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石灰土處理濕陷性黃土路基施工技術(shù)
[摘要]結(jié)合山西省臨汾至吉縣高速公路的路基施工,系統(tǒng)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(qiáng)度形成機(jī)理和施工技術(shù),并著力說明在此過程中關(guān)鍵工序的操作工藝,對濕陷性地區(qū)的高速公路建設(shè)具有一定的借鑒意義。
[關(guān)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(biāo)段工程項(xiàng)目,所經(jīng)地段地表多為濕陷性黃土,含水量高、CBR強(qiáng)度低,無法直接用于路基填料。為此,設(shè)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(zhì)量。
二、設(shè)計方案
本合同段路基填筑用土大多含水量高且CBR強(qiáng)度低于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),而路基填筑材料的CBR強(qiáng)度是必須滿足規(guī)范要求的強(qiáng)制性技術(shù)指標(biāo)且碾壓前的含水量必須控制在最佳含水量的規(guī)定范圍內(nèi)。鑒于此,在素土中摻加一定量的石灰旨在增大材料的CBR強(qiáng)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(qiáng)度和穩(wěn)定性,保證路基質(zhì)量。
三、石灰土強(qiáng)度形成機(jī)理
土(指細(xì)粒土)中摻入石灰土后,石灰與土發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用,其主要物理與化學(xué)反應(yīng)包括離子交換、Ca(OH)2結(jié)晶、碳酸化和火山灰反應(yīng)。Ca(OH)2離解后的Ca2+與粘土膠體顆粒反離子層上的K+、Na+發(fā)生離子交換后,使得膠體吸附層減弱,膠體顆粒發(fā)生聚結(jié),這是早期石灰土強(qiáng)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(jié)成整體,從而提高石灰土的水穩(wěn)定性。而形成的CaCO3過程的碳酸化反應(yīng)及形成硅酸鈣與鋁酸鈣過程的火山灰反應(yīng)是石灰土強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高的決定性因素�；彝粱旌狭系某跗诒憩F(xiàn)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(xiàn)為晶體結(jié)構(gòu)的形成,從而石灰土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得以提高。在土質(zhì)和石灰的質(zhì)量和劑量確定的情況下,養(yǎng)身?xiàng)l件和齡期也是影響石灰土強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要因素。
四、石灰土施工工藝參數(shù)確定
在灰土混合料的配合比確定并完成擊實(shí)試驗(yàn)獲知混合料的最佳含水量和最大干密度的基礎(chǔ)上,即可進(jìn)行石灰土正式施工前的試驗(yàn)段施工,以確定相關(guān)工藝參數(shù),正確指導(dǎo)施工過程。石灰土施工須配備的機(jī)械設(shè)備有:推土機(jī)、平地機(jī)、路拌機(jī)、多鏵犁機(jī)、重型振動壓路機(jī)。每種機(jī)型所需數(shù)量視具體情況而定。通過試驗(yàn)段施工,主要達(dá)到如下目的:⑴檢驗(yàn)拌和、攤鋪、碾壓等所投入機(jī)械設(shè)備的可靠性。⑵混合料的組成設(shè)計能否滿足質(zhì)量要求,達(dá)到設(shè)計意圖。⑶確定過程控制措施及相關(guān)工序參數(shù)如碾壓方法、碾壓遍數(shù)及速度、碾壓機(jī)械類型及碾壓前含水量等。⑷為正式施工提供標(biāo)準(zhǔn)。
1.施工準(zhǔn)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(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收,合格并簽認(rèn)相關(guān)資料后,方可進(jìn)行石灰土施工。⑵前道工序驗(yàn)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(shè)一中心樁并在兩側(cè)路肩邊緣處設(shè)指示樁,其上標(biāo)示該結(jié)構(gòu)層邊緣處的厚度或設(shè)計標(biāo)高。
2.備料。根據(jù)結(jié)構(gòu)層寬度、厚度及松鋪系數(shù)和預(yù)定的干密度,每一施工段需要干土的數(shù)量。根據(jù)料場土的含水量和運(yùn)輸車容量,計算每車料的堆放間距并據(jù)此在施工區(qū)域內(nèi)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(yīng)先灑水濕潤下結(jié)構(gòu)層表面,但不得過分潮濕而造成泥濘。
3.土料攤鋪。用推土機(jī)和平地機(jī)將土料均勻攤鋪在預(yù)定的施工區(qū)域內(nèi),表面平整,路拱符合規(guī)定或設(shè)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(yù)定要求,必須灑水悶料8h左右以使水分在土層內(nèi)均勻分布并滲入土料顆粒內(nèi)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(jù)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(nèi)石灰需要量。⑵攤鋪。根據(jù)計算結(jié)果,在每一方格內(nèi)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(zhǔn)確。
5.拌和。為了保證拌和均勻,宜先用多鏵犁機(jī)進(jìn)行初拌,將石灰翻混在土層中間,初拌深度應(yīng)控制在距下結(jié)構(gòu)層頂面5cm左右。在初拌的基礎(chǔ)上,用路拌機(jī)再次拌和。在拌和的過程中,必須設(shè)專人跟隨,隨時檢查拌和深度并通知路拌機(jī)操作員及時調(diào)整。拌和遍數(shù)一般在2遍以上,并最終達(dá)到拌和顏色均一、無素土夾層為度。拌和為石灰土質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序,嚴(yán)禁拌和料中存在自由狀態(tài)的石灰。拌和均勻與否將關(guān)系到最終質(zhì)量及設(shè)計目的的實(shí)現(xiàn)。
6.整型�；旌狭习柚凭鶆蚝�,應(yīng)立即用平地機(jī)進(jìn)行初步整型,然后在刮平后的路段上用輪胎壓路機(jī)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(jī)碾壓1遍。整型后的層面應(yīng)達(dá)到規(guī)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(jìn)行悶料,時間為3h左右。生石灰與土混合后,在發(fā)生劇烈變化的同時會因消解而產(chǎn)生水化熱,水化熱加速反應(yīng)的進(jìn)行,能提高混合料的性能,若碾壓成型過早,水化熱會使結(jié)構(gòu)層脹松隆起,嚴(yán)重影響施工質(zhì)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(jié)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(jìn)行碾壓。碾壓時遵循直線段和不設(shè)超高的平曲線段由兩側(cè)路肩向線路中心碾壓,設(shè)超高的平曲線段由內(nèi)側(cè)路肩向外側(cè)路肩進(jìn)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(shù)參照試驗(yàn)段結(jié)論,并最終達(dá)到碾壓層表面無明顯輪跡、滿足規(guī)定的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。碾壓過程中局部出現(xiàn)的軟彈、松散等現(xiàn)象,及時翻松重新拌和并再行碾壓或采取其他措施。
9.養(yǎng)生及管制。石灰土具有很強(qiáng)的縮烈性,因此碾壓完成、壓實(shí)度檢測合格后,應(yīng)立即灑水養(yǎng)生以保證結(jié)構(gòu)層在適宜的環(huán)境中保持強(qiáng)度增長。養(yǎng)生時間根據(jù)氣候及結(jié)構(gòu)層技術(shù)要求而定。養(yǎng)生期間,除灑水車外,應(yīng)封閉交通,灑水車行車速度不得超過30Km/h.
六、結(jié)束語
本合同段石灰土施工所制定的方案中涵蓋了內(nèi)在質(zhì)量與外觀標(biāo)準(zhǔn)的全方位技術(shù)控制措施,加之細(xì)化的施工組織及嚴(yán)密細(xì)致的實(shí)施監(jiān)控,以完成的石灰土施工質(zhì)量均一次性檢測通過,避免了以往因石灰土施工工序多、標(biāo)準(zhǔn)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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