灰劑量對壓實度的影響探析

李玉堂 （安徽省建筑工程質量第二監督檢測站淮南分站，安徽 淮南 232001）

1 石灰土工作原理

石灰土是指通過對素土按一定比例摻入石灰，攪拌均勻后壓實成型的土體，可以有效地改良土性。其對土體的改良，分為兩個步驟：其一，生石灰中氧化鈣遇水會產生化學反應產生可溶性的物質碳酸氫鈣：CaO+H?O=Ca(OH)?，這個過程可吸收土中的水分，以降低土體含水率，氫氧化鈣結晶的析出可改善土體某些性質，使土體在相同壓實功的情況下，壓實度顯著提高；其二，氫氧化鈣可以與空氣中二氧化碳反應，形成碳酸鈣:Ca(OH)?+CO?=CaCO?+H?O 或碳酸氫鈣:Ca(OH)?+2CO?=Ca(HCO?)?，這就使土體表面形成粘粉基質結構的致密層，可改善土體液塑限性質，降低土體膨脹。同時由于表面致密層的存在，阻止土體內部氫氧化鈣結晶體的進一步碳化，從而形成由上部致密層到下部土體的過渡層，提高了土體的強度。

2 某工程壓實度檢測實例

2020年7月，淮南某工程基礎土體的CBR值較低，無法滿足回填用土的CBR值要求，為保證基礎質量，經設計單位同意變更，施工單位采用12%石灰土換填的施工方案處理，以提高土體強度，滿足設計要求。

經建設單位委托，先進行了12%灰土輕型擊實的見證送檢試驗，本次試驗采用輕型擊實儀，擊實筒高116mm、內徑 12mm、容積 947.4cm3，落錘直徑51mm。質量2.5kg、落高305mm。試樣按濕法制備，預制了5個試樣，預計含水率分別為12%、14%、16%、18%、20%，每個樣品分三層擊實，每層25次。試驗后，根據試驗結果繪制干密度與含水率關系曲線圖，通過讀圖，最終得到12%灰土最大干密度為1.56g/cm3，最佳含水量為17.0%。

隨后施工單位依據標準試驗數據，計算虛鋪厚度和材料用量，按壓實層不大于300mm進行分層壓實，碾壓完成后，我單位進場進行壓實度檢測以驗證壓實效果。壓實度按檢測頻率抽檢了三點，設計壓實度為97%。本次試驗采用內徑為150mm的中型灌砂筒、標定密度為1.43的標準量砂、感量分別為1g、0.01g的電子天平、烘箱等儀器設備。具體檢測結果如表1。

該項目壓實度檢測結果 表1

由表1可以看出，三點所測壓實度均不低于百分之百，由于壓實度超百現象很少發生，對此我們產生了疑問，這種情況的發生合理嗎，有沒有可能是檢測過程出現了偏差？

3 灌砂法檢測中可能導致壓實度超百的影響因素

壓實度的大小為檢測點的干密度除以最大干密度再乘以百分之百得到的。壓實度超百就意味著現場檢測的干密度大于試驗室擊實試驗獲得的最大干密度，輕型擊實試驗是單位體積擊實功約為592.2kJ/m3進行擊實試驗得到的理論最大干密度，并非絕對意義上的最大干密度，在一定條件下是可能被超越的。筆者通過查閱資料和個人工作經驗總結了幾點有可能造成壓實度超百的情況：

相同土質情況下，擊實功越大，最佳含水量越小，最大干密度越大，將此原理運用到施工中，現場在保證低于最佳含水量的情況下，采用大于標準擊實功的大型機具進行壓實，得到的干密度會變大，再除以原最大干密度，最終有可能實現壓實度超百；

施工時的不均勻性，使得虛鋪厚度不一致，薄的地方自然壓實就不到位，厚的地方由于接觸面積變小導致單位面積的壓實功過大，那么此處得到的干密度就會變大，再除以原最大干密度，最終也有可能導致壓實度超百；

根據《公路土工試驗規程》中的條文說明和《路基工程》中對路基壓實的分析，作如下規定：在土質、含水量、壓實功相同的條件下，土層的密度隨深度遞減，如果檢測時挖孔過淺或上大下小，使得上部密度相對較大區域取樣體積遠大于下部區域，這樣得到的干密度與正常的孔型相比就會偏大，最終也有可能導致壓實度超百；

獲得最大干密度的土樣不能真正代表施工現場情況，導致計算得出的壓實度失真。

4 調查分析

針對以上可能性，筆者通過調查分析，進行了逐一排查，結果如下：

①通過現場詢問和監理驗證，現場使用的是小型夯實機進行夯實，且現場施工條件也不允許大型機具進場，故不存在壓實功過高導致壓實度超百的情況；

②針對虛鋪厚度不一致的問題，筆者進行了擴大檢測，結果與第一次檢測結果相似，并未發現壓實度離散的情況，故此情況也不存在；

③由于本單位現場檢測均留存影像資料，筆者通過調閱檢測時現場影像資料，可以證明挖孔過程無挖孔過淺或上大下小的情況；

④擊實試驗所用材料為現場使用的石灰和素土，按設計要求的12%的石灰與素土配置而成，原材料沒有問題，但有沒有可能是現場所用并非12%灰土呢？筆者通過調查詢問得知施工單位未能提供證明所用石灰劑量滿足設計要求的有效證據，且監理單位亦對施工現場石灰劑量存疑。

5 試驗驗證

筆者在征求建設、監理、施工等單位意見后，筆者立刻組織了灰劑量試驗，首先準備標準曲線，通過取工地用石灰和土，配置5種灰劑量相差3%的石灰土，使用0.1mol/m3乙二胺四乙酸二鈉標準溶液、10%氯化銨溶液、1.8%氫氧化鈉溶液、鈣紅指示劑等化學試劑，依據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）中T 0809-2009水泥或石灰穩定材料中水泥或石灰劑量測定方法進行化學分析，獲取試驗數據后，以0.1mol/m3乙二胺四乙酸二鈉標準溶液消耗量（mL）的平均值為縱坐標，以石灰劑量（%）為橫坐標制圖，得灰劑量與edta消耗量標準曲線圖如表2。

灰劑量與edta消耗量標準曲線圖 表2

然后對工地現場石灰改良土隨機抽取約1000g進行灰劑量試驗。經試驗，該土樣的edta二鈉標準溶液消耗量為15.3mL，根據所繪制的標準曲線如表2得出該石灰改良土對應的灰劑量為3.4%，遠小于設計值12%。

那么灰劑量偏小會對最大干密度產生多大影響呢？筆者為探尋灰劑量與最大干密度之間的關系，使用該工程用土，配置了不同灰劑量的石灰土，再通過擊實試驗，得到不同灰劑量與最大干密度、最佳含水量對應關系表如表3。

灰劑量與最大干密度的對應關系表 表3

通過上表，明顯可以總結出規律：針對本項目用土，相同擊實功、相同材料的情況下，灰劑量越小，最大干密度越大；灰劑量越大，最大干密度越小。

利用此規律可得出結論：此項目因現場石灰劑量遠小于12%，導致現場實測干密度大于試驗室中12%灰土的理論最大干密度，最終使得壓實度超百，因現場材料與試驗室擊實所用材料不符，故此結果無效，該壓實度超百結果不一定能代表壓實效果合格。

6 危害性與建議

干密度與最大干密度的土樣性質不一致，是導致此項目壓實度超百的根本原因。越是石灰摻的少，越是偷工減料，壓實度越容易合格，甚至超百。這就導致施工單位易產生僥幸心理，同時也容易使得工程檢測單位造成誤判，這種現象對工程質量是極為不利的，為避免此種現象再次發生，為提高檢測結果的真實性、有效性，筆者從工作流程和試驗方法等方面對此項目壓實度檢測流程進行梳理如下：

①委托單位應首先委托12%灰土擊實試驗，以確定最大干密度、最佳含水量，再根據分層壓實厚度30cm，設計灰劑量12%、現場素土實測含水率19.5%，計算得到每平方米石灰用量、濕素土用量，計算過程如下：

每平方米總用量=厚度×面積×最大干密度=30×10000×1.56/1000=468kg

每平米石灰用量=每平米總用量×12/（100+12）=468×12/112=50.14kg

每平米干素土用量=每平米總用量-每平米石灰用量=468-50.14=417.86kg

每平米濕素土用量=每平米干素土用 量 ×（1+0.195）/1=417.86×1.195=499.34kg

施工單位應依據計算所得每平方米石灰用量、濕素土用量乘以對應面積，得出石灰與濕土用量，攤鋪拌勻后，測得拌合物含水量應在最佳含水率上下1%范圍內浮動，否則應采取翻曬或灑水攪拌等措施。

②檢測單位應針對來樣進行不同灰劑量的擊實試驗，得到灰劑量與最大干密度的對應表，如表3，亦可繪制灰劑量與最大干密度標準曲線；

③壓實、養護施工完成后，施工單位應同時委托灰劑量檢測和壓實度檢測，以驗證施工質量；

④檢測單位應先用灌砂法進行壓實度檢測，得到該取樣點干密度（參照表1干密度數據）。再利用剩余取樣土完成該點的灰劑量檢測（上文實測結果為3.4%，此時灰劑量不合格，但為描述計算過程，下文仍采用此數據進行計算）。在實測灰劑量滿足設計灰劑量要求的前提下，根據灰劑量檢測結果，查灰劑量與最大干密度的對應表如表3，利用內插法得到該取樣點的最大干密度=1.63-[（3.4-3）/（6-3）×（1.63-1.61）]=1.63g/cm3。壓實度=（干密度/實測灰劑量對應的最大干密度）*100%，最終所測三點壓實度為：點1壓實度=1.58/1.63*100%=97.5%；點2壓實度=1.57/1.63*100%=96.3%；點3壓實度=1.56/1.63*100%=95.7%。其中點2、點3不滿足設計壓實度97%的要求。

7 結語

相同施工條件下，石灰劑量越小，干密度越大。若在未驗證灰劑量合格與否就進行壓實度檢測，最終就會產生越是偷工減料，石灰用量越少，壓實度越高的現象。建議監理和相關監督部門，加強對灰劑量檢測的重視程度，只有在有灰劑量檢測合格的前提下，并采用實際灰劑量對應的最大干密度計算得到的壓實度，才是有實際意義的，才能達到控制施工質量的目的。