處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土新工法的探討與應(yīng)用

董志磊

【摘 要】黃河沖積平原歷代由于黃河的多次泛濫和改道，加之長(zhǎng)期雨水、風(fēng)力等自然和人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的影響，形成了許多沙丘、灘地、背河洼地、湖洼地等相互交錯(cuò)分布的平原地質(zhì)。公路施工中經(jīng)常遇到大面積深度達(dá)兩米左右的含多層不透水粘土夾層的飽和粉砂土，含水率在32%—42%左右，無(wú)法通過(guò)正常的碾壓達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和比較，采用機(jī)械摻拌生石灰后封土碾壓令其固結(jié)的方法對(duì)其進(jìn)行了處理，經(jīng)檢測(cè)處理后路基石灰土基層的彎沉值完全符合設(shè)計(jì)要求，與石灰樁、挖除換填、翻曬等其他軟基處理方法相比效果更好、更經(jīng)濟(jì)、更易操作。該工法通過(guò)不斷摸索，已先后在商丘市營(yíng)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標(biāo)、商丘經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程中推廣應(yīng)用、效果明顯。因此本工法具有較大的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】不透水粘土夾層 飽和粉砂土 摻拌 彎沉值

1工法特點(diǎn)

本工法原理在于利用生石灰塊的膨脹擠密作用、石灰塊消解時(shí)吸水及其和周?chē)柡屯练凵巴恋母邷匦?yīng)令其氣化脫水、熟石灰與周?chē)馏w中的二氧化硅和氧化鋁反應(yīng)生成水化物對(duì)土體顆粒起膠結(jié)作用，施工時(shí)直接用挖掘機(jī)翻拌摻加生石灰塊，然后再用壓路機(jī)碾壓擠密以減少生石灰消解時(shí)釋放的水化熱迅速流失，從而將施工工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單化、增強(qiáng)了可操作性。

本工法所用機(jī)具更具有普遍性，能夠保證施工的安全和質(zhì)量、縮短了施工周期，適用于大面積作業(yè)，降低了工程成本，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。關(guān)鍵在于根據(jù)土體的含水量大小計(jì)算生石灰的用量及碾壓時(shí)機(jī)和次數(shù)。

2適用范圍

本工法適用于黃河沖積平原地區(qū)出現(xiàn)的厚度在2m左右含多層不透水粘土夾層的飽和粉砂土路基的處理。

3工藝原理

（1）生石灰消解后體積膨脹擠密作用，在自然狀態(tài)下熟化后其體積可增加1.5～3.5倍；

（2）生石灰塊消解時(shí)大量吸收周?chē)馏w中的水分并且在消解時(shí)釋放大量熱量使土體中的大量水分通過(guò)高溫氣化后蒸發(fā)掉，經(jīng)過(guò)理論推算和多次實(shí)際試驗(yàn)得出：1Kg生石灰的消解反應(yīng)要吸收0.32Kg的水，同時(shí)在理論上將放出278千卡的熱量，該部分熱量可蒸發(fā)掉周?chē)馏w（未處理前的土體溫度為15攝氏度）中0.35Kg的水；

（3）生石灰消解后與周?chē)馏w的膠凝固結(jié)作用，由于生石灰吸水生成的氫氧化鈣一部分與土中二氧化硅和氧化鋁產(chǎn)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等。水化物對(duì)土體顆粒起膠結(jié)作用，使土體聚集體積增大，并趨于緊密，同時(shí)加固土體，粘粒含量減少，說(shuō)明顆粒膠結(jié)根本上改變了土體結(jié)構(gòu)，提高了土體強(qiáng)度，另外土體的強(qiáng)度將隨齡期的增長(zhǎng)而逐漸增強(qiáng)。

4施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

用挖掘機(jī)挖至路槽以下2m，檢測(cè)該層位飽和粉砂土的含水量→根據(jù)生石灰塊消解時(shí)吸水量、消解時(shí)水化熱氣化蒸發(fā)量計(jì)算出每平方所需生石灰重量→用裝載機(jī)按照算出的用量將生石灰塊散開(kāi)→人工將所散布的生石灰塊整理使其趨于均勻分布→用挖掘機(jī)翻拌生石灰塊至路槽以下80cm→挖掘機(jī)履帶排壓，前三天每天早晚壓路機(jī)各穩(wěn)壓一遍→七天后進(jìn)行路槽石灰土處理。

4.2 操作要點(diǎn)

（1）檢測(cè)路槽以下2米左右的含水量時(shí)一定要多取幾處，以便具有代表性，從而能準(zhǔn)確計(jì)算出每平方所需生石灰塊的用量，以最經(jīng)濟(jì)的成本達(dá)到最佳處理效果。

（2）在生石灰塊的選取上其最小邊不得低于10cm，石灰等級(jí)不得低于II級(jí)。

（3）挖掘機(jī)翻拌時(shí)盡量將生石灰塊控制在路槽以下80cm，操作手只需挖深1m左右然后將鏟中的生石灰塊和土緩慢自然翻落入坑中即可達(dá)到要求。

（4）安排專(zhuān)人及時(shí)對(duì)因生石灰塊消解時(shí)體積膨脹而造成的裂縫進(jìn)行碾壓密實(shí)，以防止水化熱流失。

（5）如遇見(jiàn)陰雨天氣，應(yīng)做好覆蓋排水工作，以免因雨水流入而影響處理效果。

5材料與設(shè)備

5.1主要材料

生石灰塊。在生石灰塊的選取上其最小邊不得低于10cm，石灰等級(jí)不得低于II級(jí)，具體見(jiàn)各等級(jí)石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一覽表。

5.2主要設(shè)備

（1）反鏟挖掘機(jī)一臺(tái)。

（2）裝載機(jī)一臺(tái)。

（3）壓路機(jī)一臺(tái)。

（4）壓實(shí)度檢測(cè)儀器一套。

6 質(zhì)量控制

6.1一般質(zhì)量保證措施

（1）建立質(zhì)量責(zé)任制，針對(duì)工程特點(diǎn)建立各級(jí)管理人員的質(zhì)量責(zé)任制。形成質(zhì)量管理從原材料抓起，工序把關(guān)，人人負(fù)責(zé)的局面。實(shí)行內(nèi)部工程質(zhì)量獎(jiǎng)懲辦法。

（2）根據(jù)工程進(jìn)度安排，由技術(shù)負(fù)責(zé)人分階段向各部室及各班組進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)施工技術(shù)交底工作，同時(shí)在下達(dá)施工任務(wù)時(shí)，隨同下達(dá)質(zhì)量目標(biāo)，使工程施工始終處于嚴(yán)格的質(zhì)量管理中。實(shí)行“三工” 、“三檢”制度，“三工”即工前技術(shù)交底，工中檢查指導(dǎo)，工后總結(jié)評(píng)比，“三檢”即自檢、互檢、終檢，達(dá)到質(zhì)量合格要求。

（3）應(yīng)嚴(yán)把原材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量關(guān)，不合格的原材料堅(jiān)絕不能進(jìn)場(chǎng)；進(jìn)場(chǎng)后的材料要嚴(yán)格執(zhí)行二次復(fù)檢制度，檢驗(yàn)不合格材料不得投入使用。

（4）施工的全過(guò)程均應(yīng)搞好臨時(shí)排水設(shè)施，任何車(chē)輛禁止在其上通行。

6.2過(guò)程控制質(zhì)量保證措施

（1）嚴(yán)格控制生石灰塊的等級(jí)，石灰等級(jí)不得低于II級(jí)，其最小邊不得低于10cm。

（2）挖掘機(jī)翻板是盡量將生石灰塊控制在路槽以下80cm，操作手只需挖深1m左右然后將鏟中的生石灰塊和土緩慢自然翻落入坑中即可達(dá)到要求。

（3）安排專(zhuān)人及時(shí)對(duì)因生石灰塊消解時(shí)體積膨脹而造成的裂縫進(jìn)行碾壓密實(shí)，以防止水化熱流失。

7安全措施

（1）建立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)，項(xiàng)目副經(jīng)理為副組長(zhǎng)，各專(zhuān)業(yè)施工負(fù)責(zé)人為組員的安全領(lǐng)導(dǎo)小組，項(xiàng)目設(shè)專(zhuān)職安檢員，各專(zhuān)業(yè)隊(duì)設(shè)兼職安檢員，形成完善的安全保證體系。

（2）建立安全管理制度，明確項(xiàng)目和專(zhuān)業(yè)隊(duì)的安全責(zé)任，并對(duì)全體施工人員進(jìn)行安全教育，有必要時(shí)要進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)。

（3）進(jìn)入新工種的工人必須進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)。工人應(yīng)掌握本工種操作技能，熟悉本工種安全技術(shù)操作規(guī)程，并對(duì)其進(jìn)行全面的針對(duì)性的安全技術(shù)交底，嚴(yán)格按照施工規(guī)范和安全操作規(guī)程施工，嚴(yán)禁違章操作施工。尤其是機(jī)械操作人員，并做好機(jī)械設(shè)備的定期保養(yǎng)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)施工人員一律佩帶三安用品，不佩帶者嚴(yán)禁上崗。

（5）建立定期安全檢查制度，安全檢查有記錄。

8環(huán)保措施

（1）加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，每道工序做到工完場(chǎng)清，不留尾巴。

（2）運(yùn)輸石灰的車(chē)輛應(yīng)緩慢卸車(chē)，裝載機(jī)散布石灰塊時(shí)應(yīng)輕裝輕卸，以避免揚(yáng)起的石灰粉對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染，晴天需對(duì)臨時(shí)道路定時(shí)灑水，以免污染環(huán)境，運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)覆蓋以防止拋撒。

（3）在城鎮(zhèn)居民區(qū)或村莊附近施工時(shí)，噪聲較大的機(jī)械避免在夜間施工，并通過(guò)有效的管理和技術(shù)手段將噪聲控制到最低程度。

（4）物料堆放要整齊有序，按類(lèi)放置。

9效益分析

由于工藝的改進(jìn)，采用摻拌碾壓生石灰塊法處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土施工工法，軟基厚度深度2米的每平方米處理費(fèi)用約為50元；采用挖除后換填透水性材料進(jìn)行處理，每平方米處理費(fèi)用約為145元；每平方可節(jié)約處理費(fèi)用45元，已先后在商丘市營(yíng)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標(biāo)、商丘經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程中共計(jì)處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土15600平方米，共計(jì)節(jié)約費(fèi)用約70.2萬(wàn)元。

縮短了建設(shè)工期、節(jié)約了投資成本、確保了工程質(zhì)量，得到設(shè)計(jì)、監(jiān)理和建設(shè)單位的一致好評(píng)。

10工程實(shí)例及處理效果

2010年3月16日～2010年4月20日在商丘經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程中應(yīng)用了摻拌生石灰塊、壓路機(jī)多次碾壓擠密處理含不透水粘土夾層的飽和粉砂土的新工法，該工法具有先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可操作性，最重要的是將鋼套管成孔后再添加生石灰塊的處理方法變成了直接用挖掘機(jī)翻拌摻加生石灰塊，封土碾壓令其固結(jié)。降低了施工工藝的難易程度，節(jié)約了工程成本、保證了含不透水粘土夾層的飽和粉砂土路基的處理質(zhì)量。

11結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和比較，采用機(jī)械摻拌生石灰塊封土碾壓令其固結(jié)的方法對(duì)其進(jìn)行了處理，經(jīng)檢測(cè)處理后路基石灰土基層的彎沉值完全符合設(shè)計(jì)要求，與石灰樁、挖除換填、翻曬等其他軟基處理方法相比效果更好、更經(jīng)濟(jì)、更易操作；本工法具有較大的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

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