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石灰土處理濕陷性黃土路基施工技術
[摘要]結合山西省臨汾至吉縣高速公路的路基施工,系統闡述了石灰土作為一種路基填筑材料,在處理濕陷性黃土路基的強度形成機理和施工技術,并著力說明在此過程中關鍵工序的操作工藝,對濕陷性地區的高速公路建設具有一定的借鑒意義。
[關鍵詞]高速公路 石灰土 濕陷性土 路基施工
一、工程概況
山西省臨汾至吉縣高速公路路基、橋隧工程S1標段工程項目,所經地段地表多為濕陷性黃土,含水量高、CBR強度低,無法直接用于路基填料。為此,設計方案中采用了素土中摻加石灰的處理方式充作路基用土,以保證路基施工后質量。
二、設計方案
本合同段路基填筑用土大多含水量高且CBR強度低于規范標準,而路基填筑材料的CBR強度是必須滿足規范要求的強制性技術指標且碾壓前的含水量必須控制在最佳含水量的規定范圍內。鑒于此,在素土中摻加一定量的石灰旨在增大材料的CBR強度并提高最佳含水量,從而改善路基填筑用土的性能,同時提高路基的強度和穩定性,保證路基質量。
三、石灰土強度形成機理
土(指細粒土)中摻入石灰土后,石灰與土發生強烈的相互作用,其主要物理與化學反應包括離子交換、Ca(OH)2結晶、碳酸化和火山灰反應。Ca(OH)2離解后的Ca2+與粘土膠體顆粒反離子層上的K+、Na+發生離子交換后,使得膠體吸附層減弱,膠體顆粒發生聚結,這是早期石灰土強度形成的主要原因。Ca(OH)2與水作用形成的含水晶體把土粒膠結成整體,從而提高石灰土的水穩定性。而形成的CaCO3過程的碳酸化反應及形成硅酸鈣與鋁酸鈣過程的火山灰反應是石灰土強度和穩定性提高的決定性因素�；彝粱旌狭系某跗诒憩F為塑性降低、最佳含水量增大、最大干密度減小等;后期變化表現為晶體結構的形成,從而石灰土的強度和穩定性得以提高。在土質和石灰的質量和劑量確定的情況下,養身條件和齡期也是影響石灰土強度和穩定性的重要因素。
四、石灰土施工工藝參數確定
在灰土混合料的配合比確定并完成擊實試驗獲知混合料的最佳含水量和最大干密度的基礎上,即可進行石灰土正式施工前的試驗段施工,以確定相關工藝參數,正確指導施工過程。石灰土施工須配備的機械設備有:推土機、平地機、路拌機、多鏵犁機、重型振動壓路機。每種機型所需數量視具體情況而定。通過試驗段施工,主要達到如下目的:⑴檢驗拌和、攤鋪、碾壓等所投入機械設備的可靠性。⑵混合料的組成設計能否滿足質量要求,達到設計意圖。⑶確定過程控制措施及相關工序參數如碾壓方法、碾壓遍數及速度、碾壓機械類型及碾壓前含水量等。⑷為正式施工提供標準。
1.施工準備。⑴石灰土施工前,須對即將隱蔽的前道工序所要求的全部技術指標進行全面檢查驗收,合格并簽認相關資料后,方可進行石灰土施工。⑵前道工序驗收完成后,沿線路方向直線段上每15～20m,平曲線路段每10～15m測設一中心樁并在兩側路肩邊緣處設指示樁,其上標示該結構層邊緣處的厚度或設計標高。
2.備料。根據結構層寬度、厚度及松鋪系數和預定的干密度,每一施工段需要干土的數量。根據料場土的含水量和運輸車容量,計算每車料的堆放間距并據此在施工區域內劃格線定位。每一施工段須用同一車型以保證每車容量基本相同。上料前,應先灑水濕潤下結構層表面,但不得過分潮濕而造成泥濘。
3.土料攤鋪。用推土機和平地機將土料均勻攤鋪在預定的施工區域內,表面平整,路拱符合規定或設計要求。攤鋪過程中,將較大土塊粉碎,并揀除雜物和石塊。攤鋪完成后,如含水量低于預定要求,必須灑水悶料8h左右以使水分在土層內均勻分布并滲入土料顆粒內部。
4.石灰攤鋪。⑴石灰用量計算。在整平后的土料表面用白灰線撒劃格線,根據每格面積、土層厚度及灰土配合比、最大干密度、最佳含水量,計算每一格內石灰需要量。⑵攤鋪。根據計算結果,在每一方格內卸置一定量的石灰,然后用平直的刮板將石灰均勻攤開,并鋪滿整個方格。石灰劑量必須準確。
5.拌和。為了保證拌和均勻,宜先用多鏵犁機進行初拌,將石灰翻混在土層中間,初拌深度應控制在距下結構層頂面5cm左右。在初拌的基礎上,用路拌機再次拌和。在拌和的過程中,必須設專人跟隨,隨時檢查拌和深度并通知路拌機操作員及時調整。拌和遍數一般在2遍以上,并最終達到拌和顏色均一、無素土夾層為度。拌和為石灰土質量控制的關鍵工序,嚴禁拌和料中存在自由狀態的石灰。拌和均勻與否將關系到最終質量及設計目的的實現。
6.整型。混合料拌制均勻后,應立即用平地機進行初步整型,然后在刮平后的路段上用輪胎壓路機快速碾壓1遍,以暴露潛在的不平整,并用齒形工具將輪跡低凹處表層下5cm耙松,再次用平地機碾壓1遍。整型后的層面應達到規定的路拱和縱坡。
7.悶料。將生石灰粉與土拌制均勻并整平后,為保證施工效果,必須進行悶料,時間為3h左右。生石灰與土混合后,在發生劇烈變化的同時會因消解而產生水化熱,水化熱加速反應的進行,能提高混合料的性能,若碾壓成型過早,水化熱會使結構層脹松隆起,嚴重影響施工質量且造成水化熱不能充分利用,降低施工效果。
8.碾壓。悶料結束后,須再次檢測混合料的含水量,若處于最佳含水量或低于最佳含水量1%～2%時立即進行碾壓。碾壓時遵循直線段和不設超高的平曲線段由兩側路肩向線路中心碾壓,設超高的平曲線段由內側路肩向外側路肩進行碾壓。碾壓時,相鄰輪幅間重疊1/3～2/3輪寬且不得小于0.5m;碾壓速度和遍數參照試驗段結論,并最終達到碾壓層表面無明顯輪跡、滿足規定的壓實度標準。碾壓過程中局部出現的軟彈、松散等現象,及時翻松重新拌和并再行碾壓或采取其他措施。
9.養生及管制。石灰土具有很強的縮烈性,因此碾壓完成、壓實度檢測合格后,應立即灑水養生以保證結構層在適宜的環境中保持強度增長。養生時間根據氣候及結構層技術要求而定。養生期間,除灑水車外,應封閉交通,灑水車行車速度不得超過30Km/h.
六、結束語
本合同段石灰土施工所制定的方案中涵蓋了內在質量與外觀標準的全方位技術控制措施,加之細化的施工組織及嚴密細致的實施監控,以完成的石灰土施工質量均一次性檢測通過,避免了以往因石灰土施工工序多、標準高、不易控制等因素而頻繁返工所造成的和工期損失。
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