路基填料石灰土試驗及應用研究

王斐

（上海市市政公路工程檢測有限公司，上海 201108）

0 引言

石灰源于白云石、石灰石等材料的煅燒，將它加入土中，再加入適量的水，石灰中的鈣、鎂等離子同水發生作用，會發生一定的物理反應和化學反應。在這些反應的基礎上，石灰土的強度、剛度及穩定性會顯著增強。因此，石灰土可作為路基填料，在提高公路建設質量方面發揮重要作用。路基土填料石灰土對路基的影響主要體現為三點：首先，石灰土可以降低濕土中的含水量。之所以濕土的含水量會下降，其原因在于石灰加入濕土后，水被生石灰吸收。其次，相比于素土，生石灰的吸水量更大，在壓實度、含水量等方面，也比素土的范圍廣。應用石灰土，濕土的含水量能夠快速恢復至最佳水平，壓實效率更高。最后，摻入石灰導致土的塑性發生改變，會提高路基的強度、剛度及穩定性。故對路基填料石灰土展開試驗研究，便于更合理地將之應用于工程中，為提高路基的施工質量奠定基礎。

1 路基填料石灰土相關性能試驗

該試驗以上海市新建工程項目G228 公路（上海浙江省界—老龍泉港以東，海灣路以東—南蘆公路）新建工程為例，對該工程石灰土路基進行試驗。該工程為公路工程，道路等級為一級道路。由于上海地區土質多為軟土地基，軟土路基具有含水率高、強度低、易沉降等特點，因此需要對原路基使用石灰土換填，以增強路基的穩定性。

1.1 路基原材料選擇

1.1.1 石灰

選用Ⅲ級生石灰，廠家為衢州市匯金環保科技有限公司，測得其有效氧化鈣含量為72.85%。

1.1.2 土

土從施工現場中選取，在路基范圍1m、3m 及5m處，依次篩選土樣，將雜質去除。測得其天然含水率為11.5%，天然密度為2.72g·m-3。根據規范對該土樣進行界限含水率試驗[1]。試驗結果如表1 所示。

表1 土樣的密度及界限含水率結果

1.2 石灰摻入量方案選擇

根據相關標準把收集到的施工土樣打碎后，通過4.75mm 篩孔進行過濾，生石灰則用2.5mm 篩孔進行篩選，按照外摻法依次選取相應摻入量（土樣中石灰的占比）的生石灰，在原狀土中拌和，以此作為試驗樣品[2]。摻入量從0 開始，逐步增加至4%、6%、8% 和10%，根據相關規范開展室內試驗。

1.3 相關性能試驗結果分析

1.3.1 擊實試驗結果分析

使用無機結合料擊實試驗（甲法）進行試驗，觀察不同摻入量條件下石灰土最大干密度和最佳含水量的結果（見表2）。

表2 擊實試驗結果

根據表2 可知，素原狀土的干密度隨含水量改變明顯。從最大干密度的變化趨勢來看，含水量小范圍變化，可以獲得較大的干密度值。但隨著生石灰摻入量逐漸增加，這種趨勢變得逐漸平緩。可見，石灰土能夠在較大含水量的空間范圍內獲得相對好的干密度值，提高工程的可執行性。

1.3.2 無側限壓強度試驗結果分析

試驗中用的試模儀器尺寸為φ50mm×50mm，制作石灰配比不同的試樣后，將其養護至試驗要求的齡期，至第6 天、第7 天放入水池中浸泡一夜，至齡期滿進行試驗，試驗結果見表3。

表3 石灰土無側限抗壓強度試驗結果

根據表3 可知，在石灰摻入量不同的條件下，土樣強度隨齡期增加呈增長趨勢。石灰摻入量變化后，6%石灰摻入量的原狀土強度與8%石灰摻入量條件下的強度相近。相比于8%石灰摻入量的土樣強度，10%石灰摻入量的土樣所對應的強度有所下降。可能是部分未能夠充分消解的石灰殘留在土體空隙中，間接地降低了土體顆粒間的黏結作用。結合實際工程應用的情況來看，在增強土樣強度的同時，石灰摻入量并非越多越占優勢，在綜合考慮經濟成本的基礎上，建議選擇石灰摻入量的配比為6%[3]。

2 工程應用

2.1 工程概述

該工程石灰土路基段里程樁號為K18+450—K18+650，該路段經過原狀土區域，計劃使用路基填料石灰土對該路段進行綜合治理。選取的試驗路段為K18+450—K18+650 段，石灰摻入量設定為6%。根據工程設計要求，路基壓實度≥96%，施工方法為路拌法。該路段的路基在鋪筑期間，認真執行施工標準，并確保試驗檢測正常進行。結合施工現場的實際情況，在汲取一級公路施工經驗的基礎上，確保石灰摻入量準確[4]。

2.2 路基填料石灰土施工過程

2.2.1 放樣測量

測量人員優先恢復中柱，以該段路基為例，依據其剩余填土高度和邊坡坡度（1∶1.5）計算邊坡寬度。然后結合招標文件的相關技術要求，使用石灰畫出路基填筑的邊線。在邊線位置開始至中柱之間，每間隔10m 設置1 個指示樁，同時標明樁號。

放樣內容包括3 項基本內容：一是結合施工圖紙所示的路基中樁，對路基中線進行精準放樣；二是將路基高程計算完成后，對試驗段填筑邊坡占有的寬度進行推算；三是將路基橫斷面圖作為依據，確保路基邊緣壓實，且道路兩側的超寬寬度為50cm[5]。

2.2.2 挖土及裝運

該試驗路段在取土過程中，優先清除土場表層30cm 以內的腐質土，然后將土運出。在汲取道路施工經驗的基礎上，對填土的松鋪厚度進行確定。根據松鋪厚度及運載量，對每輛車的鋪攤面積進行計算，然后在地面上使用白灰畫出方格。現場施工人員對裝運土的過程進行綜合指揮，確保道路施工正常進行。

2.2.3 道路粗平

應用推土機將土堆大致推平，針對體積相對大的土塊則做人工打碎處理，確保土塊的粒徑滿足規范的要求。

2.2.4 調整含水量

根據試驗室擊實結果，石灰土最佳含水量為15.3%，測定現場原狀土的天然含水量約為22%，高于最佳含水量約7%，因此需要調整天然含水量。降低含水量的方法主要是反復晾曬法。結合以往的經驗可知，如果土方的含水量與土樣最佳壓實含水量接近時，由試驗人員對土樣進行含水量檢測和調整。

2.2.5 精平、碾壓

在精平的過程中，應用人工與機器合作的方式進行。在精平結束后，土方需保持在總體平整狀態，保證碾壓之前的土面平整度不超過15mm。實現精平后，需借助壓路機及振動設備壓實土面，并對松鋪厚度進行檢查。

2.2.6 打網格、摻石灰、拌和

應用石灰在壓過的路基上打網格，單個網格面積為10m2。以試驗室確定的石灰干密度最大值為依據，對單個網眼的石灰摻入量進行計算。采用人工方式摻入一定量的石灰，之后應用WB220 穩定土拌和機進行拌和，且拌和遍數超過2 遍。第1 遍最好不要翻拌觸底，較鏵犁淺2～3cm 為宜，其目的是阻礙石灰下沉，第2 遍以鏵犁標準為依據，拌和2 遍后對石灰劑量進行檢查。如果石灰量偏少，則需要人工加入石灰。拌和結束后，混合料的顏色需保持一致，且不可有花面及花團。

2.2.7 穩壓、精平

采用TPA法測定破碎力，使用P/36R圓柱形探頭，65%的壓縮比例，觸發力0.15 N，30 mm/min測試速率下降距離20 mm。每個樣品平行測定6次取平均值[11]。

灰土拌和結束后，對土樣的含水量進行檢測。如果含水量比最佳含水量高出2%～3%，就需借助履帶式拖拉機進行壓實，做到精平。需保持灰土表面總體平整，平整度在10mm 以內，橫坡不得超過2%。

2.2.8 二次碾壓

在精平的基礎上，實施二次碾壓。在碾壓過程中，可使用振動壓路機施工。第1 遍直接靜壓，無須振動，第2 遍由慢及快，振動由弱至強，且壓路機碾壓速度的最大值需在4km/h 以內。在碾壓過程中，直線段的碾壓方向為從兩邊至中間，而小半徑曲線段則需由外及內，采用縱向進退形式碾壓。對于橫向接頭，振動壓路機多會進行0.4～0.5mm 的重疊處理。碾壓過程需全覆蓋，不可有死角，保證碾壓均勻合理。

2.2.9 壓實度結果檢驗

路基施工結束后，應用灌砂法檢測段路基的壓實度。根據試驗結果，現場使用石灰土對路基進行填實的過程中，其壓實度的最小值為96.1%，壓實度最大值為98.3%，滿足設計要求，證明壓實效果良好。

2.2.10 彎沉結果檢測

當路基養護滿7d 之后，開展貝克曼梁法彎沉檢測。根據圖紙要求，該路段石灰土路基設計要求為≤243.3（0.01mm）。根據檢測結果，試驗路段路基的彎沉最大值為188，最小值為90，路段彎沉代表值為112。

K18+450—K18+650 段路基養護滿60d 之后，挑選合適的樁號斷面。在斷面未施工期間，埋設相應的沉降板，并檢測沉降結果。獲得的檢測結果如表4 所示。

表4 K18+450—K18+650 段路基沉降觀測結果（60d）

根據表6 結果可知，該段石灰土路基施工結束后，沉降量與設計要求相符。在高速公路建設完成并通車的基礎上，需要對路段展開持續觀測，試驗路段路基并未產生位移及沉陷等病害。瀝青路面沒有出現反射裂縫，證明石灰土用作路基填料后，效果相對理想。

2.2.12 石灰土養生

當石灰土碾壓結束后，在檢驗合格的基礎上，需要即刻填筑第二層石灰土。倘若無法及時填筑，那么就要自第2 天或者第3 天進行養護。并且，養生階段以7d 為宜。養生階段不可讓灰土太過潮濕，也不可忽干忽濕。同時需要嚴格控制交通，僅允許水車通行，禁止其他車輛通行。試驗路段完成施工后，需要結合施工記錄及試驗檢測結果，對試驗路段的施工情況進行總結，并出具報告，交由監理工程師進行審核，并完成相關審批，為后續大規模施工奠定基礎。

3 石灰土應用到試驗段的注意事項

3.1 運輸及環境保護

在路基填料石灰土摻入期間，需要對石灰土中的相關指標進行試驗，同時對試驗結果進行檢驗。在合格的基礎上，方可將石灰土以填料形式應用在試驗路段的路基施工中。在石灰土運輸的過程中，需要重視車輛的維修與養護，采取有效措施，防止石灰對施工道路造成污染。

3.2 特殊時間段施工

3.2.1 雨季施工

在多雨季節施工，應盡量躲開雨季開展石灰土結構的路基施工。當備用石灰堆成大堆后，應用塑料布將其覆蓋，并在石灰大堆的周圍挖好排水溝，做好排水工作。

3.2.2 冬季施工

石灰路基層施工不適合在冬季進行，施工期的最低溫度不得低于5℃。施工時間應提前在第1 次冰凍期（-5～-3℃）完成施工，時間需提前一個月或者一個半月。如果石灰土路基基層養生期在冬季，需要在石灰土中加入防凍劑，如3%～5%的硝酸鹽。

4 結論

通過對路基填料石灰土進行試驗及應用的探究，得出如下結論：

其一，石灰摻入土樣后，石灰土可在較大含水量區間內獲得干密度最大值，提高石灰土用于治理原狀土路基的可操作性。其二，石灰摻入土樣后，土樣的強度增加，齡期增大后，其強度增加變緩。其三，當石灰摻入量低于6%，石灰土的無側限壓強度與回彈模量值，均可增加至最大值；當石灰摻入量高于6%時，兩者的數值提升并不明顯。其四，根據試驗結果可知，該工程石灰土的最佳石灰摻入量為6%。其五，將石灰土作為路基填料，強度和穩定性極佳，與道路工程設計要求相符，值得應用與推廣。