石灰水泥復(fù)合改良施工方法在高含水率粉土中的應(yīng)用

中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司蘇北鐵路工程建設(shè)指揮部，江蘇 徐州 221000

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

連鹽鐵路為設(shè)計(jì)時(shí)速200km的客貨共線鐵路，其中DK189+842—DK195+229段路基位于鹽城市濱海縣，路基以填方形式通過(guò)，平均填高3.8～4.9m；基床表層采用級(jí)配碎石填筑，基床底層采用摻灰量為8%的改良土填筑，基床以下路堤采用摻灰量為6%的改良土填筑。路基改良土采用場(chǎng)拌法施工，塑性指數(shù)小于12時(shí)摻入水泥改良，塑性指數(shù)大于12時(shí)摻入石灰改良。

1.2 地質(zhì)情況

連鹽鐵路濱海段路基位于濱海平原區(qū)，地下水主要為孔隙潛水，賦存于第四系全新統(tǒng)沖積、海相沉積地層中，屬弱透水層，受大氣降水和地表水的補(bǔ)給，水量較大，勘察期間地下水位埋深約0.5～1.0m。設(shè)計(jì)取土場(chǎng)為線路附件就近取土，設(shè)計(jì)取土量為16.8萬(wàn)m3，取土深度為1～2m。根據(jù)土樣檢測(cè)報(bào)告，土質(zhì)塑性指數(shù)Ip為9.4，土天然含水率為29%～30%，填料為低液限粉土，屬C組填料。

2 水泥改良施工

2.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該段路基填料采用水泥改良土，設(shè)計(jì)7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度基床底層不小于350kPa，基床以下路堤不小于250kPa。

對(duì)取土場(chǎng)原土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，其最大干密度為1.81g/cm3，最優(yōu)含水率為13.2%。現(xiàn)場(chǎng)水泥改良土配合比試驗(yàn)表明，基床以下路堤采用6%水泥摻量，基床底層采用8%水泥摻量均能滿足7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的要求，其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水率分別為13.3%和13.9%。水泥改良土配合比試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 水泥改良土配合比試驗(yàn)參數(shù)

由于土場(chǎng)填料天然含水率過(guò)大，現(xiàn)場(chǎng)采用井點(diǎn)及排水溝進(jìn)行降水。經(jīng)連續(xù)降水20d后，土體含水率降至24%～25%，后續(xù)再持續(xù)降水，降水效果不明顯。由于土體含水率仍然偏大，無(wú)法直接運(yùn)往填料拌和站拌和，因此考慮在取土場(chǎng)以堆高2m打堆、翻曬的方式降低原土含水率。由于濱海位于沿海區(qū)域，氣候濕潤(rùn)，在土場(chǎng)連續(xù)晾曬16d后，土體含水率降至20%～21%，后期繼續(xù)翻曬，土體含水率降低幅度開(kāi)始變小。

經(jīng)測(cè)算，土體含水率降至最優(yōu)含水率范圍還需繼續(xù)翻曬約24d（經(jīng)后期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)平均為23.5d），考慮前期降水和后續(xù)拌和、壓實(shí)等工序用時(shí)，該方案從項(xiàng)目施工組織和工期控制上不可接受。

2.2 建議方案

（1）更換土源。經(jīng)與地方相關(guān)部門對(duì)接，不能提供其他取土場(chǎng)。

（2）大場(chǎng)地?cái)偙×罆瘛Ｕ{(diào)查周圍環(huán)境后并未找到具備大面積攤薄晾曬的場(chǎng)地。

（3）加入石灰采用石灰水泥復(fù)合改良。由于方案（1）和方案（2）受外在條件限制無(wú)法實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)考慮到生石灰消解時(shí)能消耗大量水分并散發(fā)熱量的特性，先采用生石灰與土體打堆悶灰降低原土內(nèi)部分含水量，再摻加水泥拌和，即選定石灰+水泥復(fù)合外摻料作為固化劑對(duì)土體進(jìn)行改良。

3 石灰水泥復(fù)合改良施工

3.1 配合比試驗(yàn)

由于現(xiàn)行規(guī)范中沒(méi)有石灰水泥復(fù)合改良推薦摻入比及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)考慮盡可能減少對(duì)原水泥外摻料膠結(jié)作用的影響，石灰采用較低摻灰量2%，水泥摻灰量按比例增加，以復(fù)合改良后7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于原水泥改良土為原則，擬定石灰+水泥復(fù)合改良土摻量，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 石灰水泥復(fù)合改良土配合比試驗(yàn)參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)石灰水泥復(fù)合改良土配合比試驗(yàn)表明，基床以下路堤采用2%石灰+4%水泥摻量、基床底層采用2%石灰+6%水泥摻量均能滿足復(fù)合改良后7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于原水泥改良土的要求，其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水率分別為16.7%和16.9%。

為進(jìn)一步檢驗(yàn)石灰水泥復(fù)合改良土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)選定的2%石灰+4%水泥復(fù)合改良土和2%石灰+6%水泥復(fù)合改良土在水中的濕化速度及崩解狀態(tài)做濕化試驗(yàn)，經(jīng)連續(xù)試驗(yàn)48h，試件未發(fā)生崩解，水泥石灰復(fù)合改良土滿足要求。

3.2 總體方案

取土場(chǎng)降水后用挖掘機(jī)取土按比例摻加生石灰，堆成土堆悶料，悶料使生石灰充分消解，用挖掘機(jī)翻拌1～2次使石灰與土摻拌均勻。采用WDB700型改良土拌和站粉碎填料并按配合比加入水泥進(jìn)行拌和，檢驗(yàn)合格后自卸車運(yùn)輸至路基進(jìn)行填筑施工。

3.3 施工工藝流程

取土場(chǎng)降水→取土→石灰拌和、悶料、翻曬→水泥拌和、改良→運(yùn)輸→攤鋪→整平→碾壓→檢測(cè)、養(yǎng)生→下層施工。

3.4 主要施工方法

（1）取土場(chǎng)降水。在取土場(chǎng)取土前20～30d開(kāi)始進(jìn)行降水，將含水量降低至24%～25%。

（2）取土。對(duì)取土場(chǎng)土體分區(qū)域取土，將土取出后堆高成1m左右的土堆，尺量出體積，換算成質(zhì)量。

（3）石灰拌和、悶料、翻曬。根據(jù)計(jì)算出的土堆質(zhì)量按配合比摻加生石灰。石灰用鏟車裝料，鏟滿車斗后過(guò)磅，運(yùn)到堆好的土堆上。在摻過(guò)石灰的土堆上再堆放約1m高的土（石灰摻量按2m高土堆進(jìn)行計(jì)算）。然后用挖掘機(jī)拌和，翻拌均勻后將土堆成堆悶料4d，4d后再用挖機(jī)翻拌1～2次，再悶料2d，使石灰充分吸水，達(dá)到降低土含水量的作用，同時(shí)也使生石灰充分消解。悶料結(jié)束后采用EDTA測(cè)定法對(duì)灰土進(jìn)行石灰含量測(cè)定。此時(shí)的土含水率降低至20%～21%。繼續(xù)推平翻曬3d，使含水率再降低至19%～20%，此時(shí)可運(yùn)往拌和站。

（4）水泥拌和、改良。將石灰土用WDB700型設(shè)備進(jìn)行粉碎處理，對(duì)粒徑超過(guò)5cm的土體過(guò)篩后進(jìn)行第二次破碎處理。符合要求的原料進(jìn)入主機(jī)按配合比摻加水泥拌和均勻，拌和成品混合料經(jīng)皮帶機(jī)運(yùn)送進(jìn)入儲(chǔ)料倉(cāng)，此時(shí)復(fù)合填料的含水量為17%～18%。拌和結(jié)束后采用EDTA測(cè)定法對(duì)填料進(jìn)行水泥含量測(cè)定，符合要求的填料方可運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。

（5）運(yùn)輸、攤鋪、整平、碾壓、養(yǎng)生。石灰水泥復(fù)合改良土運(yùn)輸、攤鋪、整平、碾壓、養(yǎng)生等施工方法，與石灰或水泥單一外摻料改良土施工方法類似，此處不再贅述。

（6）檢測(cè)。設(shè)計(jì)路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為基床底層地基系數(shù)K30不小于110MPa/m，基床以下路堤地基系數(shù)K30不小于90MPa/m；基床底層壓實(shí)系數(shù)K不小于0.95，基床以下路堤壓實(shí)系數(shù)K不小于0.90。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段檢測(cè)分析，基床以下路堤采用2%石灰+4%水泥摻量，基床底層采用2%石灰+6%水泥摻量，其石灰水泥復(fù)合改良土的地基系數(shù)K30和壓實(shí)系數(shù)K均滿足路基設(shè)計(jì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 復(fù)合改良土壓實(shí)檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）采用石灰水泥復(fù)合改良土施工工藝，可滿足在富水條件下高含水率粉土等原土物理降水無(wú)法達(dá)到最優(yōu)含水率范圍或不具備大面積場(chǎng)地翻曬時(shí)的路基填筑施工，降低了對(duì)施工場(chǎng)地的要求。

（2）在沿海氣候濕潤(rùn)區(qū)域，高含水率粉土從取土至符合要求的改良土出場(chǎng)，在同等條件不考慮其他因素的情況下，石灰水泥復(fù)合改良用時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原水泥改良，可有效減少翻曬時(shí)間，在縮短工期、加快施工進(jìn)度方面效果顯著。

（3）石灰水泥復(fù)合改良可以顯著降低原土體含水率，提高填料最優(yōu)含水率范圍，其施工質(zhì)量可滿足路基結(jié)構(gòu)各部位對(duì)填料的要求，并符合相應(yīng)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，可有效保證高含水率粉土改良施工的順利進(jìn)行。