生石灰改良高液限土路基施工工藝研究

李象金 席文勇 徐海波

(1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013; 2.水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000)

0 引言

在我國中部和西南地區(qū)高等級公路建設(shè)中常常遇到大量的高液限土，高液限土具有天然含水率高、液限高、塑性指數(shù)高、細粒含量高、保水性強的特征。用高液限土作為路堤填料時，主要工程問題有:1)含水率控制問題。天然含水率遠高于最優(yōu)含水率，要降低其含水率至最優(yōu)含水率附近很難，碾壓時若含水率過高則難以壓實，如果含水率低于塑限，則土體堅硬，難以粉碎[1];2)強度問題。高液限土的強度(CBR)低，一般難以滿足規(guī)范[2]要求;3)水穩(wěn)定性問題。高液限土的水穩(wěn)定性差，當土體失水時，隨水分的喪失，表現(xiàn)為土體收縮開裂。鑒于上述問題，我國現(xiàn)行JTG D30-2004公路路基設(shè)計規(guī)范[2]規(guī)定:“高液限土不能直接作為路堤填料。當利用挖方路段高液限粘土填筑路堤時，應(yīng)進行處治”。

林光忠[3]、田洪力等[4]采用干密度及飽和度雙控制指標，對一定含水率范圍內(nèi)的高液限粘土采用相應(yīng)的碾壓參數(shù)指導(dǎo)和控制施工過程，可使碾壓后的高液限土滿足90區(qū)要求;李輝等[5]通過室內(nèi)試驗分析了高液限土的物理力學(xué)特性，并建議引入空氣體積率作為路基壓實的控制指標。徐丁良[6]進行了直接利用高液限土填筑路基的室內(nèi)—現(xiàn)場聯(lián)合試驗，提出了高液限土施工工藝控制的關(guān)鍵在于松鋪厚度和壓前含水率的控制以及必要的防、排水措施。曹沂海等[7]通過研究也得出了類似結(jié)論。

1 石灰改良高液限土碾壓試驗

為驗證壓路機的碾壓噸位對試驗結(jié)果的影響，本次試驗采用三一重工YZ18C單鋼輪振動壓路機、寶馬格BW226DH型單鋼輪振動壓路機對攤鋪好的土料進行對比碾壓試驗。YZ18C型單鋼輪振動壓路機的工作質(zhì)量為18 800 kg，振動頻率為29 Hz/35 Hz，名義振幅為1.9 mm/0.95 mm，激振力為380 kN/275 kN;寶馬格BW226DH型單鋼輪振動壓路機工作質(zhì)量為26 t，振幅為2.5 mm，激振力為41 t。碾壓試驗路段長度為110 m，寬度為25 m，土料的松鋪厚度為25 cm。碾壓前先將摻入生石灰燜料后的土料用推土機推平，再用旋耕機粉碎兩遍，然后進行碾壓。

1.1 8%生石灰改良高液限土碾壓試驗

土料為高液限粘土，其液限為75.3%，塑限為32.3%，塑性指數(shù)為43，小于0.074 mm的細粒含量為78.8%，天然含水率為30.2%～34.7%，摻8%生石灰燜料三天后含水率為 21.8%～27.3%，生石灰改良土的最大干密度為1.58 g/cm3，最優(yōu)含水率為24.6%。YZ18C型壓路機碾壓工序為:靜壓1遍(BW226DH型壓路機)→小振1遍→大振3遍→小振1遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍(考慮到Y(jié)Z18C型壓路機碾壓至6遍～9遍期間壓實度基本沒有增長，最后3遍采用BW226DH型壓路機碾壓)→檢測壓實度(共碾壓12遍);BW226DH型單鋼輪壓路機碾壓工序為:靜壓1遍→振動3遍→靜壓2遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度(共碾壓12遍)。改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關(guān)系見圖1。

圖1 8%生石灰改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關(guān)系

從圖1可以看出，YZ18C型壓路機碾壓到6遍～9遍過程中改良土的壓實度沒有增長，改用BW226DH型壓路機加壓3遍后改良土的壓實度也基本沒有增長;BW226DH型壓路機碾壓到6遍～12遍過程中改良土的壓實度增長幅度較小。碾壓到12遍時所有檢測點的壓實度均低于設(shè)計要求的93%。初步分析可能的原因為:1)生石灰摻量過高，土團之間石灰過多，導(dǎo)致土團之間粘聚力降低，碾壓時難以成型;2)壓實度檢測時發(fā)現(xiàn)頂部10 cm左右土團之間板結(jié)程度較好，而下部土團之間則基本沒有板結(jié)，比較松散。可能的原因有兩點:a.碾壓層下臥土層密實度較低，造成能量的耗散;b.拌合機械的拌合沒有達到預(yù)期的效果，灰土拌合不均。3)碾壓時振動碾壓遍數(shù)過多，YZ18C型壓路機碾壓過程中小振1遍，大振3遍，BW226DH型壓路機振動3遍，振動碾壓時產(chǎn)生的裂縫破壞了土體的板結(jié)結(jié)構(gòu)，影響了壓實效果。

1.2 5%生石灰改良高液限土碾壓試驗

土料為高液限粘土，其液限為61.4%，塑限為29.2%，塑性指數(shù)為32，小于0.074 mm的細粒含量為79.0%，摻5%生石灰燜料三天后含水率為24.2%～27.6%。5%生石灰改良土的最大干密度為 1.53 g/cm3。

YZ18C型壓路機碾壓工序為:靜壓1遍→大振2遍→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍(考慮到Y(jié)Z18C型壓路機碾壓至6遍～9遍期間壓實度基本沒有增長，最后3遍采用BW226DH型壓路機碾壓)→檢測壓實度(共碾壓12遍);BW226DH型壓路機碾壓工序為:靜壓1遍→振動1遍→靜壓4遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度→靜壓3遍→檢測壓實度(共碾壓12遍)。考慮到振動碾壓會使石灰改良土產(chǎn)生裂縫會降低土體的強度及破壞板結(jié)結(jié)構(gòu)，本次試驗將YZ18C型壓路機的大振遍數(shù)由原來的3遍改為2遍，將大振改為靜壓;BW226DH型壓路機的振動遍數(shù)由原來的3遍改為振壓1遍，同時增加2遍靜壓，碾壓工藝改變后碾壓過程中沒有出現(xiàn)裂縫，說明石灰改良高液限土比較適合靜壓的施工方式。改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關(guān)系見圖2。

圖2 5%生石灰改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關(guān)系

從圖2可以看出，5%生石灰改良土YZ18C型壓路機碾壓到6遍～9遍過程中改良土的壓實度基本沒有增長，改用 BW226DH型壓路機碾壓加壓3遍后改良土的壓實度增長幅度較小;BW226DH型壓路機碾壓到6遍～12遍過程中改良土的壓實度增長幅度較小。碾壓到12遍時所有檢測點的壓實度均低于設(shè)計要求的93%。1)室內(nèi)擊實試驗的摻灰方式與現(xiàn)場摻灰方式差別太大，土與石灰發(fā)生反應(yīng)使粒間粘結(jié)增強，導(dǎo)致碾壓時難以成型。2)石灰改良土碾壓時應(yīng)以靜壓為主。3)一次性摻入足夠量的生石灰改良高液限土現(xiàn)場碾壓效果不佳。

1.3 3%生石灰+2%熟石灰改良高液限土碾壓試驗

土料為高液限粘土，其液限為61.4%，塑限為29.2%，塑性指數(shù)為32，小于0.074 mm的細粒含量為79.0%，摻3%生石灰燜料三天后含水率為27.3%～29.6%，在碾壓的前一天摻入2%熟石灰。3%生石灰+2%熟石灰改良土的最大干密度為1.52 g/cm3，最優(yōu)含水率為24.2%。

碾壓機械、碾壓工序、土料同一次摻灰5%生石灰改良土。改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關(guān)系見圖3。

圖3 3%生石灰+2%熟石灰改良高液限土的干密度與碾壓遍數(shù)及含水率間的關(guān)系

從圖3可以看出，3%生石灰+2%消石灰改良土YZ18C型壓路機碾壓到6遍～9遍過程中改良土的壓實度基本沒有增長，改用BW226DH寶馬格振動壓路機碾壓加壓3遍后改良土的壓實度也基本沒有增長;BW226DH寶馬格振動壓路機碾壓到12遍時所有檢測點的壓實度均高于設(shè)計要求的93%。

2 結(jié)語

1)在高液限土中摻入生石灰可以有效降低高液限土的含水率，摻入生石灰的前兩天土料的含水率下降較多，第三天后土料的含水率變化較小，建議采用生石灰降低高液限土含水率，燜料時間為3 d，即在摻入生石灰后的第三天開始碾壓。2)用生石灰改良高液限土?xí)r生石灰的摻量不宜太高，生石灰摻量過高時土團之間石灰過多，導(dǎo)致土團之間粘聚力降低，碾壓時難以成型。3)生石灰改良高液限土宜采用重型壓路機碾壓，碾壓時應(yīng)以靜壓為主。

[1] 唐健良.高液限土在路基填筑的應(yīng)用[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004(2):19-20.

[2] JTG D30-2004，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 林光忠.高液限土在高速公路路基中的應(yīng)用探討[J].公路交通技術(shù)，2006(3):4-7.

[4] 田洪力，戈祥林，黃 貴.高液限粘土在高速公路路基中的應(yīng)用[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2008(1):84-87.

[5] 李 輝，夏柏如，王 園.高液限粘土路基填土工程性質(zhì)探討[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2006(12):142-144.

[6] 徐丁良.直接利用高液限土填筑路基的室內(nèi)—現(xiàn)場聯(lián)合試驗法[J].巖土工程界，2005，8(3):34-36.

[7] 曹沂海，陳 宏.改良后的高液限粘土在高速公路施工中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報，2006，11(8):34-37.