒸發較快,特別是夏季,一般經1 d翻曬就接近最佳含水量,就可進行成型碾壓;當氣溫較低時,大氣蒸發量少,灰土上路堤后要經過2 d～3 d的翻曬才行。當氣溫在5℃左右時白天蒸發的水與晚上霜露降下的水分基本持平,此時施工較為困難,有時還會出現含水量上升的趨勢,這可能是石灰在碳化過程中產生的水分和土中含有的鹽分所致。因此,在寒冷的秋冬季,不宜進行灰土施工。

以上是我從事臨連高速公路連云港段灰土施工的一些體會,由于對該地區土質的認識還不夠全面,對有些問題還停留在摸索階段,希望通過以后的施工有更加深刻的認識。

[1]JTG F10-2006,公路路基施工技術規范[S].