石灰改善土施工技术探讨包银锋

石灰改善土路基施工技术探讨石灰改善土路基施工技术探讨包银锋 （中交二航局第四工程有限公司 安徽 芜湖 241009）摘 要：安徽阜阳至新蔡高速公路路基工程针对用于路基填筑的原状土CBR值不能满足规范要求，采取分别用3%和5%石灰剂量的石灰改善土进行路堤和路床填筑的施工方案.本文结合阜新高速公路第一合同段施工生产实践对石灰改善土路基填筑施工工序、质量控制及施工中常见问题进行简要阐述，对以后类似的石灰改善土路基施工有一定借鉴作用。关键词：石灰改善土 路基填筑 施工技术 工艺控制一、 引言石灰土具有造价低廉且具有较高的强度、较强的板体性等性能,被广泛应用于高等级公路路基填筑及低等级公路的路面结构层当中.石灰土强度的形成主要是靠石灰中的氧化钙、氧化镁等活性物质与细粒土的相互作用。在这种相互作用中，离子交换是石灰土初期强度形成的主要因素，碳酸硬化反应是石灰土后期强度增长的主要因素.考虑到路基顶面及路面各结构层对设计弯沉值要求的差异，区别于石灰稳定土,本项目采用3%和5%的石灰剂量对不适宜做路基填料的原状土的土质进行改善，以满足施工规范要求,取得了不错的效果。二、 工程概况阜阳至新蔡高速公路安徽段是位于南京洛阳（G36）、上海西安（G40)两条国家重点公路之间的另一条东西向高速公路通道,向东接合（肥）淮(南)阜（阳)高速公路互通出口,向西接河南省化庄新蔡高速公路,路线里程全长68.048km.第一合同段起讫桩号为K1+083K18+500，里程长度为17。417km,合同工期1年，投标合同价2。1亿元,为全立交、全封闭、双向四车道高速公路.阜新高速第一合同段位于安徽省阜阳颍州区和阜南县，区域地貌形态单一，全线位于黄淮剥蚀的冲积平原，地势平坦开阔，其间穿越有河间洼地和部分水域，全线土质基本为亚粘土，该土具有遇水后易收缩软化、强度迅速降低的特点。沿线取土坑取土深度一般为3.5-4.5m。根据设计规范要求:路基顶面以下030厘米(上路床)，3080厘米（下路床)，80150厘米（路堤部分），150厘米以下（路堤部分),要求CBR值分别达到8、5、4、3.试验数据表明地下水位普遍较高，沿线取土坑用土均无法满足相应压实度下的CBR值要求，因此对于过湿土、CBR值不满足要求的取土坑用土采取掺灰处理。石灰剂量依据试验结果为2%，考虑路拌施工的局限性和石灰中有效成分损失量，路堤部分石灰剂量采用3，路床部分石灰剂量采用5。为保证压实质量以减少桥台跳车,所有桥梁、分离立交及涵洞台后均采用石灰剂量为5的石灰改善土回填。三、 施工准备3.1 技术准备3.1 标准击实试验标准击实试验是控制石灰改善土压实质量不可缺少的试验项目，压实度合格的一个重要前提就是要求最大干密度准确与测点实际干密度相对应。标准密度是用来衡量现场压实度的尺度，通过它确定路基的压实质量。标准密度的击实试验必须严格按照试验规程和相关要求去做，确保标准密度有足够的精确度。每个取土场在用于路基填料前，均要做标准击实试验并报请业主的中心试验室批准。此外，平时在施工过程中还要时刻注意土质的变化，一旦发现变化，就要及时重做击实试验。3.2 开工报告及安全技术、施工技术交底根据公司有关工程技术管理制度有关要求,项目部及时上报开工报告及施工方案并得到监理工程师的批复；施工技术、安全技术交底已经逐级交底到位。3.3 测量准备本合同段的高程控制点及平面控制点已经完成复测及加密工作，拟填筑路段已经完成了测量放样工作,并报请监理工程师复核，填筑工作面准备就绪。3.2 物资材料准备物资材料准备主要指生石灰已经进场并按规定消解到位。生石灰要求不低于规范规定的三级灰技术指标,在使用前5-7天充分消解，消解后的石灰应保持一定的湿度,也不可过湿成团.石灰中有效成分（氧化钙、氧化镁）含量越高，石灰土强度质量越好，石灰的颗粒细度越小，比重和密度越大，需水越少，其质量就越好。3.3 人员及机械设备准备在正式施工开始前,项目部成立了以项目经理为组长、以项目总工和项目经理为副组长、以测量、试验、工程、质检、安全、劳务作业队等各部门负责人为成员的施工管理小组，总体负责土方路基施工的工程进度、质量安全和文明施工工作.进场的机械设备已完成组装完成并完成联调联试，具备正常连续作业能力。机械设备清单如下（部分）:序号设备名称规格型号数量进场日期状况1挖掘机小松5台2011。1.20良好2推土机TY1402台2011。1.20良好3静压压路机3Y18-213台2011。1.20良好4振动压路机YZ222台2011.1.20良好5自卸车东 风11辆2011.1.20良好6装载机厦工Z502辆2011。1.20良好7平地机GR1802台2011.1。20良好8旋拌机10090052011.1.20良好9旋铧犁1LF-4352台2011.220良好四、 施工工艺在石灰改善土填筑过程中，阜新高速第一合同段严格按照“四区段（填筑区、摊平区、碾压区、检测区）、“八流程”（测量放线、挖装运输、卸土填筑、摊铺整平、翻拌晾晒、碾压收光、自检互检、监理验收）施工工艺组织流水施工，在确保路基质量的前提下加快工程进度。路基填筑必须严格实行“划格上土，挂线施工,平地机整平”，确保每层填土施工质量.4.1 清表及地基处理在路基填筑前沿路基两侧开挖临时排水沟，降低路基基底范围的地下水位和含水量.水位降低后利用推土机推除表层种植土,然后装载机、自卸车配合，装运至指定弃土场处。路基范围之内的杂草、建筑垃圾及不良土质必须全部清除干净，确保清表质量。4.2 填筑前碾压表土清除后立即组织压路机碾压，保证下承层的压实度不小于规定的压实度，经监理验收合格后实测上土前高程.若遇到路基局部软弹,采用翻松晾晒至合适的含水量或掺拌一定比例的石灰进行处理，以三轮压路机重压不反弹为合格标准。路基两侧容易产生积水的路段，必须采取措施排除可能的积水，避免路基坡脚被水长时间浸泡.4.3 测量放样根据设计图纸每10米一个断面测量填方的边线，做好边桩的保护工作，并用石灰线标出填筑宽度，避免填筑宽度不足或宽度过大，路基边缘超填宽度应控制在30-50厘米为宜。每层填筑重复此项工序.4.4 上土摊平本工程采用自卸汽车运土,取土时严格按照分层取土的原则取土，尽量保证素土的含水量均匀一致，如遇到土质明显变化,及时通知试验室取样试验。在填筑前确定正常填土工作区域和横坡度调整区域。每车装土8.5 m3,按松铺厚度25计算，则每车卸料面积约为35m2。在正常填土范围内按方格法控制松铺厚度，用石灰线撒布方格网（见图1）,明确司机的卸料区。横坡调整区按最小填筑厚度进行控制。填筑采用纵向全断面水平填筑，填土时车辆由一侧卸料，推土机向前推进. 图1 拟画格上土工作面推土机推平后采用铧犁翻耕晾晒,每隔2小时翻晒一遍并现场检测含水量。施工时含水量应控制在最佳含水量偏大一个点，可以根据天气情况实际调整。4.5 摊铺整平为保证成型以后的路基顺畅排水，必须根据测量数据进行挂线整平。对于原地面横向接近水平的路段，拟计划3层调整至2的横坡。按半幅19米计算，中桩填筑三层土，边桩只要填筑一层土即可。严禁薄层贴补，保证最薄处不小于设计允许范围(8厘米）.填料晾晒后，采用推土机初平，再用平地机平整散料粗平,同时人工配合平地机对局部不平整进行找平和补料，使之具有合适的路拱(一般为24%，目的使雨水能顺利排出路基）.4.6 撒布石灰灰土改良采用已经全部消解的熟石灰,石灰使用前57天消解完成,，消解后的石灰要过10mm筛后才能使用,掺灰量应计算准确。试验数据表明，按石灰土层压实厚20厘米，石灰剂量3%,计算出每平米所用石灰量约为10kg，进行石灰撒布。在表面平整的路基上面，然后用石灰粉划出55米方格,其用灰量为250kg,按计算的石灰用量布灰，用人工配合装载机将布好的石灰均匀地铺开。石灰撒布必须均匀（见图2),石灰中不得含有未充分消解的石灰块。图2 石灰撒布均匀 图3 灰土拌合没有素土夹层4.7 灰土拌和布灰后用旋铧犁进行翻拌后,再用旋拌机进行拌合，设专人跟随拌和机,随时检查拌和深度,并配合操作手调整拌和深度,以防在拌和层底部留有“素土”夹层，进行重复拌合二遍以上，直至拌合深度、均匀度、土块粒径满足规范及设计要求，拌合深度应达到改善土底层，并将下承层翻松12cm（见图3)，控制混合土粒径15mm。然后测定该路段石灰剂量及含水量和并检查布灰均匀性。如石灰剂量不满足设计要求时，重复上述步骤，直至达到设计要求。4.8 机械整平路基混合料的石灰剂量、含水量经试验检测达到设计及规范要求后，用压路机静压一遍后用平地机精平，精平时根据已经放设的路基中、边桩挂线逐断面检查高程，此时测量松铺厚度及控制路拱、路堤宽度,控制松铺厚度不大于25cm，控制路基横坡在2左右,每侧应超出路堤设计宽度30cm50. 4.9 碾压收光（见图4、图5)石灰改善土路基填筑碾压以三钢轮压路机静压为主，以震动压路机震动碾压为辅。碾压采用如下组合方式机械组合方式进行：压路机（3Y1821型）静压平地机（GR180)整平压路机（YZ22型)弱振压路机（YZ22型）强振压路机（3Y18-21型）静压压路机收光光轮压路机初压（静压）1遍后,采用平地机精确整平，然后用振动压路机弱振一遍.碾压方法：先从路一侧边缘开始,外侧轮的1/2压在路基边缘上,每次重轮重叠1/21/3，逐渐压至路中心，再从另一侧边缘同样压至路中心，即为一遍。压路机在静压过程中行驶速度为1.5km/h，在振压过程中行驶速度为2。5km/h。根据投入的压路机台数及气候条件，合理选择作业面长度。若作业段过长，不能在有效时间内碾压成型,一方面会因气温高时造成灰土表层失水过多,出现松散现象,压不密实；另一方面遇到天气不好，还没有来得及完全成型就突然降雨，造成施工中断,部分勉强成型的灰土可能会出现一些诸如“结壳”、“龟裂等质量病害.图4 碾压过程中 图5 收光后无明显轮迹4.10 压实度检测碾压共7遍后,开始进行路基填筑质量的检测：1)、计算每增加一遍振动压实的沉降差，直观判定路基压实效果。2）、采用灌砂法按规范规定的频率检测路基的每一层压实度。3）、如果局部路段压实度不能满足规范要求，应及时分析原因并采取相应的对策进行处理。4.11 弯沉值及其他项目检测(见图6、图7)弯沉检测是土方路基交工验收的关键验收项目之一,一般在路基填筑完成后,由业主、路基施工单位、路面施工单位、监理单位及第三方共同参加弯沉值及标高、横坡、平整度、宽度、路基坡度等其他项目的检测验收。试验数据表明，采用以上施工工艺填筑的石灰改善土路基的弯沉值能够满足设计要求（设计弯沉代表值:179）。图6 碾压完成后的路基表面 图7 技术人员在进行弯沉检测五、 常见问题探讨5.1 生石灰的品质、消解及存放的问题本项目所采用的3%和5%石灰剂量均是指三级灰。运至施工现场的生石灰必须满足规范要求，达到三级灰的技术指标。否则，生石灰中的活性成分不足，为达到设计规定的石灰剂量，势必造成石灰实际使用量大于理论数量，从而导致现场“压实度不足”的现象.试验检测和物资部门必须全力协作，严格进场生石灰的技术指标自检,杜绝不合格石灰用于路基填筑。生石灰运抵现场后，在使用前57天必须充分进行消解，消解后的石灰要过10mm方孔筛后才能使用.如果消解的不充分的石灰用于路基施工，会出现由于未充分消解的石灰未充分拌合致使遇水体积膨胀，引起成型后的石灰土表面隆起，形似“蘑菇”（雨后特别明显，如图),从而破坏路基的整体强度及稳定性.消解后的石灰应采取覆盖等措施避免受雨水冲刷及空气侵蚀，避免石灰中有效活性成分的流失.石灰的存放时间对其质量也有较大的影响。石灰随着存放时间的增加，有效钙和氧化镁的含量会大幅度下降.有资料表明,石灰放置三个月，其活性含量可从原来的80以上降低到50%左右,放置半年可降低到40%左右。因此，消解后的石灰在用于路基施工前必须进行各项技术指标的检测，只有符合质量要求方可使用，否则应拒绝使用，以免对路基整体质量造成影响。5.2 含水量的问题碾压时含水量对路基整体质量的控制有较大的影响,含水量控制得好与坏，将直接关系到路基的填筑质量。一般来说,在最佳含水量的1%变化范围内碾压时效果最佳,能够比较容易达到规范规定的压实度,但这个范围也不是一成不变的,还要根据当时的天气、气温、自身的机械配置等具体情况来定。碾压时含水量过大或过小,均会造成压实度不能满足规范要求，另外还会出现局部“弹簧”、失水开裂、并有大面积起皮及拥包现象，甚至降低石灰土自身的强度，破坏板体结构,对整个路基质量造成不良影响。图8 养护不及时造成路基表面失水开裂因此，在施工过程中要特别注意碾压前含水量的控制。如含水量过大，应及时对相应路段做重新翻晒处理；如含水量过小，则应对相应路段补水拌合处理,使之达到合适的含水量再进行碾压。另应注意炎热天气下未成型的路基表面水分散失很快，应在当天进行少量补水,待水分浸入表层35厘米后及时进行碾压（以不粘轮为标准）。5.3 石灰剂量的问题石灰剂量的问题主要指局部路段实际用量与设计用量不一致，表现在两个方面:一是受制于现有的机械设备及施工工艺，存在布灰时随意性很大、灰剂量不均匀的通病：这里布灰较少,那里布灰又较多;二是已经布好灰或者灰土拌好后还没有来得及整平、碾压就遭遇突然降雨，造成石灰中有效成分流失较多，为了保证石灰土的强度能够满足要求，不得不“二次布灰。试验表明石灰剂量每增加1个百分点，则压实度相应降低0.50。8个百分点.而石灰剂量对压实度的影响比较明显，这将导致布灰少的地方压实度过高甚至超百，而布灰多的地方又将会出现压实度不够的“假象”。出现这种情况，切忌采用补压的方式进行处理，以免造成土体早期强度的破坏,应及时从压实度检测位置现场取土，及时重做击实试验，从而确定压实度合格与否。5.4 其他探讨的问题石灰改善土应尽量避免在不利季节施工，更不宜安排在雨季施工，降雨时应停止施工。施工时气温应不低于5，并最好在第一次雨雪来临之前一个月完成或结束施工。否则成型的灰土表层会被浸水产生冻融破坏，影响路基强度.在不利季节，对于未施工完的灰土，不应强行施工,应及时素土覆盖并整平稳压.石灰改善土路基填筑应尽可能优先选用塑性指数在1220之间的粉质粘土或粘质粉土，这样易于粉碎和拌和，便于碾压和成型，施工与使用效果较好，强度能够得到保证。为加快工程进度，减少不利季节（雨季、秋冬季）的晾晒时间，可采用二次加灰工艺组织施工。第一次加灰可以在取土场加设计用量的30至50，闷料1-2天,这样能有效降低粘土的含水量，同时还能对土质进行有效改善，起到“砂化作用，可以缩短晾晒周期,加快施工进度。运抵施工现场后第二次按正常施工工艺加灰施工。机械碾压是保证灰土压实度实度的根本措施,而提高灰土的压实度又有显著的技术经济效果。实践证明，石灰土压实度每增减1，石灰土强度可增减58左右，而且密实的灰土抗冻性、水稳性较好，路基失水开裂现象也较少. 所以要重视机械的配套组合，确保压实满足规范要求。六、 结语石灰改善土用作高等级公路路基填料具有良好的稳定性、整体性,我们只要从石灰质量、石灰剂量、含水量、压实度等几个技术指标的控制入手，并采用成熟的施工工艺，完全能够做出令人满意的路基工程。(完)参考文献:1 交通部公路司.公路工程质量通病防治指南.人民交通出版社。2002。012 覃先锋.公路工程技术手册.北京:中科多媒体电子出版社.2003.115118。3 胡长顺，黄辉华.高等级公路路基路面施工技术。人民交通出版社.1999作 者:包银锋 联系电话：18638188281工作单位：中交二航局第四工程有限公司阜阳至新蔡高速公路FX01标项目部- 6 -