灰土樁用石灰穩(wěn)定土質(zhì)量控制

程衛(wèi)剛

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西太原 030006)

0 引言

石灰穩(wěn)定土就是在粉碎或原來松散的土中摻入一定量的石灰和水，經(jīng)過拌合、壓實、養(yǎng)生至其強度符合設(shè)計要求時稱為石灰穩(wěn)定土。利用石灰土對特殊地基進行處理從20世紀70年代起在我國北方地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。石灰穩(wěn)定土具有較高的抗壓強度和抗拉強度、具有很好的水穩(wěn)定性和一定的冰凍穩(wěn)定性;有效的解決了北方地區(qū)濕陷性黃土、低液限粉土等不良土質(zhì)地區(qū)路基施工的難題。大多數(shù)的土可以用石灰來穩(wěn)定，施工方便，便于大量使用。

山平項目處于我國山西省北部，所處地段大部分為濕陷性黃土。本文結(jié)合山平高速公路建設(shè)過程中，對2/8灰土擠密樁特殊路基處理段所使用的石灰穩(wěn)定土及所應(yīng)用的原材料進行試驗分析，以確定所用穩(wěn)定土的灰劑量曲線、最佳含水率、最大干密度，為施工做準備;確定合理的施工方案確保施工進度和工程質(zhì)量。

1 石灰穩(wěn)定土的原材料

1.1 生石灰粉

剛生產(chǎn)出來生石灰呈塊狀，這對灰土拌合的均勻性以及施工過程會帶來很大的難度，所以需要用一種專用的設(shè)備球磨機進行粉碎，形成生石灰粉，其化學(xué)成分不改變，稱之為球磨生石灰。

在生產(chǎn)石灰的原材料中常含有碳酸鎂，經(jīng)過高溫煅燒后，分解成氧化鎂。在JC/T 479-92建筑生石灰中將生石灰粉中氧化鎂含量的不同分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰，當(dāng)氧化鎂含量不大于5%時，稱之為鈣質(zhì)石灰;大于5%時稱之為鎂質(zhì)石灰。同時(JC/T 479-92)還規(guī)定了石灰的等級(見表1)。

表1 石灰等級劃分表

由于鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰在等級劃分的技術(shù)指標上面存在著很大的區(qū)別，所以在施工準備階段工地試驗室還要對石灰的有效氧化鎂含量進行化學(xué)試驗，確定是鈣質(zhì)石灰還是鎂質(zhì)石灰，這也是石灰進場前，石灰穩(wěn)定土原材檢測的必檢項目。只有確定了是鈣質(zhì)石灰還是鎂質(zhì)石灰，才能夠進一步的確定石灰等級。

山平項目2/8灰土擠密樁特殊路基處理段要求用Ⅰ級生石灰。在開工前試驗室應(yīng)對石灰進行的試驗主要有:1)有效氧化鎂含量的確定，即石灰有效氧化鎂的測定:JTG E51-2009公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程上規(guī)定用EDTA二鈉標準溶液滴定的方法進行確定，具體試驗操作步驟這里不再詳解。試驗過程中應(yīng)注意EDTA二鈉標準溶液對氧化鈣、氧化鎂的滴定度的計算，以及最后計算的正確性。對于山平項目所使用的山西玉竹產(chǎn)的生石灰粉，有效氧化鎂含量為2.8%，小于規(guī)定值的5%，則判定該石灰為鈣質(zhì)消石灰。2)石灰等級的檢驗:石灰等級的檢驗主要是檢測石灰氧化鈣和氧化鎂總含量占石灰樣品總質(zhì)量的百分率。其化學(xué)反應(yīng)原理就是氧化鈣、氧化鎂與水反應(yīng)生成堿性溶液，然后與鹽酸滴定發(fā)生中和反應(yīng);根據(jù)鹽酸消耗量計算出來氧化鈣和氧化鎂的總含量，對照(JC/T 479-92)判斷出來石灰的等級。同時還對未消解的殘渣含量、二氧化碳含量和產(chǎn)漿量進行檢測，滿足設(shè)計要求的，可以取樣、進行灰土的拌合和灰劑量曲線滴定以及標準試驗的使用。容量瓶法檢測生石灰密度也是石灰進場時必不可少的一個檢驗項目，為以后的試驗提供有效的數(shù)據(jù)。

1.2 石灰穩(wěn)定土用素土

依據(jù)圖紙設(shè)計，該施工段處于Ⅲ級自重濕陷性黃土段，濕陷性黃土是指飽和性結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的黃色土，在自重壓力作用下受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)變壞，發(fā)生顯著下降的現(xiàn)象。該黃土雖然可以用于灰土的拌制，但是施工質(zhì)量比較難控制，根據(jù)圖紙要求，應(yīng)采用取土場的土進行拌合。在拌合前，應(yīng)該對取土場的土進行性質(zhì)判定，以便于石灰穩(wěn)定土拌合方式的確定，制定相應(yīng)的施工方案，提高工程質(zhì)量。

在一般的施工過程中，有的時候?qū)Π韬嫌盟赝恋男再|(zhì)的判定這一項工作經(jīng)常會舍去不做;還有就是有時候做了但是還是沒有得到足夠的重視，這樣將會造成施工方案的不合理和不科學(xué)性，因為不同的素土，其天然成分以及物理性能會有著很大的差別，施工方法的不當(dāng)將會對工程質(zhì)量造成很嚴重的影響，同時還會帶來施工的不經(jīng)濟性。

對于灰土樁用石灰穩(wěn)定土的現(xiàn)場拌合，應(yīng)采用場拌法，場拌法分為一次性拌合和分次拌合，具體采用哪一種方法，這就必須對素土進行顆粒分析和對液塑限進行具體的試驗分析，以便于確定采用適當(dāng)?shù)陌韬戏椒?。還要根據(jù)素土的性質(zhì)以及當(dāng)?shù)厥┕l件，制定一些相應(yīng)的措施保證灰土質(zhì)量。

結(jié)合本項目，對取土場的素土檢驗結(jié)果為:該土的液限為27.6%，塑限為20.1%，結(jié)合篩分結(jié)果，依據(jù)JTG E40-2007公路土工試驗規(guī)程判定該土為低液限粉土。通過對土的顆粒分析，其不均勻系數(shù)Cu=3.5，曲率系數(shù)為Cc=1.35。由于不能夠同時滿足不均勻系數(shù)Cu＞5，曲率系數(shù)Cc在1～3之間的標準，因此，該土為級配不良的粉土。所以在施工過程中，要制定相應(yīng)的措施。

2 石灰穩(wěn)定土標準試驗

該工程要求使用2/8石灰穩(wěn)定土，即石灰與土的體積比是2/8，這已經(jīng)明確規(guī)定了穩(wěn)定土的配比問題;在以往的經(jīng)驗中，灰土的摻配比例經(jīng)常用的有內(nèi)摻法和外摻法兩種方法，然后經(jīng)過灰土的無側(cè)限抗壓強度試驗確定合適的摻配比例。該項目業(yè)主及監(jiān)理要求，灰土摻配按外摻法進行拌制灰土。因此，我們可以根據(jù)生石灰的堆積干密度以及素土的堆積干密度，以及2/8的體積比，換算出來設(shè)計灰劑量。

以效益為中心，狠抓經(jīng)營管理。瞄準考核關(guān)鍵點，抓住企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的“牛鼻子”。建立有效的激勵約束機制。通過編制《廣墾糖業(yè)集團屬下糖廠生產(chǎn)經(jīng)營業(yè)績考核辦法（2018/2019榨季）》，將糖廠經(jīng)營班子績效獎金同糖廠效益相掛鉤，改變以榨蔗量為主要依據(jù)的考核方式，將考核的重心調(diào)整到成本控制上，將效益作為考核的重點，制定統(tǒng)一的對標標準。加強全面預(yù)算管理，抓好財務(wù)管控工作。完善財務(wù)管理機制，加強資產(chǎn)、資金全面管理，抓好成本管控工作。

試驗所得生石灰粉的堆積干密度是ρ1=0.514 g/cm3、素土的堆積干密度為ρ2=1.14 g/cm3，因此2/8灰土灰劑量的計算公式如下:

其中，ω為石灰灰劑量;ρ1，ρ2分別為生石灰粉的堆積干密度、素土的堆積干密度;V1，V2分別為生石灰粉的體積、素土的體積。

計算得:ω=11.3%，該灰土的灰劑量就是11.3%，即為設(shè)計灰劑量。

根據(jù)該設(shè)計灰劑量，利用取土場素土和生石灰粉樣品，分別配置灰劑量為7%，9%，11%，13%，15%的灰土試樣，然后根據(jù)(JTG E51-2009)試驗規(guī)程進行EDTA標準溶液的滴定，并記錄各自的EDTA二鈉標準溶液的消耗量。然后進行平行試驗，以同一石灰計量穩(wěn)定材料EDTA二鈉標準溶液的消耗量的平均值為縱坐標、以石灰劑量為橫坐標制圖，做出一條標準平滑的曲線，以便施工過程中對混合料灰劑量的檢驗時使用(見圖1)(注:內(nèi)摻法是石灰質(zhì)量百分數(shù)11.3%和素土的質(zhì)量百分數(shù)88.7%之和為100%;外摻法是素土質(zhì)量百分數(shù)為100%與石灰質(zhì)量百分數(shù)11.3%之和為 111.3%)。

圖1 EDTA標準曲線

最大干密度，含水率的確定:取適當(dāng)烘干了的生石灰粉和烘干的素土，按質(zhì)量比11.3(灰)/100(土)的比例進行拌制(即體積比2/8)，在拌制前素土和生石灰粉必須烘干，且必須過5 mm篩除大于5 mm的土塊和石灰塊。將拌合均勻的灰土干混合料按素土同樣的燜料方法，燜制不同含水率的樣品，進行灰土擊實試驗，獲取最大干密度 ρdm=1.760 g/cm3和最佳含水率 ω0=13.4%。這些數(shù)據(jù)為下一步試驗和以后的施工質(zhì)量控制和檢測提供具體的參考標準。

3 石灰穩(wěn)定土作用機理、灰土拌合

拌合用素土為級配不良好的低液限粉土，低液限粉土主要是粉粒還有部分砂粒組成，粘土顆粒極少，而土體本身的強度是靠土顆粒之間的摩擦和粘聚力。當(dāng)采用石灰穩(wěn)定土?xí)r，由于各種反應(yīng)在土顆粒之間產(chǎn)生膠結(jié)作用相當(dāng)于增加了土顆粒之間的粘聚力，因而強度得到了提高。生石灰粉剛消解時呈膠狀，其活性和溶解度較高，能夠保證石灰與土較好的作用。同時由于粉土的級配不好，而生石灰是很細的粉狀物質(zhì)，比土的顆粒要小的多，這樣當(dāng)灰土拌合在一起的時候，石灰粉還能夠充當(dāng)“細粒”的作用填充在土粒之間，這客觀上也改變了粉土的級配。同時低液限粉土的水穩(wěn)不強，石灰穩(wěn)定土可以有效的改變它的濕變量，提高地基承載力。

所以生石灰穩(wěn)定低液限粉土在現(xiàn)場施工拌合時，宜分兩次拌合，第一次拌合時石灰的產(chǎn)量應(yīng)是設(shè)計產(chǎn)量的一大部分，充分改變低液限粉土的性質(zhì)。再進行第二次拌合，使拌合更均勻，石灰粉與土更充分的接觸。在拌合時還要保證灰土的含水率在最佳含水率±1%范圍內(nèi)。同時還應(yīng)根據(jù)具體的施工環(huán)境，控制拌合用水，拌合好以后燜3 h～4 h后使用。

在施工前，試驗室還要按照JTG E51-2009公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程對灰土的無側(cè)限抗壓強度進行試驗，按照設(shè)計灰劑量、灰土的最佳含水率制備樣品。在制備試樣時，應(yīng)保證計算灰土密度的準確性，以保證試驗數(shù)據(jù)的精確性。將制備好的試件標準養(yǎng)護7 d，放在水中浸泡24 h后取出，稱好質(zhì)量m，高度h后，進行抗壓試驗，計算其無側(cè)限抗壓強度RC。當(dāng)RC不小于設(shè)計值時，該灰土可以運用到施工工程中。若不滿足設(shè)計要求，則應(yīng)重新分析石灰和土的性質(zhì)以及灰土的比例，重新進行試驗。

4 結(jié)語

生石灰穩(wěn)定土在施工準備階段對石灰原材檢測，以及素土性質(zhì)的判定是必不可少的一個環(huán)節(jié)。通過對灰土標準曲線滴定、標準擊實試驗，得出的數(shù)據(jù)能夠為施工方案以及質(zhì)量控制提供可靠的數(shù)據(jù)，希望同行們能夠?qū)ο鄳?yīng)試驗檢測數(shù)據(jù)進行重視，以避免在施工過程中出現(xiàn)不必要的損失，保證工程質(zhì)量。

［1］ JTG E51-2009，公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程［S］.

［2］ JTG E40-2007，公路土工試驗規(guī)程［S］.

［3］ JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 徐培華，王安玲.公路工程混合料配合比設(shè)計與實驗技術(shù)手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.