高液限粘土路基365JT施工工藝初探 摘 要 本文就高速公路高液限粘土（摻灰土）路基施工工藝控制進行了初步探索，此控制方法，對保證路基施工的質量、進度起到了比較明顯的作用。關鍵詞 路基 粘土 膨脹土 摻灰土 路基 施工工藝 連云港市某高速公路某標段（下文稱Ｘ標）合同工期１８個月，路基土方８６?４萬方，路基填方為摻灰土。土方施工時間短、任務重，路基施工隊伍無施工高液限粘土的施工經驗。在６月份施工單位進場，至１２月底僅完成４?５萬方的摻灰土工程量，施工進度遠未達到業主的節點工期要求。因此，為保證路基土方施工的進度、質量，指揮部及監理組根據以往的施工經驗，編制了“路基施工操作要點及要求”下發給施工單位，要求按此進行路基土方施工。在次年４月、５月、６月的土方施工黃金季節里，Ｘ標每月完成的摻灰土土方工程量均在１０萬方以上，且工程質量明顯提高。現將有關經驗、教訓總結如下。１ Ｘ標路基填方用土的有關特性１?１ 地形、地貌Ｘ標所經區域屬沖海積～沖湖積濱海低平原，地勢平坦，地面高程為２～５ｍ，該區表層為第四系全新統沖海積相粘性土及淤泥質土層。１?２ 土源的物理性質Ｘ標全長７?２ｋｍ，沿線共布設了６個取土坑，取土深度在１?８～２?５ｍ之間，施工用土均為高液限灰黃色粘土，其基本物理性質為：天然含水量ω＝３０％～５０％；濕密度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；飽和度Ｓｒ＝９２％～１００％。其塑性實驗指標為：液限含水量ωＬ（５０％～６０％）；塑限含水量ωＰ（２３％～２８％）；塑性指數ＩＰ（３０～３５）；液性指數ＩＬ（０?１３～０?４１）。自由膨脹率Ｆｓ（５０％～７２％），粘粒含量（３５％～６５％）。屬中弱性膨脹土。土源的部分物理性質詳見表１。上述土源作為高速公路路基的填筑材料，是很難達到365JT設計要求的強度、剛度和穩定性的，故必須進行摻灰處理，以達到改良土性、提高路基承載能力的目的。因此設計文件要求，針對路基的不同部位，分別摻入６％、７％、８％、１０％的石灰。根據設計要求，當路基填筑高度高于２?２ｍ，上路床（路槽下０～３０ｃｍ）采用摻灰量為８％的摻灰土填筑，下路床（路槽下３０～８０ｃｍ）采用摻灰量為７％的摻灰土填筑，以下至原地面均采用摻量為６％的摻灰土填筑；當路基填筑高度低于２?２ｍ，上路床采用摻量為１０％的摻灰土填筑，下路床采用摻量為８％的摻灰土填筑，以下至原地面均采用摻量為６％的摻灰土填筑。各取土坑在不同摻灰量情況下擊實試驗結果詳見表２。２ 改性機理膨脹土是指粘粒成分主要是由強親水礦物組成、具有顯著濕脹干縮和反復濕脹干縮性質的特殊粘性土。從化學成分來看，膨脹土以含ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３和ＦｅｍＯｎ為主，一般可用硅鋁分子比來反映，比值越小，則膨脹變形越小，此外土的膨脹性還與含水量、粘粒的含量和土的微觀結構有關。通過對膨脹土的摻灰處理，可以有效地改良土性，從礦物組成上，摻入主要含鈣鎂成分的石灰，在總體上使得蒙脫石、伊利石八面體表面吸附的陽離子的離子價有所提高，可降低其膨脹性。此外摻入石灰后，石灰與土中的礦物成分發生化學反應，使土體表面砂化，從而使土的粘粒含量有所下降，而且通過摻灰，使得面－面疊聚體片狀密集排列的粘膠基質結構變成疏松排列的粘粉基質結構，可降低其膨脹，提高可壓實性。摻灰的第二個作用可提高土體的強度。生石灰對土壤的處理，分為二個步驟：其一是生石灰中氧化鈣遇水會產生化學反應產生氫氧化鈣： ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ＝Ｃａ?ＯＨ?２這樣可吸收土中的水分，以降低土壤含水量，同時，由于氫氧化鈣結晶的析出可改善土體某些性質，提高土體的可壓實性。其二氫氧化鈣是不很穩定的物質，與空氣中二氧化碳反應，形成碳酸鈣或碳酸氫鈣，形成表面致密層。 Ｃａ?ＯＨ?２＋ＣＯ２＋ｎＨ２Ｏ＝ＣａＣＯ３＋?ｎ＋１?Ｈ２Ｏ ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＝Ｃａ?ＨＣＯ３?２由于表面致密層的存在，阻止氫氧化鈣結晶體的進一步碳化，從而形成由上部致密層到下部土體強度的過渡層，將路面傳來的荷載逐步向路基下逐步擴散傳播。施工難點：該工程用土天然含水量較大，６％摻灰土最佳含水量在１８％～１９％之間，降低含水量較困難；同時該土在潮濕狀態時粘性較大，石灰難以摻入；干燥狀態下強度高，難以破碎。３ 施工工藝控制根據《公路路基施工365JT技術規范》、設計文件及業主有關要求，確定施工工藝。高液限粘土的施工關鍵在于砂化（即高液限粘土的改性）、降低含水量至最佳含水量。砂化過程不能盲目求快，必須認真按照工藝要求施工，投入足夠的人員、設備，為下道工序創造良好的條件。現將具體工藝介紹如下：３?１ 悶灰具體悶灰方法有如下幾種：?１?挖掘機將土挖出堆放，漓水２～３天，一般可將平均含水量降低到３０％左右。然后摻入設計石灰劑量的６０％～７０％（采用未消解石灰即塊灰，質量必須達到三級以上，一般情況下，土的塑性指數越大第一次摻灰比例越高），然后一層土?一般厚度為４０－５０ｃｍ?一層石灰，再鋪一層土，再上一層石灰，直至一堆土和相應的需要摻入的石灰都用完。后用挖掘機翻拌堆高，悶灰４８小時。再將剩余的３０％－４０％生石灰撒在灰土堆上翻拌堆高，悶灰２４小時（二次摻灰過程也可以在路基上進行，只需翻拌）。?２?若施工場地允許，可以在清表后，將石灰均勻地撒在地面上，然后采用挖掘機挖出一定深度的土層或用鏵犁初步翻拌后再采用挖掘機挖出（或推土機推出）后堆放悶灰。此過程可以利用生石灰消解的過程吸收天然土中的部分水分，消解熱可以加速高液限粘土的改性過程，同時省卻了石灰消解的步驟，減少了部分費用，降低了環境污染。３?２ 倒堆通過二次翻拌，土粒表面基本包裹著石灰，但是土的粒徑在１５－３０ｃｍ的還有３０％左右，必須用大噸位的推土機倒堆，要求分層推，邊推邊堆，同時利用履帶碾壓較大的土塊，使石灰進入土塊內部。３?３ 土的翻拌及破碎３?４ 碾壓成型及報驗 最后檢測含水量、灰劑量、壓實度，測量標高、路基中樁坐標、路基寬度等，合格后報驗。４ 實際施工中的幾個問題４?１ 含水量的控制的有關問題含水量控制是摻灰土施工的關鍵所在，路堤填筑施工中的大部分工序都是圍繞著降低填筑土的含水量展開的，而含水量控制又往往與土的性質、天氣因素和施工工藝有關。連云港地區地下水位比較高，一般埋深在１?０～３?０ｍ左右，從取土坑挖出的土基本都屬飽和土，天然含水量高達４０～５０％，通過堆高漓水，表面含水量可下降至３０％左右，而土堆內部可降至３５％左右。因此再去除１０％－１５％水分要通過采取一系列措施來達到。首先是通過摻灰。在６％摻灰量下，生石灰在消解過程中吸收土中的水分在２％左右。通過多次倒堆、翻曬，可將聚集在土堆中由消解產生的熱量散發出來，帶走６％－７％的水分，余下８％－９％含水量要靠上路后翻曬作業來降低。表３是在相同的施工工藝下，經一天的機械翻曬，灰土含水量下降情況。從中可以看出氣溫與灰土含水量下降的關系。４?２ 摻灰量控制的問題摻灰土隨摻灰時間、石灰劑量衰減規律見表４。５ 結束語上述的經驗僅僅是根據特定的施工條件總結出來的，在摻灰土施工中，實際情況十分復雜，不能盲目搬套，應根據施工工藝進行調整。希望本文能夠對高液限粘土（摻灰土）路基的施工有一定的借鑒作用。
