改良低液限黏土在高速公路路基施工中的應用

劉子涵

（石家莊市公路橋梁建設集團有限公司，石家莊 050000）

1 引言

高速公路建設項目往往具有工程量大、施工難度高、整體工期長等特點，給建設單位及施工單位帶來較大的難度和挑戰。高速公路項目中，路基工程尤為重要，路基施工質量直接影響著高速公路的整體穩定，因此，需對路基填筑施工進行嚴格控制[1]。公路路基施工中，常會存在低液限黏土，大量研究表明，低液限黏土的結構強度較低，且塑性指數小，遇水后穩定性會極度降低，實際應用中無法直接用作路基填料。針對該問題，常采用水泥、石灰等材料進行低液限黏土改良處理，提高其水穩定性。本文基于改良低液限黏土在高速公路路基施工中的應用進行研究，圍繞其施工技術要點展開討論，并在具體工程中應用。

2 石灰改良低液限黏土工程特性分析

低液限黏土主要粒度成分為黏粒，當向低液限黏土內部摻加適量石灰并充分攪拌后，在最佳含水率條件下會不斷產生一系列物理化學反應，使低液限黏土內部的Ca2+離子不斷增加，進而使低液限黏土內部的土粒摩擦力增大，極大地改善土體的路用性能，最終提高土體結構強度。具體機理如下。

2.1 結晶作用

低液限黏土內部摻加石灰并充分拌和后，石灰遇水反應產生晶體網格結構，再和土顆粒共同組成共晶體，導致土顆粒結團牢固，起到改善低液限黏土水穩定性的效果[2]。

2.2 碳酸化作用

在低液限黏土內摻加石灰后，兩者會逐漸產生碳酸化作用，具體為石灰內部的Ca(OH)2與外界CO2產生化學反應，生成結構強度較大的CaCO3晶體，使土體的穩定性和結構強度整體提升。

2.3 火山灰作用

摻加完石灰拌和后，低液限黏土內部的Al2O3、SiO2等活性礦物質會和石灰內部的Ca(OH)2發生化學反應，生成鋁酸鈣、硅酸鈣水合物等膠凝材料，以改善土體顆粒黏結能力和水穩定性。

2.4 離子交換作用

低液限黏土摻加石灰拌和后，內部H+、Na+、K+等陽離子會與石灰產生電解反應，使Ca2+發生離子交換作用，土顆粒水膜厚度降低而間距減少，最終構成穩定結構。

3 工程概況

某高速公路建設項目全線共計100.973 km，雙向四車道設計標準，公路設計行車速度為100 km/h，路基寬度為25.5 m，全線橋隧比共計45.7%，路基工程占比較大。通過對該高速公路沿線地質勘探可得，第二合同段內現場含有豐富的低液限黏土，結構強度較低且穩定性不高。建設單位為節約項目投資成本，擬采用現有低液限黏土用作路基填料，并選擇石灰改良方式處理低液限黏土，以提高路基填筑質量。另外，石灰改良低液限黏土施工選用自然飲用水，并結合實際情況對施工工藝進行重點控制。

4 石灰改良低液限黏土路基填料試驗研究

在該高速公路項目第二合同段選擇典型路段，均勻取得低液限黏土試樣，分別摻入0%、4%、6%、8%的石灰，充分拌和后展開室內試驗，得出石灰的最佳摻量。

4.1 擊實試驗

隨4 組石灰改良低液限黏土試樣分別進行同等條件的擊實試驗，以最佳含水量、最大干密度為評價指標[3]，試驗結果見表1。可得，相較于0%、4%、8%的石灰摻量，6%石灰摻量對應的最大干密度最低，因此，石灰摻量宜選定為6%。

表1 不同石灰摻配比例擊實試驗結果

4.2 CBR試驗

對4 組石灰改良低液限黏土試樣分別進行同等條件的CBR 試驗，以CBR 值為評價指標，96%壓實度條件下，初始含水量分別設定為12%、14%、16%，對應的試驗結果見表2。可得，隨著石灰摻量的不斷增加，對應的CBR 值也隨之增大，考慮到石灰后期的消耗損失，摻量在6%時最佳。

表2 不同石灰摻配比例CBR試驗結果 %

4.3 膨脹率試驗

對4 組石灰改良低液限黏土試樣分別進行同等條件的膨脹率試驗，以膨脹率為評價指標，試驗結果見表3。可得，隨著石灰摻量的不斷增加，對應的膨脹率降低，穩定性提高，綜合考慮選定石灰摻量為6%。

表3 不同石灰摻配比例膨脹率試驗結果

4.4 無側限抗壓強度試驗

對4 組石灰改良低液限黏土試樣分別進行同等條件的無側限抗壓強度試驗，試驗結果見表4。可得，低液限黏土摻加完石灰后其7 d 無側限抗壓強度增長明顯，摻量為6%時抗壓強度滿足規范要求。

表4 不同石灰摻配比例無側限抗壓強度試驗結果

5 石灰改良低液限黏土路基施工技術要點研究

5.1 施工工藝

首先清理路堤直至干燥度和整潔度滿足規范要求，結合實際情況規劃出施工網格，并每隔20 m 設置樁體，便于卸料。采用挖掘機和自卸車進行運料和卸料作業，將取得的低液限黏土均勻卸至事先規劃好的網格區域中，采用平地機整平，可結合實際情況先進行適當的潤濕處理，以便拌和均勻[4]。根據網格區域實際面積計算合理的石灰摻量，選用挖掘機進行石灰改良拌和施工，拌和遍數約3 遍為宜，拌和過程中肉眼觀察土體顏色，直至顏色保持一致，且均勻性和顆粒大小需滿足規范和設計要求。

拌和施工完畢后，及時對改良后土體的含水率進行檢測，當實際含水率偏低時需進行補水處理，而實際含水率偏高時則應翻曬處理，嚴格控制含水率滿足規范與設計要求。隨后采用推土機進行穩壓操作，伴隨平地機整平同步施工，再采用壓路機進行碾壓施工，速率控制在1.5～2.0 km/h，且控制靜壓和振動壓實的遍數在4～6 遍[5-6]。碾壓完畢后開展3 d 以上的養生，全程采用土工布覆蓋，養生期間做好交通管制。

5.2 質量檢測

本項目采用低液限黏土用作路基填筑材料，并選用石灰改良方式，摻量選定為6%，施工完畢后，選擇試驗路段對路基施工質量進行檢測，以回彈彎沉值和壓實度為評價指標，質量檢測結果分別見表5、表6。

表5 彎沉值檢測結果

表6 壓實度檢測結果

檢測結果表明，本項目石灰改良低液限黏土路基填筑質量良好，壓實度和承載能力均滿足規范要求，證實了石灰改良后的低液限黏土可用作路基填料使用，且石灰摻量控制在6%左右時施工質量最佳。

6 結語

本文就改良低液限黏土在高速公路路基施工中的應用進行研究，結合實際高速公路路基工程，圍繞石灰改良低液限黏土路基填筑施工技術工程特性、試驗研究、施工技術要點等展開，并結合試驗路段進行施工質量檢測。研究結果表明，石灰改良后的低液限黏土可用作路基填料使用具有可行性和實用性，石灰改良低液限黏土路基填筑質量良好，壓實度和承載能力均滿足規范要求，且石灰摻量控制在6%左右時施工質量最佳，可有效提高路基整體承載能力、結構強度以及穩定性。