石灰改良膨脹土路基施工技術研究

鄭 磊

(安徽誠信項目管理有限公司，安徽 合肥 230001)

1 工程概況

合肥市包河區太原路(重慶路—黑龍江路)位于合肥市包河區大圩片區，規劃為城市次干道，東西走向。道路西起重慶路，東至黑龍江路，全長880 m，雙向4車道，紅線寬度為36 m，設計時速為40 km/h。該路段路基均位于黏土層上，裂隙發育，是一種典型的膨脹土地層，具有中等偏弱膨脹性。

2 膨脹土填料石灰改良室內實驗結果分析

2.1 自由膨脹率實驗

自由膨脹率是反映黏土膨脹性的指標之一，它與黏土的黏性礦物組成、膠體顆粒含量、化學成分和水溶性密切相關。自由膨脹率能在一定程度上反映黏土礦物組成、粒度組成、化學成分和交換陽離子的基本特性，該指標可測試土體膨脹潛勢。通過對試驗數據的處理，得到了4種不同石灰摻量條件下改良膨脹土的自由膨脹率變化曲線，如圖1所示。

圖1 不同摻灰率時改良土的自由膨脹率變化曲線

由圖1可知，加入生石灰后，膨脹土的自由膨脹率明顯降低。當生石灰摻量為4%時，自由膨脹率降至19%，屬于非膨脹土范圍。

2.2 無側限抗壓強度實驗

根據無側限抗壓強度試驗結果，分析了4種石灰摻量情況下改良膨脹土抗壓強度的變化。在最佳含水率條件下，將膨脹土壓實成5 cm(直徑)×5 cm(高度)的圓柱形土體，石灰摻量分別為0、4%、6%和8%。通過對試驗數據的處理，得到4種石灰摻量情況下改良膨脹土的無側限抗壓強度變化曲線，如圖2所示。

圖2 不同摻灰率時改良土的無側限抗壓強度變化曲線

從圖2可知，無側限抗壓強度隨著改良土摻灰率的變化而變化，隨之不斷增大。當摻灰率為6%時達到峰值3.79 MPa，隨后逐漸降低。

2.3 抗剪強度實驗

土的黏聚力C和內摩擦角φ是路基穩定性的重要評價指標。通過固結快剪直剪試驗得到4種摻灰率情況下改良土的抗剪強度變化曲線，如圖3所示。

從圖3可知，直接剪切試驗的抗剪強度指標隨著摻灰量的變化有著明顯的變化，隨著石灰含量的改變膨脹土黏度顯著下降。當摻灰率為4%時，改良土的黏結力降到最低；當摻灰率繼續增大時，黏結力反向增加，摻灰率為8%時黏結力達到最大值。內摩擦角C隨著摻灰率的增大而增大，但當摻灰率超過6%后內摩擦角C卻呈下降趨勢。

圖3 不同摻灰率時改良土的粘聚力和內摩擦角變化曲線

3 施工工藝參數的確定

根據室內試驗結果和本著經濟合理的原則得出現場路基填料改良方案：清理表面后對于填土高度大于80 cm的路段采用4%生石灰改良土分層回填至路床頂面以下80 cm，然后分層回填80 cm厚6%石灰改良土至路床頂面；清理表面后對于挖方段及填高不足80 cm的路段，向下反挖至路床頂面以下80 cm，再采用80 cm厚6%石灰改良土分層回填至路床頂面。

3.1 石灰質量的控制

將生石灰作為改良材料時其粒徑不宜大于1 mm。若生石灰的粒徑過大，在養生時會出現“暴花、脫皮”等現象，從而降低路基質量。因此，當采用生石灰作為膨脹土改良材料時，石灰的技術標準不應低于石灰技術標準或石灰中換算有效鈣、氧化鎂含量。

石灰的質量要按規范要求進行控制，生石灰中有效氧化鈣和氧化鎂的含量必須取樣檢測。石灰標準應在3級及以上。進入場地后應盡快使用石灰，貯存時間應盡量縮短。貯存期應覆蓋，以防下雨。石灰使用時間一般控制在7 d以內，避免活性成分過度衰減損失。

3.2 填料含灰率控制

含灰率控制主要包括施工損耗率和布灰均勻度兩方面。由于施工過程中摻灰作業存在損耗現象，所以實際摻灰率應比最佳摻灰率大1%左右。由于路拌機拌灰時存在局部區域不能均勻拌和現象，應嚴格按照試驗路段確定的拌和遍數和布灰方式進行拌和施工。通過試驗發現，同一點拌和遍數為3次可以得到良好的拌和效果。

3.3 填料層壓實系數與碾壓遍數

在路基壓實前，確定改良填料的壓實系數對路基壓實的施工質量和成本具有重要意義。為了得到填土層的壓實系數，在路基施工現場選取了30 m長的試驗路段。路基填料按15 cm、20 cm和25 cm三種松鋪厚度填筑。通過現場試驗得出該路段路基碾壓組合方式：使用16 t雙鋼輪壓路機靜壓2遍、振動碾壓1遍、重壓2遍。同時在路基壓實過程中應安排技術員跟蹤檢測路基壓實度。根據上面的測試和分析，得到石灰改良路基填料的壓實系數與碾壓遍數方案：本路段路基壓實系數為1.206，松鋪厚度采用25 cm，壓實遍數為靜壓2遍、振動碾壓1遍、重壓2遍。

4 石灰改良膨脹土施工工藝研究

在綜合分析各種改良方法優缺點的基礎上，結合石灰在膨脹土改良中的實踐經驗和成本優勢，本路段膨脹土改良劑選用生石灰。與一般路基施工相比，改良膨脹土路基施工主要增加了石灰拌和工藝，而不同的拌和工藝對改良土的質量有一定程度的影響。本文綜合分析了其他地區石灰改良膨脹土的施工工藝，同時根據現場實際情況，本路段擬采用路拌法工藝，路基填筑采用“三階段、五區段、十流程”施工工藝組織施工。施工工藝流程圖如圖4所示。

圖4 路拌法改良膨脹土路基施工工藝流程圖

4.1 拌和方法

與集中路拌法中的填料攤鋪和布灰拌和工藝相比，路拌法不會造成路基填筑過程中將下層土混入填料的現象。布灰前素填料應按照設計寬度和坡度攤鋪并整平，確保填料厚度均勻。拌和過程中應保證路拌機拌和深度保持一致。布灰前應平整作業工作面，以畫方格網形式進行控制含灰率。

4.2 路基基底處理

根據互不干擾原則，對施工路段進行區段劃分，區段長度宜控制在100～200 m。施工前應清除路基表面雜物，做好臨時排水設施并保持其暢通。對局部松軟地段應采用原土換填壓實處理措施，然后對地基進行平整和碾壓，用輕型動力觸探儀進行基底檢測，只有基底檢測合格后方可進行下道工序。

4.3 路基填料攤鋪

路基填筑采用橫斷面全寬縱向水平分層的填筑方法。路基填料裝車前應將其中的樹根等雜物清除干凈。根據試驗路段確定的施工參數和車容量計算出堆土間距，攤鋪過程中控制好填料厚度的均勻性。同時，為了確保路肩和邊坡位置的壓實度質量，填筑路基填料時路基兩側應各加寬50 cm。

本路段路基采用推土機進行初平，采用平地機進行終平，按設計要求設置4%路拱，且保證路基縱向平順。路基平整后應確保表面無明顯凹凸現象，若出現局部不平整現象須采用人工找平的方式進行修復。路基填料攤鋪過程中遇到大土塊應采用機械碾碎，同時控制好填料的松鋪厚度。

4.4 布灰及拌和施工

路基填料攤鋪并平整后采用石灰劃出3 m×3 m的縱橫雙向方格網。根據實驗確定的摻灰率計算出每個方格內的布灰量，將計量好的袋裝生石灰堆放在方格網內，然后人工用木板耙將生石灰均勻地攤平。石灰布設完成后，采用路拌機將生石灰和土料上下均勻拌和，拌和深度應超過基底1～2 cm。拌和過程中應按照試驗路段確定的拌和遍數進行施工，安排專職技術員隨時檢查拌和寬度、深度及拌和遍數。

為了保證石灰與膨脹土之間的化學反應能充分進行。自路基填料拌和完成到碾壓前應控制其含水率在最佳含水率±2%范圍內。當含水率小于最佳含水率-2%時應采取灑水悶料措施處理，當含水率大于最佳含水率+2%時應采取翻曬和增加拌和遍數等措施處理。

4.5 路基填料碾壓夯實

當改良填料含水率控制在最佳含水率±2%范圍，且填料中石灰拌和均勻滿足設計要求時，即可進行路基壓實施工。路基碾壓施工按照先兩側后中間、先慢后快、先輕后重的操作程序進行。兩輪跡間的搭接寬度應不小于30 cm，兩施工段間的縱向搭接長度應不小于2 m。碾壓過程中應安排專職技術人員檢查壓實質量，壓實質量檢查合格后方可進行下道工序。若局部改良填料因含水率過大導致壓實質量欠佳時，則人工將其清除并換填合格填料后繼續壓實。

4.6 路基檢測驗收及養護

路基填筑壓實成型且檢測合格后，應及時采取措施對路基進行保濕養生。養生可采用塑料膜或草簾灑水覆蓋的方法，養生期不少于7 d，待路基壓實度達到設計要求且經驗收合格后，方可進行路面工程施工。

5 結束語

本文以合肥市包河區太原路(重慶路—黑龍江路)作為案例背景，通過室內試驗得出石灰改良土的膨脹率、無側限抗壓強度及抗剪強度變化規律，從而得到適合本路段的最佳摻灰率。同時根據現場施工實際情況，總結出石灰改良膨脹土路堤的施工技術要求，可為以后同類型市政道路路基施工提供一定的參考。