高液限粘土路基365JT施工工艺初探 摘 要 本文就高速公路高液限粘土（掺灰土）路基施工工艺控制进行了初步探索，此控制方法，对保证路基施工的质量、进度起到了比较明显的作用。关键词 路基 粘土 膨胀土 掺灰土 路基 施工工艺 连云港市某高速公路某标段（下文称Ｘ标）合同工期１８个月，路基土方８６?４万方，路基填方为掺灰土。土方施工时间短、任务重，路基施工队伍无施工高液限粘土的施工经验。在６月份施工单位进场，至１２月底仅完成４?５万方的掺灰土工程量，施工进度远未达到业主的节点工期要求。因此，为保证路基土方施工的进度、质量，指挥部及监理组根据以往的施工经验，编制了“路基施工操作要点及要求”下发给施工单位，要求按此进行路基土方施工。在次年４月、５月、６月的土方施工黄金季节里，Ｘ标每月完成的掺灰土土方工程量均在１０万方以上，且工程质量明显提高。现将有关经验、教训总结如下。１ Ｘ标路基填方用土的有关特性１?１ 地形、地貌Ｘ标所经区域属冲海积～冲湖积滨海低平原，地势平坦，地面高程为２～５ｍ，该区表层为第四系全新统冲海积相粘性土及淤泥质土层。１?２ 土源的物理性质Ｘ标全长７?２ｋｍ，沿线共布设了６个取土坑，取土深度在１?８～２?５ｍ之间，施工用土均为高液限灰黄色粘土，其基本物理性质为：天然含水量ω＝３０％～５０％；湿密度γ０＝１?８０～１?９４ｇ／ｃｍ３；干密度γｄ＝１?３０～１?５５ｇ／ｃｍ３；土粒比重ＧＳ＝２?７４；天然孔隙比ｅ＝０?８００～１?０２８；饱和度Ｓｒ＝９２％～１００％。其塑性实验指标为：液限含水量ωＬ（５０％～６０％）；塑限含水量ωＰ（２３％～２８％）；塑性指数ＩＰ（３０～３５）；液性指数ＩＬ（０?１３～０?４１）。自由膨胀率Ｆｓ（５０％～７２％），粘粒含量（３５％～６５％）。属中弱性膨胀土。土源的部分物理性质详见表１。上述土源作为高速公路路基的填筑材料，是很难达到365JT设计要求的强度、刚度和稳定性的，故必须进行掺灰处理，以达到改良土性、提高路基承载能力的目的。因此设计文件要求，针对路基的不同部位，分别掺入６％、７％、８％、１０％的石灰。根据设计要求，当路基填筑高度高于２?２ｍ，上路床（路槽下０～３０ｃｍ）采用掺灰量为８％的掺灰土填筑，下路床（路槽下３０～８０ｃｍ）采用掺灰量为７％的掺灰土填筑，以下至原地面均采用掺量为６％的掺灰土填筑；当路基填筑高度低于２?２ｍ，上路床采用掺量为１０％的掺灰土填筑，下路床采用掺量为８％的掺灰土填筑，以下至原地面均采用掺量为６％的掺灰土填筑。各取土坑在不同掺灰量情况下击实试验结果详见表２。２ 改性机理膨胀土是指粘粒成分主要是由强亲水矿物组成、具有显著湿胀干缩和反复湿胀干缩性质的特殊粘性土。从化学成分来看，膨胀土以含ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３和ＦｅｍＯｎ为主，一般可用硅铝分子比来反映，比值越小，则膨胀变形越小，此外土的膨胀性还与含水量、粘粒的含量和土的微观结构有关。通过对膨胀土的掺灰处理，可以有效地改良土性，从矿物组成上，掺入主要含钙镁成分的石灰，在总体上使得蒙脱石、伊利石八面体表面吸附的阳离子的离子价有所提高，可降低其膨胀性。此外掺入石灰后，石灰与土中的矿物成分发生化学反应，使土体表面砂化，从而使土的粘粒含量有所下降，而且通过掺灰，使得面－面叠聚体片状密集排列的粘胶基质结构变成疏松排列的粘粉基质结构，可降低其膨胀，提高可压实性。掺灰的第二个作用可提高土体的强度。生石灰对土壤的处理，分为二个步骤：其一是生石灰中氧化钙遇水会产生化学反应产生氢氧化钙： ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ＝Ｃａ?ＯＨ?２这样可吸收土中的水分，以降低土壤含水量，同时，由于氢氧化钙结晶的析出可改善土体某些性质，提高土体的可压实性。其二氢氧化钙是不很稳定的物质，与空气中二氧化碳反应，形成碳酸钙或碳酸氢钙，形成表面致密层。 Ｃａ?ＯＨ?２＋ＣＯ２＋ｎＨ２Ｏ＝ＣａＣＯ３＋?ｎ＋１?Ｈ２Ｏ ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＝Ｃａ?ＨＣＯ３?２由于表面致密层的存在，阻止氢氧化钙结晶体的进一步碳化，从而形成由上部致密层到下部土体强度的过渡层，将路面传来的荷载逐步向路基下逐步扩散传播。施工难点：该工程用土天然含水量较大，６％掺灰土最佳含水量在１８％～１９％之间，降低含水量较困难；同时该土在潮湿状态时粘性较大，石灰难以掺入；干燥状态下强度高，难以破碎。３ 施工工艺控制根据《公路路基施工365JT技术规范》、设计文件及业主有关要求，确定施工工艺。高液限粘土的施工关键在于砂化（即高液限粘土的改性）、降低含水量至最佳含水量。砂化过程不能盲目求快，必须认真按照工艺要求施工，投入足够的人员、设备，为下道工序创造良好的条件。现将具体工艺介绍如下：３?１ 闷灰具体闷灰方法有如下几种：?１?挖掘机将土挖出堆放，漓水２～３天，一般可将平均含水量降低到３０％左右。然后掺入设计石灰剂量的６０％～７０％（采用未消解石灰即块灰，质量必须达到三级以上，一般情况下，土的塑性指数越大第一次掺灰比例越高），然后一层土?一般厚度为４０－５０ｃｍ?一层石灰，再铺一层土，再上一层石灰，直至一堆土和相应的需要掺入的石灰都用完。后用挖掘机翻拌堆高，闷灰４８小时。再将剩余的３０％－４０％生石灰撒在灰土堆上翻拌堆高，闷灰２４小时（二次掺灰过程也可以在路基上进行，只需翻拌）。?２?若施工场地允许，可以在清表后，将石灰均匀地撒在地面上，然后采用挖掘机挖出一定深度的土层或用铧犁初步翻拌后再采用挖掘机挖出（或推土机推出）后堆放闷灰。此过程可以利用生石灰消解的过程吸收天然土中的部分水分，消解热可以加速高液限粘土的改性过程，同时省却了石灰消解的步骤，减少了部分费用，降低了环境污染。３?２ 倒堆通过二次翻拌，土粒表面基本包裹着石灰，但是土的粒径在１５－３０ｃｍ的还有３０％左右，必须用大吨位的推土机倒堆，要求分层推，边推边堆，同时利用履带碾压较大的土块，使石灰进入土块内部。３?３ 土的翻拌及破碎３?４ 碾压成型及报验 最后检测含水量、灰剂量、压实度，测量标高、路基中桩坐标、路基宽度等，合格后报验。４ 实际施工中的几个问题４?１ 含水量的控制的有关问题含水量控制是掺灰土施工的关键所在，路堤填筑施工中的大部分工序都是围绕着降低填筑土的含水量展开的，而含水量控制又往往与土的性质、天气因素和施工工艺有关。连云港地区地下水位比较高，一般埋深在１?０～３?０ｍ左右，从取土坑挖出的土基本都属饱和土，天然含水量高达４０～５０％，通过堆高漓水，表面含水量可下降至３０％左右，而土堆内部可降至３５％左右。因此再去除１０％－１５％水分要通过采取一系列措施来达到。首先是通过掺灰。在６％掺灰量下，生石灰在消解过程中吸收土中的水分在２％左右。通过多次倒堆、翻晒，可将聚集在土堆中由消解产生的热量散发出来，带走６％－７％的水分，余下８％－９％含水量要靠上路后翻晒作业来降低。表３是在相同的施工工艺下，经一天的机械翻晒，灰土含水量下降情况。从中可以看出气温与灰土含水量下降的关系。４?２ 掺灰量控制的问题掺灰土随掺灰时间、石灰剂量衰减规律见表４。５ 结束语上述的经验仅仅是根据特定的施工条件总结出来的，在掺灰土施工中，实际情况十分复杂，不能盲目搬套，应根据施工工艺进行调整。希望本文能够对高液限粘土（掺灰土）路基的施工有一定的借鉴作用。
